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2 线圈型式
油浸电力变压器常用线圈型式有如下几种, 具体选用可参考线圈的主纵绝缘。
2.1 圆筒式(层式)线圈
2.1.1 线圈种类
圆筒式(层式)线圈, 分为单层圆筒式、双层圆筒式、多层圆筒式及分段圆筒式线圈。 2.1.2 适用范围
圆筒式(层式)线圈, 常用于中小型变压器的高压、低压线圈或中大型变压器的调压 线圈, 具体选用如下:
(1) 单层圆筒式线圈: 常用于电压 66～110 kV 级的高压、中压及低压的调压线圈。 (2) 双层或四层圆筒式线圈: 常用于容量 ＜ 630 kVA, 电压 0.4 kV 的低压线圈。 (3) 多层圆筒式线圈: 常用于容量 ＜ 630 kVA, 电压 3～35 kV 级的高压线圈。 (4) 分段圆筒式线圈: 常用于容量 ≤ 2000 kVA, 电压 66 kV 的高压线圈。
2.1.3 不满匝层放置
多层圆筒式线圈常有一层为不满匝层, 不满匝层的匝数, 一般为正常层匝数的 70% 以上, 具体放臵如下:
(1) 无油道的多层圆筒式线圈: 不满匝层放在最外层;如最外层有分接头,且布满一层 时, 不满匝层可放在外数的第2层;
(2) 带内部油道的多层圆筒式: 不满匝层一般应放在油道内侧的最外层(该层可稀绕); (3) 四层圆筒式线圈: 不满匝层放在中间的第 2 层或第 3 层, 但需填充纸条; (4) 双层圆筒式线圈: 不满匝层放在最外层, 但需填充纸条。 2.1.4 所用导线
圆筒式(层式) 线圈一般用缩醛漆包圆铜线（仅用于小型变压器的高压线圈）、 纸包 圆铜线、纸包铜扁线等一根或多根并联绕制。 2.1.5 线圈换位
为了减少导线中的环流损耗，圆筒式线圈，当导线沿辐向2根并联时，应在每层 1/ 2 匝 数处，进行一次换位（调压线圈按具体情况确定是否换位），但换位使线圈轴向尺寸增加 一根导线高度。
2.2 螺旋式线圈
2.2.1 线圈种类
螺旋式线圈, 分为单及单半螺旋式、双及双半螺旋式、三螺旋式、四及四半螺旋式等。 2.2.2 适用范围
螺旋式线圈,常用于中大型变压器的低压线圈或高中低压的调压线圈。 2.2.3 所用导线
螺旋式线圈一般用纸包铜扁线、组合导线或换位导线多根并联绕制。 2.2.4 线圈换位
为了减少导线中的环流损耗, 螺旋式线圈必须进行换位(调压线圈按具体情况确定是否 换位 )。
2.2.4.1 单及单半螺旋式线圈的换位方式
1) “242”换位法: 单及单半螺旋式线圈, 当导线并联根数为4的倍数时, 可采用 “ 242 ” 不等距换位, 即在线圈总匝数接近1 / 4和3 / 4处, 分别将导线分成2组, 这两组的相对位 臵保持不变, 各组每根导线分别进行一次”标准换位”。在线圈总匝数的1 / 2处, 将导线分 成4组, 每组导线作为一整体, 组间进行”标准换位”。其换位原理图如图2.6所示。
油 浸 电 力 变 压 器 线 圈 计 算 33 页 第 10 页 共 2.2.4.2 双及双半螺旋式线圈的换位方式
双及双半螺旋式线圈，一般采用一次不等距交叉换位（四及四半螺旋式线圈：可视为 两个双螺旋式线圈，按双螺旋式线圈进行不等距交叉换位）。其换位次数等于导线并联总 根数。首末两个 “ 半换位 ” 及两端各若干个“ 整换位 ” 的换位间距应加大，可通过计算比磁链来确定各换位间距, 具体计算方法如下: 1) 双螺旋式线圈正常换位间距( noc )
noc = NW / M （取整数部分） ( 2 . 6 ) 式中: NW — 线圈的撑条总间隔数（即撑条数N乘以线圈匝数W）； M — 换位数（即导线并联总根数）。
M = m b n b ( 2 . 7 ) 其中: m b — 沿线圈辐向并联的导线根数;
