一种三相直线排列式Dy(Yz)接法的调容变压器论文和设计-吴正文

全文摘要

本实用新型属于电学技术领域，公开了一种三相直线排列式Dy(Yz)接法的调容变压器，包括铁心、三相调容绕组、三个调容开关；每相调容绕组包括辐向排列的高压绕组线圈、低压绕组Ⅰ段线圈、低压绕组Ⅱ段线圈，低压线圈用导电的箔绕制；低压绕组Ⅰ段线圈与Ⅱ段线圈组成幅向螺旋层叠结构，两者沿轴心180度旋转对称；各调容开关的接线端子分置于两侧，高压绕组线圈和低压绕组Ⅰ段线圈的引出线和低压绕组Ⅱ段线圈的引出线从两侧向上与调容开关连接。本实用新型的调容变压器出线都处于上部，与调容开关的连接距离短并且长度相近，三相电阻平衡，结构紧凑体积小，制造简单。

主设计要求

1.一种三相直线排列式Dy(Yz)接法的调容变压器，其特征在于，包括铁心、三相调容绕组、分别用于控制三相调容绕组线圈连接结构转换的三个相对独立的调容开关，所述铁心的三相铁心柱呈直线并排排列，三相调容绕组分别套装在三相铁心柱上；每相调容绕组包括辐向排列的高压绕组线圈、低压绕组Ⅰ段线圈、低压绕组Ⅱ段线圈；所述高压绕组线圈、低压绕组Ⅰ段线圈、低压绕组Ⅱ段线圈四者轴向位置重合，所述低压绕组Ⅰ段线圈、低压绕组Ⅱ段线圈由尺寸相同的金属箔绕制；各线圈的两端分别连接一引出线，所有线圈的引出线向同一轴向方向引出；所述低压绕组Ⅰ段线圈的引出线位于绕组的第一侧，所述低压绕组Ⅱ段线圈的引出线位于绕组的与第一侧相对的第二侧，所述高压绕组的引出线可位于第一侧或第二侧；所述低压绕组Ⅰ段线圈和低压绕组Ⅱ段线圈匝数相等并且尺寸相同，低压绕组Ⅰ段线圈和低压绕组Ⅱ段线圈通过调容开关，实现高容量时在每相内并联，三相再接成yn联结；在低容量时，某一相的Ⅰ段线圈与相邻另一相的Ⅱ段线圈极性反向地串联,三相再接成zn联结；所述低压绕组Ⅰ段线圈与低压绕组Ⅱ段线圈组成螺旋层叠结构，且两者沿轴心180度旋转对称；三个调容开关分别设置在铁心上轭上方分别对应三相调容绕组的位置，各调容开关的高压接线端子和低压接线端子分置于其宽度方向的两侧，各调容开关的长度方向垂直于三相调容绕组的排列方向；调容绕组的第一侧和第二侧分别对应铁心上轭的两侧；位于调容绕组第一侧的低压绕组Ⅰ段线圈中需要与调容开关连接的引出线、位于第二侧的低压绕组Ⅱ段线圈中需要与调容开关连接的引出线和可位于第一侧或第二侧高压绕组线圈的需要与调容开关连接的高压引出线，分别从铁心上轭的两侧向上与调容开关连接。

设计方案

1.一种三相直线排列式Dy(Yz)接法的调容变压器，其特征在于，包括铁心、三相调容绕组、分别用于控制三相调容绕组线圈连接结构转换的三个相对独立的调容开关，所述铁心的三相铁心柱呈直线并排排列，三相调容绕组分别套装在三相铁心柱上；

