1 引言

       小容量配電變壓器的低壓繞組一般采用雙層層式結構，當容量增大至400kVA 及以上時，低壓繞組一般采用箔式繞組結構，箔式繞組的首末頭全部在繞組上部引出，其中首頭接至低壓套管，尾頭封成零線后接至零相套管。

2 低壓箔式繞組低壓引線結構分析

       市場競爭的不斷加劇需要配電變壓器進一步節材降耗。隨著配電變壓器容 量的增大，箔式繞組引出銅排尺寸也相應加大，減小繞組到油箱壁的距離可以降低變壓器油的用量，而載有大電流的引線銅排與箱壁間要保證一定的絕緣和機械距離，以降低大的引線電流在油箱中產生的附加損耗，避免局部過熱的發生。

       箔式繞組引線銅排一般是在繞組端部向外水平彎折，經過夾件槽鋼下方后再向上彎折，由夾件外側向上引至套管，如圖1(a)所示。此結構下，箔式繞組的首末頭兩個銅排都是在夾件外側，銅排與油箱間要保證一定的磁性距離，以下簡稱結構1。

       有的廠家將箔式繞組的內側銅排在夾件內側引出，箔式繞組的外側銅排在夾件外側引出，如圖1(b)所示。此結構下，銅排外限可減少30mm~40mm，油箱壁可縮小相應的距離，以下簡稱結構2。

       另外一種結構，是箔式繞組的內外側銅排都在夾件內側引出，如圖1(c)所示。這種結構下，為了銅排順利引出，需要加大鐵心疊片與夾件間的距離。這些增加的距離需要用絕緣紙板或層壓木墊塊填充，在變壓器運行中絕緣件收縮時，鐵心的夾緊力可能會降低。此結構下，繞組引出銅排不再是影響油箱尺寸的關鍵因素，油箱壁可縮小的距離比結構2 更大，以下簡稱結構3。

       另外一種結構，是箔式繞組的內外側銅排都在夾件內側引出，如圖1-c所示。這種結構下，為了銅排順利引出，需要加大鐵心疊片與夾件間的距離。這些增加的距離需要用絕緣紙板或層壓木墊塊填充，在變壓器運行中絕緣件收縮時，鐵心的夾緊力可能會降低。此結構下，繞組引出銅排不再是影響油箱尺寸的關鍵因素，油箱壁可縮小的距離比結構2更大。（以下簡稱結構3）

(a)     繞組首末頭銅排在夾件外側引出

(b)    繞組首末頭銅排分別在夾件內外側引出

（c）繞組首末頭銅排在夾件內側引出

圖1 繞組引線銅排三種結構

3箔式繞組引線三種結構仿真

       配電變壓器低壓側繞組一般電壓低、電流大，引線中流過電流時，在其周圍產生磁場。當兩根電流方向相反的引線互相靠近時，引線之間的磁場相互疊加，磁場強度大大增強，兩根電流方向相反的引線間磁力線分布如圖2所示。當引線流過大電流時，引線之間的結構件中會產生過大的雜散損耗，進而造成產品的負載損耗超標，甚至發生局部過熱。

圖2 電流方向相反的兩根引線間磁力線分布

3.1 仿真模型說明

       針對上述三種箔式繞組的三種引線銅排結構進行磁場仿真分析，取三相中的B相上端部建模，采用3D模型，模型包括上鐵軛、夾件、箔式繞組引線銅排和空氣包，模型如圖1所示。

       模型結構說明：鐵心采用電工鋼帶，繞組引線銅排為銅，夾件材料為A3鋼。在引線銅排中施加大小相同、方向相反的電流。采用渦流場求解，邊界條件為自然邊界，電流流入和流出端與空氣包重合，夾件采用阻抗邊界，由軟件自行計算集膚深度和其中的損耗。

       在模型中分別施加有效值為300-2000A、頻率50Hz的電流，得到相應的仿真結果。

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3.2 磁場仿真結果

       分別給出夾件中磁通密度仿真結果和雜散損耗密度仿真結果，軟件可在求解的結果中分別給出非線性材料中的渦流損耗（Ohmic Loss）和磁滯損耗（Hysteresis Loss）。