n b — 沿线圈轴向并联的导线根数, 即螺旋式线圈的列数,双螺旋式线圈 n b = 2 。 2) 剩余的撑条间隔数(X):
一般剩余的撑条间隔数X≥0.5 M , 否则应将正常换位间隔(noc) 减去1, 再重新计算。 剩余的撑条间隔数（X），应试分配到线圈两端对应的部分换位区内, 使两端的部分换位区的间距加长。剩余的撑条间隔数(X),可按下式计算：
X = NW － noc M (须为正整数) ( 2 . 8 ) 3) 各加长"换位区"的比磁链( Ψp )
NW-0.5K
ψp=1np-esh(0.5KRKpb)-sh(0.5KRKpe) ( 2 . 9 )
Rπ⋅Hnoc
k ( 2 . 10 ) KR=
{
R
[
]}
K=1-2nj (K1b=1) ( 2 . 11 ) ∑ppbNWj=1 K=1-2∑nj ( 2 . 12 ) peNWj=1
的比磁链； 式中: Ψp — 第 p个加长 “ 换位区 ”
noc — 正常换位间；按公式（2.6）计算;
np — 第 p 个加长“换位区”的换位间距； np = noc + Xp
Xp — 将剩余的撑条间隔数（X），分配在第 p个 “ 换位区 ” 的换位间距； NW —线圈的撑条总间隔数（即撑条数N乘以线圈匝数W）； Hk — 线圈的电抗高度( mm )；见阻抗计算;
λ — 漏磁总宽度(mm); 一般指内线圈内半径至外线圈外半径的宽度, 见阻抗计算。
p-1
λ
注: 1. 首端至第一个换位之间及最后一个换位至末端之间均为 “ 半换位区 ” , 故换位区总数为
M + 1，其 “ 半换位区 ” 换位间距 n1≈0.7 n oc （末端可比首端少或多一个撑条间距）； 2. 由于铁轭的影响，会使端部磁密增大，故“半换位区”的比磁链常取Ψ1≈ 0.4（应为0.5）， Ψ2 > 0.8; ……随着换位区号（p）的增加, 各比磁链（Ψp）一般应逐渐加大（但应＜1）; 3. 如不满足上述要求时, 应重新调整剩余的撑条间隔数在各换位区的分配间距, 或改变线 圈导线并联总根数（即换位数M），再反复计算比磁链（Ψp）;
4. 一般只计算上半部各换位区间距, 而下半部各换位区间距一般与上半部各换位区间距对称, 但必须使各换位区间距总和等于线圈的撑条总间隔数（NW）。
k
—圆筒式线圈辐向裕度系数,从表2.18中选取。
—导线沿线圈轴向的并联根数, 从表2.14中选取。
7.2.3 饼式线圈电抗高度(Hk)计算 线圈电抗高度(Hk ) 是指电抗计算时线圈的电气高度。连续式、纠结式及内屏连续式线 圈电抗高度(Hk ), 即为线圈高度(Hq), 如图2.29所示。对于螺旋式线圈, 从短路机械强度考虑, 有时将首末两端出头处各有一匝拉平, 压弯一或二匝过渡, 如图2.28所示。其线圈电抗高度(Hk )等于线圈高度(Hq), 按公式(2.23)计算。
而正常结构的各种螺旋式线圈的电抗高度(Hk), 应为线圈高度(Hq) 减去一匝的几何高度(一匝绝缘导线高度和包含的油道高度), 如图2.27所示。其线圈的电抗高度(Hk), 分别按下式计算:
Hk = Hq－ ( Bt + 0.05 ) ngz－Σ h cy〃kds [mm] ( 2 . 24 ) 式中: Hq — 饼式线圈高度(mm), 按公式( 2.23 )计算;
B t — 包绝缘后的绝缘导线宽度(mm), 计算时, 加0.05 mm的制造裕度;
ngz— 线圈出头一匝的轴向导线根数, 对单螺旋式: ngz = 1; 双螺旋式: ngz = 2; 四螺旋式: ngz = 4 ; 而出头为前后引出的四螺旋式: ngz = 2;
对连续式、纠结式或内屏式线圈以及端部拉平结构的螺旋式线圈: ngz = 0; hcy — 螺旋式线圈出头一匝内段间(匝间及列间)油道(垫块或纸圈)高度的总和; kds— 段间油道绝缘压缩系数, 与公式( 2.23 )中计算的kds相同。