每相调容绕组包括辐向排列的高压绕组线圈、低压绕组Ⅰ段线圈、低压绕组Ⅱ段线圈；所述高压绕组线圈、低压绕组Ⅰ段线圈、低压绕组Ⅱ段线圈四者轴向位置重合，所述低压绕组Ⅰ段线圈、低压绕组Ⅱ段线圈由尺寸相同的金属箔绕制；各线圈的两端分别连接一引出线，所有线圈的引出线向同一轴向方向引出；所述低压绕组Ⅰ段线圈的引出线位于绕组的第一侧，所述低压绕组Ⅱ段线圈的引出线位于绕组的与第一侧相对的第二侧，所述高压绕组的引出线可位于第一侧或第二侧；所述低压绕组Ⅰ段线圈和低压绕组Ⅱ段线圈匝数相等并且尺寸相同，低压绕组Ⅰ段线圈和低压绕组Ⅱ段线圈通过调容开关，实现高容量时在每相内并联，三相再接成yn联结；在低容量时，某一相的Ⅰ段线圈与相邻另一相的Ⅱ段线圈极性反向地串联, 三相再接成zn联结；所述低压绕组Ⅰ段线圈与低压绕组Ⅱ段线圈组成螺旋层叠结构，且两者沿轴心180度旋转对称；

三个调容开关分别设置在铁心上轭上方分别对应三相调容绕组的位置，各调容开关的高压接线端子和低压接线端子分置于其宽度方向的两侧，各调容开关的长度方向垂直于三相调容绕组的排列方向；

调容绕组的第一侧和第二侧分别对应铁心上轭的两侧；位于调容绕组第一侧的低压绕组Ⅰ段线圈中需要与调容开关连接的引出线、位于第二侧的低压绕组Ⅱ段线圈中需要与调容开关连接的引出线和可位于第一侧或第二侧高压绕组线圈的需要与调容开关连接的高压引出线，分别从铁心上轭的两侧向上与调容开关连接。

2.根据权利要求1所述的三相直线排列式Dy(Yz)接法的调容变压器，其特征在于，所述高压绕组线圈、低压绕组Ⅰ段线圈、低压绕组Ⅱ段线圈辐向由外到内依次排列。

3.根据权利要求1所述的三相直线排列式Dy(Yz) 接法的调容变压器，其特征在于，低压绕组的所述引出线包括与金属箔焊接的焊接段和从线圈伸出的出线段。

4.根据权利要求3所述的三相直线排列式Dy(Yz)接法的调容变压器，其特征在于，所述低压绕组Ⅰ段线圈的两个引出线与低压绕组Ⅱ段线圈的两个引出线沿绕组轴心180度旋转对称。

5.根据权利要求1所述的三相直线排列式Dy(Yz)接法的调容变压器，其特征在于，所述调容开关第一侧包括真空灭弧室Kd1、真空灭弧室Kdc、真空灭弧室Kdg、真空灭弧室Kd2和第一接线引脚、第二接线引脚、第三接线引脚；第一接线引脚与真空灭弧室Kd1的第一接线端、真空灭弧室Kdc的第一接线端相连，第二接线引脚与真空灭弧室Kdg的第一接线端相连，第三接线端与真空灭弧室Kd2的第一接线端相连。

6.根据权利要求5所述的三相直线排列式Dy(Yz)接法的调容变压器，其特征在于，低压绕组Ⅰ段线圈的第一引出线接第一接线引脚，低压绕组Ⅰ段线圈的第二引出线接第三接线引脚；低压绕组Ⅱ段线圈的第一引出线接调容变压器低压输出端，低压绕组Ⅱ段线圈的第二引出线接第六接线引脚；真空灭弧室Kd1的第一接线端与真空灭弧室Kdc第一接线端相连，真空灭弧室Kd1的第二接线端接调容变压器低压输出端；真空灭弧室Kdc第二接线端接真空灭弧室Kdg第一接线端；真空灭弧室Kd2的第一接线端接相邻相真空灭弧室Kd3的第一接线端，真空灭弧室Kd2、真空灭弧室Kdg、真空灭弧室Kd3的第二接线端接零线。

7.根据权利要求1所述的三相直线排列式Dy(Yz)接法的调容变压器，其特征在于，所述调容开关第二侧包括真空灭弧室Kgc、真空灭弧室Kg1、真空灭弧室Kgg、真空灭弧室Kd3和第四接线引脚、第五接线引脚、第六接线引脚，第四接线引脚接真空灭弧室Kgc的第一接线端，第五接线引脚接真空灭弧室Kg1的第一接线端，第六接线引脚接真空灭弧室Kd3的第一接线端，第五接线引脚与真空灭弧室Kgg的第一接线端电连接。

