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2012年中国变压器用绕组线的发展综述

    (一)需求量

    我国每年新增发电机容量为70~100MKw左右,与之配套的各类变压器是新增装机容量的10倍以上,即每年新增变压器800MKVA(还不包括维修),即每年需与变压器配套的绕组线至少20万吨,占目前国内绕组线产量的25%以上,而我国生产变压器用绕组线的厂家并不多,这为今后的发展提供了极好的机遇。

    (二)纸包扁线、漆包扁线的质量有了显著的改进

    在近十年内,由于我国裸扁线制造技术的突破,裸铜扁线的质量、特别是表面质量有了提高,这是由于:

    1、我国基本上淘汰了热轧黑铜杆的工艺,普遍采用了无氧铜杆和低氧铜杆。

    2、挤压法生产铜扁线工艺及设备在国内取得成果,成为行业的主导工艺。

    3、对于小截面裸铜扁线采用精轧及模具拉拔工艺,表面质量也大大改善。

    4、纸带绕包机、漆包扁线机也更新换代。

    5、绝缘纸的品种已从过去电话纸、电缆纸品种单一时代发展为多品种时代。

    6、绝缘漆品种已全部能满足配套要求,世界著名漆包线漆公司也落户中国,形成各种品位的产品系列。

    7、产品标准也与IEC同类产品等同。

    (三)油浸式变压器用绕组线的新品种

    1、半硬铜绕组线

    变压器在正常运行时,由于多种原因,会引起各种短路电流,使变压器的绕组承受各种电磁力的冲击,当线圈不断受力变形,形成整个变压器各种故障,甚至击穿,并且随着发电机组越做越大,变压器电压和容量也随之加大,(110Kv、220 Kv、500 Kv、750 Kv直至1000 Kv,容量也达到百万KvA级),处于对电网线路的更加安全,对铜导体的机械强度提出了更高的要求,因为铜导体具有不同的金相结构,其导体抗拉强度、延伸率及导电率也随之不同的特性,所以在软铜导线与硬铜导线之间,产生了一个新的品种——半硬铜导体,它的绕组线就是半硬铜绕组线,目前半硬绕组线还没有相关的产品标准,但在我国的绕组线标准中首先得到统一,半硬程度分为三个等级,具体指标见下表。

半硬铜导体的性能指标
型号
规定非比例延伸强度Rp0.2

N/mm²
最小伸长率

%
20℃时最大电阻率

Ω·mm²/m
C1
100<Rp0.2≤180
20
1/58.0
C2
180<Rp0.2≤200
20
1/57.5
200<Rp0.2≤220
15
1/57.5
C3
220<Rp0.2≤260
15
1/57.0
资料来源:智研数据研究中心整理

    2、多股绞合导线

    在变压器中,绕组和匝间之间,均需要大量的引线,以往采用纸包圆线或变压器制造厂家用手工绕包绝缘的办法,不能满足使用要求,由于变压器电压和容量越来越大,纸绝缘多股绞合导线就形成一个新的品种。

    绞合导体截面:(10~500)mm2

    纸绝缘厚度(1~10)mm

    根据电气强度,由用户选择绝缘纸品种和厚度。
    
    由于变压器引线电流密度较大,在电磁场中产生很强的机械应力,除了装配时对引线严格固定外,还要求引线具有可靠的机械强度和绝缘性能,该产品现已报批为纸包绕组线的第5部分(GB/T 7673.5-××××)。

    3、组合导线

    组合导线是由2~12根扁绕组线,整齐地排成一列或两列,再用3层或大于3层的绝缘纸带重叠绕包(多层时还在中间采用间隙绕包)形成外绝缘层,如下图。

    组合导线一般用于各种容量等级变压器的中高压线圈中,它有如下几个作用:

    1) 减少变压器的损耗,组合导线本身就是一种分割导体,可以减少环流损耗。

    2) 减小变压器绕组的外形尺寸,在保证可靠性的前提下,减小绕组线圈外形尺寸。

    3) 增强绕组线圈的刚性。

    组合导线目前已大量用于油浸式变压器中,可根据需要选择铜导体种类,如不同规定非比例延伸强度RP0.2的半硬铜线,也可用铝合金导体,可按需要选择绝缘纸和绝缘厚度。

    该产品也已完成国家标准的制定(GB/T 7673.4-××××),以上两个标准也是国际上第一个国家标准。

资料来源:智研数据研究中心整理

    其中

    H —— 组合导线高度,mm;
    W —— 组合导线宽度,mm;