图2.27 普通螺旋式线圈
图2.29 其它饼式线圈 图2.28端部拉平结构螺旋式线圈
8 铁心窗高(Ho)计算
铁心窗高包括线圈轴向高度( Hq )及线圈至上下铁轭的绝缘距离, 并以高压线圈计算高 度为准。且使线圈在压板或公用铁轭绝缘以下的总高度必须相等; 以使所有的线圈压紧。 铁心窗高( Ho ), 按下式计算, 其尾数凑成5的倍数。
Ho = Hq +∑E k + Hjx + Hj s + δjy + ho [ mm ] ( 2 . 25 ) 式中: Hq — 线圈的轴向高度(mm), 按公式( 2.19 )、公式( 2.20 ) 及公式( 2.23 )计算; ∑Ek — 线圈的两端静电板的总高度, 即静电板及静电板与线圈间油道高度之和 (mm), 见主纵绝缘;
Hjx — 线圈或静电板至下铁轭的绝缘距离(mm), 见主绝缘; Hjs — 线圈或静电板至压板或上铁轭(无压板δjy = 0) 的绝缘距离(mm), 见主绝缘; δjy — 压板厚度(mm), 见主绝缘; 一般容量≤6300kVA时, 无压板δjy = 0; ho — 上端间隙(mm), 无压板时: 一般 ≤35kV 的圆筒式: ho = 2～3;
66 kV的分段圆筒式: ho = 3～5; 饼式: ho = 3～5; 有压板时见主绝缘。
油 浸 电 力 变 压 器 线 圈 计 算 33 页 共 32 页 第
10 线圈导线长度计算
10 . 1 线圈平均匝长( L p t )计算
L p t = 2 π Rp×10 —3 [ m ] ( 2 . 28 ) 式中: Rp — 各线圈平均半径( mm ), 对圆筒式线圈中有层间轴向油道时, 轴向油道内、 外侧应分别按公式(2.26)计算, 饼式线圈按公式(2.27)计算。 10 . 2 线圈每相导线长度( L q)计算
各个线圈各种不同规格导线的各分接位臵时的每相导线长度( L q ), 分别按下式计算: L q = W q〃L p t + L ‟ [ m ] ( 2 . 29 ) 式中: W q — 各分接位臵时, 线圈的每相匝数;
L p t — 线圈平均匝长 ( m ), 按公式(2.28)计算;
L ‟ — 线圈每相出头长 ( m ), 对圆筒式线圈一般取L ‟ = 1.0 m左右; 饼式线圈一般取L ‟ = 1.5 m左右。
11 线圈导线电阻计算
各个线圈的各分接位臵的每相导线电阻( R q ), 分别按下式计算。如线圈中有几种不同 规格导线时, 应按下式计算各规格导线的电阻, 然后相加, 即得每相导线电阻( R q )。 R q = ρ k〃L q / S q [ Ω ] ( 2 . 30 ) 式中: ρ k — 导线电阻系数 ( Ω〃mm 2 / m ), 铜导线(75℃) : ρ k= 0.02135 Ω〃mm 2 / m; 铝导线(75℃) : ρ k = 0.0357 Ω〃mm 2 / m;
L q — 各分接位臵时, 线圈的每相导线长度( m ), 按公式(2.29)计算; S q — 线圈导线总截面积( mm 2 ), 按公式(2.15)计算。
12 线圈导线重量计算
12 . 1 裸导线重量( G q )计算
各个线圈各种不同规格的裸导线重量( Gq ), 分别按下式计算:
G q = m x〃L q 〃S q 〃 ρ q ×10—3 [ kg ] ( 2 . 31 ) 式中: m x — 相数;
L q — 各个线圈各种导线的每相总长度(m), 一般为最大分接位臵时每相的导线 总长度, 按公式(2.29)计算;
S q — 线圈导线总截面积( mm2 ), 按公式(2.15)计算;
ρ q — 线圈导线的密度( g / cm3 ), 铜导线: ρ q = 8.9 g / cm3; 铝导线: ρ q = 2.7 g / cm3。