8.根据权利要求7所述的三相直线排列式Dy(Yz)接法的调容变压器，其特征在于，高压绕组线圈的第一引出线接真空灭弧室Kg1的第一接线端，高压绕组线圈第二引出线接相临相的真空灭弧室Kg1的第二接线端，真空灭弧室Kgc的第二接线端与真空灭弧室Kgg的第二接线端相连，真空灭弧室Kgg的第一接线端与真空灭弧室Kg1的第一接线相连，真空灭弧室Kgc的第一接线端与其他两相中的真空灭弧室Kgc的第一接线端相连。

设计说明书

技术领域

本实用新型属于电学技术领域，涉及调容变压器，尤其是涉及调容变压器低压侧线圈绕制出线方式和调容开关放置方式。

背景技术

调容变压器，是一种多容量的配电变压器，它主要是利用安装在变压器上的调容开关，在负荷较轻时，同时改变高、低压绕组的联结方式，降低变压器铁心中的磁通密度，从而达到降低变压器在轻负荷时的空载损耗的目的。

对高容量联结组标为Dyn11,低容量联结组标为Yzn11的调容变压器，其原理为：变压器每一相低压绕组由Ⅰ段线圈、Ⅱ段线圈组成，Ⅰ段线圈和Ⅱ段线圈匝数相等并且尺寸相同；高压绕组为单线圈。变压器处于高容量时，三相高压绕组接成三角形联结，每相低压绕组的Ⅰ段线圈和Ⅱ段线圈并联，三相再接成yn联结；变压器处于低容量时，三相高压绕组接成星形联结，某一相的Ⅰ段线圈与相邻另一相的Ⅱ段线圈极性反向地串联，三相再接成zn联结。现有调容变压器的低压绕组Ⅰ段线圈、Ⅱ段线圈的分布方式有三种，一种是辐向分裂，另一种是轴向分裂，第三种是线式混绕方式。辐向分裂的优点在于，两段线圈的引出线长度相当，而缺点在于，两段线圈辐向位置不同，磁场环境差异很大，两段线圈的总长度不同，导致两个线圈的两端电压不同，在两者并联时，会产生环流损耗。轴向分裂的优点在于，两段线圈的辐向位置相同，两段线圈可以具有相同的总周长、导电截面、电阻、磁场环境；而缺点在于，远离调容开关的一段线圈的引出线长度显著大于靠近调容开关的一段线圈的引出线长度，不利于两段线圈的电阻平衡。另外在轴向上两段线圈需要有分隔距离。线式混绕方式是，把两段线圈的导线分别重叠起来，然后两叠导线相邻轴向并绕在铁心之上。这种方法有换位宽度和螺旋角存在，窗口填充系数低，安匝分布不平衡，抗短路能力差。

实用新型内容

为了解决现有采用Dy（Yz）接法的调容变压器中低压绕组Ⅰ段线圈和Ⅱ段线圈的卷绕结构存在的问题，本实用新型选择了一种箔式混绕方案来绕制低压绕组，在该方案中，Ⅰ段线圈和Ⅱ段线圈轴向重合，辐向交层叠混合，并且两者沿轴心180度旋转对称。

这种箔式混绕方案的特点是：Ⅰ段线圈和Ⅱ段线圈的引出线不在绕组的同一侧，即有一段线圈的引出线与高压绕组线圈的出线在同侧。采用基于这种箔式混绕方案的调容绕组的三相直线排列式调容变压器，如果采用现有三相一体式调容开关，调容开关长度方向顺着铁心上轭设置，由于调容开关的高压接线端子和低压接线端分设在宽度方向的两侧，再由于本实用新型调容绕组的低压绕组Ⅰ段线圈的引出线位于高压绕组线圈的引出线一侧，则低压绕组Ⅰ段线圈的引出线需从铁心上轭的上方从一侧穿到另一侧再向上与调容开关连接。一方面需要调容开关与铁心上轭之间预留足够走线空间，导致变压器体积扩大；另一方面增加了引出线的走线加工工序和走线难度；第三方面，需要更多的引出线的材料成本；第四方面，低压绕组Ⅰ段线圈的引出线显著长于可以直接向上连接调容开关的Ⅱ段线圈的引出线，增加了两段线圈的电阻不平衡率。

