摘要：为了准确诊断干式变压器线圈材质，开发了一种智能综合检测仪，介绍了检测系统的基本原理、硬件结构、软件流程。该系统通过变压器直流电阻、特性参数的实测数据综合判断干式变压器的容量，引入概率分析法，建立了影响变压器线圈材质的概率分布模型，确定线圈材质分析概率函数，并根据变压器容量和高低压线圈匝数比、包高、包厚等测量值，计算出线圈铜铝因子，准确判断干式变压器线圈材质。
关键词：干式变压器；线圈材质；检测
一、干式变压器线圈材质综合检测的概述
干式变压器线圈材质有铜和铝两种，由于铝线圈变压器经济上的优势，有些配电变压器生产厂家为了牟取经济利益，以铝箔或铝线冒充铜箔或铜线绕制线圈。这种铝线圈变压器本身存在着性能上的不足，加上目前国内铝线圈变压器制造的工艺水平参差不齐，其性能更是得不到保证。由于干式变压器多采用树脂浇注结构，若只看接线端子和成品外观，难以区别变压器线圈材质是铜还是铝。这种“以铝充铜”的行为，严重扰乱了变压器市场，不仅给运行单位造成了经济上的损失，也可能带来安全和事故隐患，因此迫切需要一种实用的变压器线圈材质鉴别方法 。本研究拟开发一种便携式干式变压器线圈材质检测设备，利用该检测设备能较方便、准确地判断变压器线圈的材质，检测变压器的实际容量及损耗等参数，准确掌握变压器的实际运行状态，提高变压器运行的安全可靠性。目前国内外研究重点主要集中在能否以铝线圈变压器代替铜线圈变压器的问题上，对铜铝线圈检测方法的研究较少，相关的检测方法也不太成熟。
二、干式变压器线圈相关概述
变压器是利用电磁感应的原理来改变交流电压的装置，主要构件是初级线圈、次级线圈和铁心（磁芯）。主要功能有：电压变换、电流变换、阻抗变换、隔离、稳压（磁饱和变压器）等。按用途可以分为：配电变压器、全密封变压器、组合式变压器、干式变压器、油浸式变压器、单相变压器、电炉变压器、整流变压器等。变压器是变换交流电压、交变电流和阻抗的器件， 当初级线圈中通有交流电流时，铁芯（或磁芯）中便产生交流磁通，使次级线圈中感应出电压（或电流）。变压器由铁芯（或磁芯）和线圈组成，线圈有两个或两个以上的绕组，其中接电源的绕组叫初级线圈，其余的绕组叫次级线圈。
线圈形式主要是根据线圈的电压等级和容量的大小来进行选择，同时还要重点考虑电气强度、耐热强度、机械强度、散热面积和制造工艺的可能性等，以保证变压器可靠的运行。
1、圆筒式线圈。圆筒式线圈是一种比较简单的线圈，结构特点是：绕制时每个匝数紧靠上一个线匝，成螺旋形沿线圈轴向排列。
线圈可以单根导线绕制，也可以多根导线并（迭）联绕制。圆筒式线圈可以制成单层，双层或多层。层间必须垫绝缘纸或设置油道，层间绝缘或油道主要取决于层间电压大小及线圈散热情况。主要用于中小型变压器。
2、箔式线圈。箔式线圈是用铝箔或铜箔作为导体的线圈，绕制圆筒式，箔材的宽加上端部绝缘等于线圈的每一匝形成一层。高压线圈也可做成分段式（每段都是箔绕的较矮的圆筒式），串联起来。箔式线圈的层间绝缘即匝绝缘，与箔材一起连续绕制，要求用专门的绕制设备，不能使用一般的绕线机。这种专用设备一般还包括箔材的焊接设备。
3、饼式线圈。一般对电压低而电流大的线圈，常用多根并联绕制成螺旋式线圈，而对于电压等级较高、电流较小，且在纵绝缘上还有其特殊要求的常可绕制成连续式、纠结式。
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3.1连续式线圈。连续式线圈是变压器线圈最常用的一种型式。连续式线圈，分为连续式和双连续式线圈。连续式线圈常用于大中型变压器，电压为10～110KⅤ的高压、中压、低压线圈。双连续式线圈常用于大中型变压器，电压为10～66KⅤ中压、低压线圈。根据设计的需要，线圈端部必要时增加保护小角环，并使用成型保护角环，避免了传统纸带型式的角环机械强度不足从而引起堵塞油路的现象。为了改善线圈内部的散热，可以在线圈内部设置挡油板，强迫冷却油按设定的好的路径流动，保证了线圈的散热。对于电压较高的线圈为了改善线圈的冲击电压分布，根据需要采用内屏蔽式线圈或纠结式线圈。