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2 线圈型式
油浸电力变压器常用线圈型式有如下几种, 具体选用可参考线圈的主纵绝缘。
2.1 圆筒式(层式)线圈
2.1.1 线圈种类
圆筒式(层式)线圈, 分为单层圆筒式、双层圆筒式、多层圆筒式及分段圆筒式线圈。 2.1.2 适用范围
圆筒式(层式)线圈, 常用于中小型变压器的高压、低压线圈或中大型变压器的调压 线圈, 具体选用如下:
(1) 单层圆筒式线圈: 常用于电压 66～110 kV 级的高压、中压及低压的调压线圈。 (2) 双层或四层圆筒式线圈: 常用于容量 ＜ 630 kVA, 电压 0.4 kV 的低压线圈。 (3) 多层圆筒式线圈: 常用于容量 ＜ 630 kVA, 电压 3～35 kV 级的高压线圈。 (4) 分段圆筒式线圈: 常用于容量 ≤ 2000 kVA, 电压 66 kV 的高压线圈。
2.1.3 不满匝层放置
多层圆筒式线圈常有一层为不满匝层, 不满匝层的匝数, 一般为正常层匝数的 70% 以上, 具体放臵如下:
(1) 无油道的多层圆筒式线圈: 不满匝层放在最外层;如最外层有分接头,且布满一层 时, 不满匝层可放在外数的第2层;
(2) 带内部油道的多层圆筒式: 不满匝层一般应放在油道内侧的最外层(该层可稀绕); (3) 四层圆筒式线圈: 不满匝层放在中间的第 2 层或第 3 层, 但需填充纸条; (4) 双层圆筒式线圈: 不满匝层放在最外层, 但需填充纸条。 2.1.4 所用导线
圆筒式(层式) 线圈一般用缩醛漆包圆铜线（仅用于小型变压器的高压线圈）、 纸包 圆铜线、纸包铜扁线等一根或多根并联绕制。 2.1.5 线圈换位
为了减少导线中的环流损耗，圆筒式线圈，当导线沿辐向2根并联时，应在每层 1/ 2 匝 数处，进行一次换位（调压线圈按具体情况确定是否换位），但换位使线圈轴向尺寸增加 一根导线高度。
2.2 螺旋式线圈
2.2.1 线圈种类
螺旋式线圈, 分为单及单半螺旋式、双及双半螺旋式、三螺旋式、四及四半螺旋式等。 2.2.2 适用范围
螺旋式线圈,常用于中大型变压器的低压线圈或高中低压的调压线圈。 2.2.3 所用导线
螺旋式线圈一般用纸包铜扁线、组合导线或换位导线多根并联绕制。 2.2.4 线圈换位
为了减少导线中的环流损耗, 螺旋式线圈必须进行换位(调压线圈按具体情况确定是否 换位 )。
2.2.4.1 单及单半螺旋式线圈的换位方式
1) “242”换位法: 单及单半螺旋式线圈, 当导线并联根数为4的倍数时, 可采用 “ 242 ” 不等距换位, 即在线圈总匝数接近1 / 4和3 / 4处, 分别将导线分成2组, 这两组的相对位 臵保持不变, 各组每根导线分别进行一次”标准换位”。在线圈总匝数的1 / 2处, 将导线分 成4组, 每组导线作为一整体, 组间进行”标准换位”。其换位原理图如图2.6所示。
油 浸 电 力 变 压 器 线 圈 计 算 33 页 第 10 页 共 2.2.4.2 双及双半螺旋式线圈的换位方式
双及双半螺旋式线圈，一般采用一次不等距交叉换位（四及四半螺旋式线圈：可视为 两个双螺旋式线圈，按双螺旋式线圈进行不等距交叉换位）。其换位次数等于导线并联总 根数。首末两个 “ 半换位 ” 及两端各若干个“ 整换位 ” 的换位间距应加大，可通过计算比磁链来确定各换位间距, 具体计算方法如下: 1) 双螺旋式线圈正常换位间距( noc )
noc = NW / M （取整数部分） ( 2 . 6 ) 式中: NW — 线圈的撑条总间隔数（即撑条数N乘以线圈匝数W）； M — 换位数（即导线并联总根数）。
M = m b n b ( 2 . 7 ) 其中: m b — 沿线圈辐向并联的导线根数;