对此，本实用新型提出了一种专门针对上述箔式混绕调容绕组设计的三相直线排列式调容变压器，该调容变压器在高容量时采用Dyn11接法，低容量时采用Yzn11接法。其特征在于，包括铁心、三相调容绕组、分别用于控制三相调容绕组线圈连接结构转换的三个相对独立的调容开关，所述铁心的三相铁心柱呈直线并排排列，三相调容绕组分别套装在三相铁心柱上，

每相调容绕组包括辐向排列的高压绕组线圈、低压绕组Ⅰ段线圈、低压绕组Ⅱ段线圈；其特征在于，所述高压绕组线圈、低压绕组Ⅰ段线圈、低压绕组Ⅱ段线圈三者轴向位置重合，所述低压绕组Ⅰ段线圈、低压绕组Ⅱ段线圈由尺寸相同的金属箔绕制；各线圈的两端分别连接一引出线，所有线圈的引出线向同一轴向方向伸出；所述低压绕组Ⅰ段线圈的引出线位于绕组的第一侧，所述低压绕组Ⅱ段线圈的引出线位于绕组的与第一侧相对的第二侧，所述高压绕组线圈引出线可位于第一侧或第二侧；所述低压绕组Ⅰ段线圈和低压绕组Ⅱ段线圈匝数相等，低压绕组Ⅰ段线圈和低压绕组Ⅱ段线圈通过调容开关，实现高容量时在每相内并联，三相再接成yn联结；低容量时，某一相的Ⅰ段线圈与相邻另一相的Ⅱ段线圈极性反向地串联, 三相再成zn联结；所述低压绕组Ⅰ段线圈与低压绕组Ⅱ段线圈幅向组成螺旋层叠结构，且两者沿轴心180度旋转对称；

三个调容开关分别设置在铁心上轭上方分别对应三相调容绕组的位置，各调容开关的接线端子分置于其宽度方向的两侧，各调容开关的长度方向垂直于三相调容绕组的排列方向；

调容绕组的第一侧和第二侧分别对应铁心上轭的两侧；位于调容绕组第一侧的低压绕组Ⅰ段线圈中需要与调容开关连接的引出线，位于第二侧的低压绕组Ⅱ段线圈中需要与调容开关连接的引出线和位于第一侧或第二侧的高压绕组线圈中需要与调容开关连接的引出线分别从铁心上轭的两侧向上与调容开关连接。

进一步地，所述高压绕组线圈、低压绕组Ⅰ段线圈和低压绕组Ⅱ段线圈辐向由外到内依次排列。

进一步地，低压绕组的引出线包括与金属箔焊接的焊接段和从线圈伸出的出线段。

所述低压绕组Ⅰ段线圈的两个引出线与低压绕组Ⅱ段线圈的两个引出线沿绕组轴心180度旋转对称。

进一步地，所述调容开关第一侧包括真空灭弧室Kd1、真空灭弧室Kdc、真空灭弧室Kdg、真空灭弧室Kd2和第一接线引脚、第二接线引脚、第三接线引脚；第一接线引脚分别与真空灭弧室Kd1的第一接线端、真空灭弧室Kdc的第一接线端相连，第二接线引脚与真空灭弧室Kdg的第一接线端相连，第三接线端与真空灭弧室Kd2的第一接线端相连。