3.2.1磁通密度分布

       三種引線結構下，分別施加500A、1000A、2000A電流后的磁通密度分布云圖如圖3-圖5所示。

結構1

（a）引線電流500A

（b）引線電流1000A

（c）引線電流2000A

圖3 結構1的磁通密度云圖

       三種不同電流下夾件中的最大磁通密度分別為0.25T、0.38T、0.6T。

結構2

（a）引線電流500A

（b）引線電流1000A

（c）引線電流2000A

圖4 結構2的磁通密度云圖

       三種不同電流下夾件中的最大磁通密度分別為1.45T、1.6T、1.74T。

結構3

(a)引線電流500A

(b)引線電流1000A

(c)引線電流2000A

圖5 結構3 的磁通密度云圖

       三種不同電流下夾件中的最大磁通密度分別為0.19T、0.29T、0.49T。

3.2.2雜散損耗分布（渦流損耗+磁滯損耗）

       三種引線結構下，分別施加500A、1000A、2000A電流后的雜散損耗分布云圖如圖6-圖8所示。

結構1

(a)引線電流500A

(b)引線電流1000A

(c)引線電流2000A

圖6 結構1 的損耗云圖

三種不同電流下，最大損耗密度在引線中，夾件中的雜散損耗密度最大值分別為18861W/m²、43724W/m² 和104479W/m²。

結構2

(a)引線電流500A

(b)引線電流1000A

(c)引線電流2000A

圖7 結構2 的損耗云圖

  三種不同電流下，最大損耗密度在夾件中，最大值分別為：1.21665×10⁶ W/m²、3.15882×10⁶W/m²、7.51531×10⁶ W/m²。

結構3

(a)引線電流500A

(b)引線電流1000A

(c)引線電流2000A

圖8 結構3 的損耗云圖

       三種不同電流下，最大損耗密度在引線中，夾件中的損耗密度最大值分別為：12212W/m²、26799W/m²、 73541W/m²。

 表1和表2分別為三種引線結構下，繞組引線銅排分別通過300-500-700-1000-1500-2000A的電流，夾件中的渦流損耗和磁滯損耗仿真值 。

表1夾件中的渦流損耗

表2 夾件中的磁滯損耗

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4  箔式繞組引線出頭結構分析

       由圖3-圖8和表1-表2的磁場仿真結果可看出，結構2的夾件中渦流損耗是結構1的約700倍，是結構3的約1500倍；結構2的夾件中磁滯損耗是結構1的300倍，是結構3的約400倍。

       結構1和結構3中，雖然引線距離夾件很近，但由于低壓繞組首末頭電流相反，引線相距很近，因而兩根引線的外部磁場大部分可相互抵消，而兩根引線間磁場是增強的，但引線間一般不會有導磁結構件，并不會產生不良影響。因此，對于結構1和結構3，進入夾件的磁通并不大，相應產生的磁滯損耗和渦流損耗也不高。結構1為常規結構，擁有多年成熟的設計制造經驗，是一種安全可靠的結構。結構2中的夾件處于低壓繞組首末頭引線之間，兩根引線間的磁場是互相疊加的，即夾件處于兩根引線大電流產生的疊加增強磁場中，因此，進入夾件的磁通明顯增大，相應產生的磁滯損耗和渦流損耗也很大。當夾件中損耗密度達到一定數值后，還可引發局部過熱。

       在三臺630kVA產品上，低壓引線分別采用結構1和結構2結構，一臺采用結構1，兩臺采用結構2(分為1#和2#)，實測的雜散損耗對比如表3所示。

表3 引線結構1和結構2（1#、2#）的雜散損耗實測比較

　 　表3中，結構2的雜散損耗明顯高于結構1的雜散損耗，主要是由引線結構原因造成的。因此，針對結構2，在小容量配電變壓器和對損耗要求不高的變壓器中尚可以使用，對負載損耗要求嚴格特別是在《GB20052-2020電力變壓器能效限定值及能效等級》標準實施后，結構2沒有實用價值。結構3在處理好鐵心夾緊的問題后，不失為一種值得推廣的結構。

5  結論

    箔式繞組低壓引線結構設計，應充分考慮引線與夾件間的結構造成的影響，無論哪種結構，兩銅排間不應有導磁結構件存在。

    本文提及的三種結構中：

1）結構1雜散損耗低，為傳統結構，安全可靠，

2）結構2雜散損耗大且存在安全隱患，不宜采用。

3）結構3雜散損耗低，安全可靠，可降低油箱體積，是值得推廣的結構。