n b — 沿线圈轴向并联的导线根数, 即螺旋式线圈的列数,双螺旋式线圈 n b = 2 。 2) 剩余的撑条间隔数(X):
一般剩余的撑条间隔数X≥0.5 M , 否则应将正常换位间隔(noc) 减去1, 再重新计算。 剩余的撑条间隔数（X），应试分配到线圈两端对应的部分换位区内, 使两端的部分换位区的间距加长。剩余的撑条间隔数(X),可按下式计算：
X = NW － noc M (须为正整数) ( 2 . 8 ) 3) 各加长"换位区"的比磁链( Ψp )
NW-0.5K
ψp=1np-esh(0.5KRKpb)-sh(0.5KRKpe) ( 2 . 9 )
Rπ⋅Hnoc
k ( 2 . 10 ) KR=
{
R
[
]}
K=1-2nj (K1b=1) ( 2 . 11 ) ∑ppbNWj=1 K=1-2∑nj ( 2 . 12 ) peNWj=1
的比磁链； 式中: Ψp — 第 p个加长 “ 换位区 ”
noc — 正常换位间；按公式（2.6）计算;
np — 第 p 个加长“换位区”的换位间距； np = noc + Xp
Xp — 将剩余的撑条间隔数（X），分配在第 p个 “ 换位区 ” 的换位间距； NW —线圈的撑条总间隔数（即撑条数N乘以线圈匝数W）； Hk — 线圈的电抗高度( mm )；见阻抗计算;
λ — 漏磁总宽度(mm); 一般指内线圈内半径至外线圈外半径的宽度, 见阻抗计算。
p-1
λ
注: 1. 首端至第一个换位之间及最后一个换位至末端之间均为 “ 半换位区 ” , 故换位区总数为
M + 1，其 “ 半换位区 ” 换位间距 n1≈0.7 n oc （末端可比首端少或多一个撑条间距）； 2. 由于铁轭的影响，会使端部磁密增大，故“半换位区”的比磁链常取Ψ1≈ 0.4（应为0.5）， Ψ2 > 0.8; ……随着换位区号（p）的增加, 各比磁链（Ψp）一般应逐渐加大（但应＜1）; 3. 如不满足上述要求时, 应重新调整剩余的撑条间隔数在各换位区的分配间距, 或改变线 圈导线并联总根数（即换位数M），再反复计算比磁链（Ψp）;
4. 一般只计算上半部各换位区间距, 而下半部各换位区间距一般与上半部各换位区间距对称, 但必须使各换位区间距总和等于线圈的撑条总间隔数（NW）。
k
—圆筒式线圈辐向裕度系数,从表2.18中选取。
—导线沿线圈轴向的并联根数, 从表2.14中选取。
7.2.3 饼式线圈电抗高度(Hk)计算 线圈电抗高度(Hk ) 是指电抗计算时线圈的电气高度。连续式、纠结式及内屏连续式线 圈电抗高度(Hk ), 即为线圈高度(Hq), 如图2.29所示。对于螺旋式线圈, 从短路机械强度考虑, 有时将首末两端出头处各有一匝拉平, 压弯一或二匝过渡, 如图2.28所示。其线圈电抗高度(Hk )等于线圈高度(Hq), 按公式(2.23)计算。
而正常结构的各种螺旋式线圈的电抗高度(Hk), 应为线圈高度(Hq) 减去一匝的几何高度(一匝绝缘导线高度和包含的油道高度), 如图2.27所示。其线圈的电抗高度(Hk), 分别按下式计算:
Hk = Hq－ ( Bt + 0.05 ) ngz－Σ h cy〃kds [mm] ( 2 . 24 ) 式中: Hq — 饼式线圈高度(mm), 按公式( 2.23 )计算;
B t — 包绝缘后的绝缘导线宽度(mm), 计算时, 加0.05 mm的制造裕度;
ngz— 线圈出头一匝的轴向导线根数, 对单螺旋式: ngz = 1; 双螺旋式: ngz = 2; 四螺旋式: ngz = 4 ; 而出头为前后引出的四螺旋式: ngz = 2;
对连续式、纠结式或内屏式线圈以及端部拉平结构的螺旋式线圈: ngz = 0; hcy — 螺旋式线圈出头一匝内段间(匝间及列间)油道(垫块或纸圈)高度的总和; kds— 段间油道绝缘压缩系数, 与公式( 2.23 )中计算的kds相同。