所述调容开关第二侧包括真空灭弧室Kgc、真空灭弧室Kg1、真空灭弧室Kgg、真空灭弧室Kd3和第四接线引脚、第五接线引脚、第六接线引脚，第四接线引脚接真空灭弧室Kgc的第一接线端，第五接线引脚接真空灭弧室Kg1的第一接线端，第六接线引脚接真空灭弧室Kd3的第一接线端，第五接线引脚与真空灭弧室Kgg的第一接线端电连接，真空灭弧室Kgc的第二接线端与真空灭弧室Kgg的第二接线端相连，真空灭弧室Kgc的第一接线端与相邻相真空灭弧室Kgc的第一接线端相连，真空灭弧室Kg1的第二接线端接相邻相高压输出端。

进一步地，低压绕组Ⅰ段线圈的第一引出线接第一接线引脚，低压绕组Ⅰ段线圈的第二引出线接第三接线引脚；低压绕组Ⅱ段线圈的第一引出线接调容变压器低压输出端，低压绕组Ⅱ段线圈的第二引出线接第六接线引脚；真空灭弧室Kd1的第一接线端与真空灭弧室Kdc第一接线端相连，真空灭弧室Kd1的第二接线端接调容变压器低压输出端；真空灭弧室Kdc第二接线端接真空灭弧室Kdg第一接线端；真空灭弧室Kd2的第一接线端接相邻相真空灭弧室Kd3的第一接线端，真空灭弧室Kd2、真空灭弧室Kdg、真空灭弧室Kd3的第二接线端接零线。

高压绕组线圈的第一引出线接真空灭弧室Kg1的第一接线端，高压绕组线圈的第二引出线接相临相的真空灭弧室Kg1的第二接线端。

本实用新型有益效果是：一、通过将低压绕组Ⅰ段线圈和低压绕组Ⅱ段线圈设计为180度旋转对称的结构，不仅使两个线圈的引出线长度保持一致，而且保证两个线圈的几何参数完全一致，所处的磁场环境一样，结构紧凑体积小，制造简单，有效地提高了变压器的抗短路能力，避免了两个线圈内的环流产生，也有效地将三相电阻不平衡率降至最低。二、采用单相独立式调容开关，辅以调容开关长度方向垂直于三相调容绕组排列方向的放置方式，配合低压铜排双侧出线的结构，有效减少了引出线的长度和多余的弯曲曲折，简化了引出线的加工工艺，节约引出线所需材料，节省生产成本，减小了调容变压器的体积。

附图说明

图1是本实用新型所述调容变压器的一相调容绕组的结构示意图；

图2是本实用新型中调容开关设置方式的示意图；

图3是本实用新型中第一组真空灭弧室的接线方式示意图；

图4是调容变压器低容量时低压侧的电路图；

图5是调容变压器高容量时低压侧的电路图；

图6是本实用新型中第二组真空灭弧室的接线方式示意图

图7是调容变压器低容量时高压侧的电路图；

图8是调容变压器高容量时高压侧的电路图；

图中：符号“日”表示真空灭弧室处于合闸状态，符号“目”表示真空灭弧室处于分闸状态；Rd代表过渡电阻。

具体实施方式

下面通过具体实施例并结合附图对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述。

为了使本技术领域的人员更好的理解本实用新型方案，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述。显然，下面所描述的实施例仅仅是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。

参照图1，本例所示为三相调容变压器的一相调容绕组结构，包括辐向由外到内依次排列的高压绕组线圈、低压绕组Ⅰ段线圈、低压绕组Ⅱ段线圈；其中，低压绕组Ⅰ段线圈、低压绕组Ⅱ段线圈由金属箔绕制而成，高压绕组线圈由金属线绕制而成。

具体的，低压绕组中Ⅰ线圈、Ⅱ段线圈构成螺旋层叠结构，沿铁心中心180°旋转对称，该绕组包括用于绕制Ⅰ段线圈的第一金属箔2，第一绝缘层20，Ⅰ段线圈第一引出线21，Ⅰ段线圈第二引出线22，用于绕制Ⅱ段线圈的第二金属箔3，第二绝缘层30，Ⅱ段线圈第一引出线31，Ⅱ段线圈第二引出线32。