    A —— 扁绕组线窄边尺寸,mm;

    B —— 扁绕组线宽边尺寸,mm;

    a —— 扁绕组线导体窄边标称尺寸,mm;

    b —— 扁绕组线导体宽边标称尺寸,mm;

    δ —— 扁绕组线绝缘层(两侧)标称厚度,mm;

    Δ —— 组合导线纸绝缘层(两侧)标称厚度,mm;

    组合导线还可用于干式变压器,即具有不同温度指数的耐热性组合导线,把漆包扁线、薄膜绕包线组合,再用芳香族聚酰胺纸或薄膜带绕包成外绝缘,可延伸出不少产品,还可用于耐高温油浸式变压器中,该产品系列已在申请国家专利。

    4、换位导线

    换位导线又名CTC,它是由一定根数的漆包扁线组合成宽面相互接触的两列,按要求在两列漆包扁线的上下两面沿窄边作同一转向的换位,再用电工绝缘纸、绳或带作连续绕包的绕组线,其截面图如下图。

资料来源:智研数据研究中心整理

    换位导线的根数为(5~83)根,常用的为(7~63)根,常用漆包扁线铜导体的规定非比例延伸强度(RP0.2)在(90~220)N/mm2,所以大部分采用半硬铜导体,换位导线最大外形尺寸W×H为28mm×80mm,高宽比H/W≤6,换位导线的换位节距S:应保证每绕一圈线圈n根漆包扁线至少应换位一次,即nS≤ПDmin,Dmin为线圈最小直径(即铁芯尺寸),所以S一般控制在8b≤S≤18b范围内,b为漆包扁线宽边导体尺寸。

    根据用户设计的工作场强,决定绝缘纸的厚度和层数,由此推定所需绝缘厚度。

    从上述结构特征可知:换位导线实际上是一种绞线的特殊形式,所不同的是参与绞合的导线是一种扁线,采用换位的方式达到绞合的目的。

    换位导线的最大特点是能降低变压器的损耗,由于多股分割的导体加上换位,大大降低绕组的涡流损耗和环流损耗,能降低绕组热点的温升,使整个绕组温度分布更为均匀,与相同根数其他绕组线相比,CTC有更高的填充率和较少外层绝缘占有率,提高了绕组占空率,缩小变压器体积。

    目前已有如下几种CTC产品:

    ——纸绝缘缩醛漆包换位导线,该产品用于油浸式变压器中(120热级及以下)

    ——纸绝缘自粘缩醛漆包换位导线

    把换位的普通缩醛漆包扁线改成自粘缩醛漆包扁线,做成换位导线后,在变压器厂绕成线圈后,经加热,漆包扁线之间相互粘合,形成更具有刚性的线圈,能承受更大的弯曲应力,这种换位导线由于采用半硬铜导体,还能把绕组线圈粘合成一体,使变压器线圈具有更好的抗短路电流能力。

    ——无纸捆绑型(自粘)缩醛漆包换位导线

    在大容量变压器中,低压绕组匝间电压很低,由于漆包线在变压器油中漆膜绝缘质量已有相当水平,在需在部分电场强度较高的地方,用局部衬垫纸或其他加强绝缘的办法,就可以达到绝缘的目的,这样可以省去外绝缘纸层,缩小CTC的外形尺寸。另一方面,低压绕组虽匝间电压很低,但电流密度却很大,在变压器运行或出现故障时,要承受很大的电磁力的冲击,所以对CTC的整体性要求很高,若采用热收缩捆绑绳或网带,对换位线芯进行包扎,在二次固化时,热收缩绳使CTC线芯被紧紧的束缚,CTC抗弯强度可提高20%。

    由于这种CTC没有绕包外绝缘层,所以CTC中的漆包扁线直接与变压器油接触,大大降低了热阻,改善了线圈的散热功能,可缩小绕组的冷却面,改善绕组的空间因素,有利于缩小变压器尺寸,提高变压器的效率,降低制造成本,以上三个作用使这种CTC成为高电压大容量变压器低压绕组的首选绕组线。