图2.27 普通螺旋式线圈
图2.29 其它饼式线圈 图2.28端部拉平结构螺旋式线圈
8 铁心窗高(Ho)计算
铁心窗高包括线圈轴向高度( Hq )及线圈至上下铁轭的绝缘距离, 并以高压线圈计算高 度为准。且使线圈在压板或公用铁轭绝缘以下的总高度必须相等; 以使所有的线圈压紧。 铁心窗高( Ho ), 按下式计算, 其尾数凑成5的倍数。
Ho = Hq +∑E k + Hjx + Hj s + δjy + ho [ mm ] ( 2 . 25 ) 式中: Hq — 线圈的轴向高度(mm), 按公式( 2.19 )、公式( 2.20 ) 及公式( 2.23 )计算; ∑Ek — 线圈的两端静电板的总高度, 即静电板及静电板与线圈间油道高度之和 (mm), 见主纵绝缘;
Hjx — 线圈或静电板至下铁轭的绝缘距离(mm), 见主绝缘; Hjs — 线圈或静电板至压板或上铁轭(无压板δjy = 0) 的绝缘距离(mm), 见主绝缘; δjy — 压板厚度(mm), 见主绝缘; 一般容量≤6300kVA时, 无压板δjy = 0; ho — 上端间隙(mm), 无压板时: 一般 ≤35kV 的圆筒式: ho = 2～3;
66 kV的分段圆筒式: ho = 3～5; 饼式: ho = 3～5; 有压板时见主绝缘。
油 浸 电 力 变 压 器 线 圈 计 算 33 页 共 32 页 第
10 线圈导线长度计算
10 . 1 线圈平均匝长( L p t )计算
L p t = 2 π Rp×10 —3 [ m ] ( 2 . 28 ) 式中: Rp — 各线圈平均半径( mm ), 对圆筒式线圈中有层间轴向油道时, 轴向油道内、 外侧应分别按公式(2.26)计算, 饼式线圈按公式(2.27)计算。 10 . 2 线圈每相导线长度( L q)计算
各个线圈各种不同规格导线的各分接位臵时的每相导线长度( L q ), 分别按下式计算: L q = W q〃L p t + L ‟ [ m ] ( 2 . 29 ) 式中: W q — 各分接位臵时, 线圈的每相匝数;
L p t — 线圈平均匝长 ( m ), 按公式(2.28)计算;
L ‟ — 线圈每相出头长 ( m ), 对圆筒式线圈一般取L ‟ = 1.0 m左右; 饼式线圈一般取L ‟ = 1.5 m左右。
11 线圈导线电阻计算
各个线圈的各分接位臵的每相导线电阻( R q ), 分别按下式计算。如线圈中有几种不同 规格导线时, 应按下式计算各规格导线的电阻, 然后相加, 即得每相导线电阻( R q )。 R q = ρ k〃L q / S q [ Ω ] ( 2 . 30 ) 式中: ρ k — 导线电阻系数 ( Ω〃mm 2 / m ), 铜导线(75℃) : ρ k= 0.02135 Ω〃mm 2 / m; 铝导线(75℃) : ρ k = 0.0357 Ω〃mm 2 / m;
L q — 各分接位臵时, 线圈的每相导线长度( m ), 按公式(2.29)计算; S q — 线圈导线总截面积( mm 2 ), 按公式(2.15)计算。
12 线圈导线重量计算
12 . 1 裸导线重量( G q )计算
各个线圈各种不同规格的裸导线重量( Gq ), 分别按下式计算:
G q = m x〃L q 〃S q 〃 ρ q ×10—3 [ kg ] ( 2 . 31 ) 式中: m x — 相数;
L q — 各个线圈各种导线的每相总长度(m), 一般为最大分接位臵时每相的导线 总长度, 按公式(2.29)计算;
S q — 线圈导线总截面积( mm2 ), 按公式(2.15)计算;
ρ q — 线圈导线的密度( g / cm3 ), 铜导线: ρ q = 8.9 g / cm3; 铝导线: ρ q = 2.7 g / cm3。