3.2内屏蔽式线圈。内屏蔽式线圈，是在单根或多根并联的连续式线段内插入一些屏蔽匝。每段插入屏线的匝数根据线圈波过程计算来确定的。内屏蔽式线圈，分为跨两段内屏蔽式线圈和跨四段内屏蔽式。内屏蔽式线圈如与连续式线圈相连接，称为内屏连续式线圈。内屏蔽式线圈对于扁导线和换位导线均可使用，同时避免了导线的焊接，减少焊头。
3.3纠结式线圈。纠结式线圈的结构与连续式的不同之处，只在于线匝的排列顺序。它的线匝不以自然数序排列，而是在相邻数序线匝之间插入不相邻数序的线匝。这样原连续式线圈段间线匝需借助于纠结换位（纠位），进行交错纠连形成纠结线段，从而组成纠结式线圈。纠结式线圈，分为普通纠结式和插花纠结式；每种又分为跨两段纠结式和跨四段纠结式。纠结式线圈如与连续式线圈相连，称为纠结连续式线圈。普通跨两段纠结式线圈常用于110KⅤ及以上三相容量<90MⅤA变压器的高压线圈首端加强段或110KⅤ及以上变压器高压、中压线圈的分接段。纠结式线圈可以更有效的改善线圈内部的冲击电压分布，减小冲击电压梯度，并且纠结式线圈抗短路能路更好。
4、螺旋式线圈。螺旋式式线圈主要用于低电压大电流变压器的电压线圈。单（半）螺旋式、双（半）螺旋式线圈常用于联络变压器电压在35KV以下的低压线圈或500KⅤ及以上发电机变压器高-低-高结构中的高压线圈Ⅱ（靠近铁心侧高压线圈）。
三、干式变压器线圈材质智能综合检测系统
通过设计干式变压器在线监测系统，实现了故障预警与温度报警等功能，对局部放电准确定位，为材质分析提供了参考。对铜铝两种材质的线圈涡流场短路阻抗、负载损耗、短路机械力等进行了数值计算分析，但方法较复杂，未给定材质判断标准。利用金相显微镜对金相试样进行观察，通过肉眼对同一视野中各相晶粒数进行统计，从而确定各相的百分含量，该方法一般是破坏性取样，不便对设备进行操作。提出了基于容量体积比的油浸式变压器线圈材质鉴别方法，确定了不同容量变压器的容量体积比曲线及最大允许偏差值，并结合变压器温升试验进行判断，试验准确度不高且操作复杂。
针对干式变压器线圈材质检测的智能型系统，该系统通过测量变压器直流电阻并结合变压器特性参数实验数据综合判断干式变压器的容量，综合变压器变比数据和变压器的本体外观数据，引入概率分析法，建立了影响变压器线圈材质的概率分布模型，确定线圈材质分析概率函数，并根据变压器容量、高低压线圈匝比、包高、包厚等测量值，计算出线圈铜铝因子，准确判断变压器线圈的材质。该系统还能对变压器容量、阻抗电压、空载损耗、负载损耗、空载电流等参数进行准确测量。本文介绍该系统中变压器线圈材质检测的基本原理、硬件电路结构、软件流程，并通过现场检测数据进行了验证。
结束语
上文介绍的 干式变压器线圈材质智能综合检测系统，采用直流电阻综合测试法测试变压器容量，并在此基础上利用变压器外观参数、匝比等综合分析计算出线圈的铜铝因子，准确判断线圈材质，该测试仪操作方法简便，测试精度高。
参考文献
[1]周文良.查处以铝充铜变压器案的技巧[J].国质量技术监督,2018(15):172.
论文作者:刘飞
论文发表刊物:《电力设备》2018年第31期
论文发表时间:2019/5/6
标签：线圈论文; 变压器论文; 材质论文; 电压论文; 干式变压器论文; 屏蔽论文; 容量论文; 《电力设备》2018年第31期论文;