    ——耐热型的CTC

    在普通的110kV及以上的油浸式变压器中,CTC已作为标准的中低压绕组材料,但在120℃以上高温油浸式变压器及干式变压器中,也已开始陆续试用CTC。

    这里必须解决的是相应热级的绝缘材料,如漆包扁线采用180级或以上的如聚酯亚胺漆包扁线,相应热级的自粘层(还未定型),绕包材料有芳香族聚酰胺纤维纸或FH薄膜。

    以上的品种系列,在最近已报批为我国的行业标准(JB 6758.1~4-××××)。

    ——正在开发中的CTC

    1) 带油道的捆绑型自粘漆包CTC

    即在原有捆绑型CTC的基础上,在漆包扁线换位时,形成穿缝的油道,更加有利于散热,这对变压器饼式绕组线圈结构的散热十分有利。

    2)直流变压器用CTC

直流变压器用CTC有两种结构,其中一种是带屏蔽的纸绝缘缩醛漆包换位导线,它由二组CTC组合,在中间用若干个屏蔽层组成。

    3)阶梯状纸绝缘组合缩醛漆包CTC

v在CTC的中间,阶梯状的设置扁绕组线的连(纠)结位置,是CTC的功能具体化,简化直流变压器复杂的线圈结构的制造工艺,提高线圈的制造效率。

    四、变压器绕组的最新开发

    在油浸式变压器系统中:纸的介电强度为40kV/mm

    油的介电强度为12 kV /mm

    油纸系统的介电强度可达64 kV /mm

    由于油浸式变压器需考虑环境和安全上的问题,所以工作场强只允许1.5 kV /mm,所以变压器绕组结构相当复杂,此外油浸式变压器要经过严格干燥(潮气从5~10%降至0.5%),各部件再经过油的真空浸渍处理,单单干燥浸渍工艺就需2个星期,工艺也很复杂。

    近来大家对干式变压器很感兴趣(城市电网改造),已有二种绝缘结构:一种是SF6气体绝缘系统,变压器绝缘等级可达275kV;另一种是模塑环氧玻璃纤维绝缘系统,但最高绝缘等级仅36kV,否则系统本身会超过局部放电起始电压。

    这个技术难题在国内外已有企业在攻克中,这就是利用高压电缆(交联聚乙烯XLPE)成熟的绝缘技术。

    XLPE电缆绕组工作场强可达15 kV /mm,与500kV电缆设施所能达到的相似,而且是已相应成熟的工艺,电缆绕组还应注意以下几点:

    1)电缆表面外半导电层是接地的,当然它的电阻率和接地点的接触电阻应控制在一定的范围内。

    2)不同的工作场强绕组可用同绝缘厚度的电缆绕组组成。

    3)工作场强控制在10 kV /mm ,具有更高的可靠性。

    采用XLPE电缆绕组线的新型干式变压器,既无油纸,也不用代价高昂的干燥工艺,在绝缘结构上,也一改传统油纸变压器的绝缘结构,即分别由主绝缘和匝间绝缘两部分组成,而且在绕组边缘的间隙中,电场强度也大大增加,而电缆绕组是圆的,电场分部均匀,而且外半导电层又接地,既承担对地绝缘,又承担匝间绝缘。

    在传统变压器中,油既是绝缘又是冷却介质,二者不可分割,而对于用电缆绕组的绝缘系统,这二者之间联系极小,可选择空冷或水冷,目前该变压器已试制成52/17kV,10MVA单相变压器模型变压器和20MVA、14/6.6kV的商用机组。

    总之用电缆绕组为绕组线的发展打开了新的思路,若用它来制造发电机或电机,同样是充满前途的。

    当我们将来,发电机直接发出与电网电压相同的电力而不再需要一级又一级的升压变压器的话,同样当将来的主电机可以直接用电网电力不需要多级降压变压器运行的话,可省多少变电设备、省多少土地。这实在是一幅太美好的前景。
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2025-2031年中国非晶合金变压器行业市场供需态势及前景战略研判报告
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《2025-2031年中国非晶合金变压器行业市场供需态势及前景战略研判报告》共六章,包含中国非晶合金变压器行业细分市场分析,中国非晶合金变压器行业主要企业经营分析,中国非晶合金变压器行业投资分析等内容。

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