低压绕组的具体绕制方式如下：

第一步，将低压绕组绝缘纸板筒套装在绕制模具上，将用于绕制Ⅰ段线圈的第一金属箔的端部和用于绕制Ⅱ段线圈的第二金属箔的端部分别从相对的两个方向拉送至绕制模具；第一金属箔的端部焊接Ⅰ段线圈第一引出线21，第一金属箔内侧附上第一绝缘层20，第二金属箔的端部焊接Ⅱ段线圈第一引出线31，第二金属箔内侧附上第二绝缘层30；第一金属箔的端部通过Ⅰ段线圈第一引出线固定在绕制模具的第一侧，第二金属箔的端部通过Ⅱ段线圈第一出线31铜排固定在绕制模具的与第一侧相对的第二侧；

第二步，转动绕制模具，第一金属箔和第二金属箔等长同步缠绕在绝缘纸板筒上形成互为螺旋层叠结构的Ⅰ段线圈和Ⅱ段线圈，当达到目标匝数，分别在绕制模具的第一侧和第二侧剪断第一金属箔和第二金属箔，并分别在第一金属箔和第二金属箔的新的端部焊接Ⅰ段线圈第二引出线22和Ⅱ段线圈第二引出线32。获得由Ⅰ段线圈和Ⅱ段线圈组合在一起的螺旋混合线圈，获得调容变压器低压绕组。

低压绕组Ⅰ段线圈的引出线位于绕组的第一侧，所述低压绕组Ⅱ段线圈的引出线位于绕组的与第一侧相对的第二侧。所述高压绕组线圈由金属线200绕制，有高压绕组线圈第一引出线201，高压绕组线圈第二引出线202以及高压绝缘层203。高压绕组线圈的引出线和低压绕组Ⅰ段线圈的引出线位于绕组的第一侧。

如图2所示，调容开关的接线端子分置于其宽度方向的两侧，调容开关的长度方向垂直于三相调容绕组的排列方向；

如图3所示的第一组真空灭弧室接线方式，图示真空灭弧室Kd1，下端为第一接线引脚40和第一接线端41，上端为第二接线端42；真空灭弧室Kdc，下端为第一接线端51，上端为第二接线端52;真空灭弧室Kd1，下端为第二接线引脚60和第一接线端61，上端为第二接线端62；真空灭弧室Kd2，下端为第三接线引脚70和第一接线端71，上端为第二接线端72。

图4、图5所示的低压侧电路图，图示左上方为Ⅰ段绕组，右上方为Ⅱ段绕组。

引出线与调容开关中的真空灭弧室的接线如下：

如图4、图5所示电路图，低压绕组Ⅰ段线圈第一引出线接第一接线引脚，低压绕组Ⅰ段线圈第二引出线接第三接线引脚；低压绕组Ⅱ段线圈的第一引出线接调容变压器低压输出端，低压绕组Ⅱ段线圈的第二引出线接第六接线引脚；真空灭弧室Kd1的第一接线端与真空灭弧室Kdc第一接线端相连，真空灭弧室Kd1的第二接线端接调容变压器低压输出端；真空灭弧室Kdc第二接线端接真空灭弧室Kdg第一接线端；真空灭弧室Kd2的第一接线端接相邻相真空灭弧室Kd3的第一接线端，真空灭弧室Kd2、真空灭弧室Kdg、真空灭弧室Kd3的第二接线端接零线。

如图6,第二组真空灭弧室接线方式，图示真空灭弧室Kgc，下端为第四接线引脚80和第一接线端81，上端为第二接线端82；真空灭弧室Kg1，下端为第五接线引脚90和第一接线端91，上端为第二接线端92；真空灭弧室Kgg，下端为第一接线端101，上端为第二接线端102；真空灭弧室Kg3，下端为第六接线引脚73和第一接线端74，上端为第二接线端75。

如图7所示电路图，高压线圈第一引出线接Kg1的第一接线端，高压线圈第二引出线接高压输出端。第四接线引脚接真空灭弧室Kgc的第一接线端，第五接线引脚接真空灭弧室Kg1的第一接线端，第六接线引脚接真空灭弧室Kg3的第一接线端，第五接线引脚与Kgg的第一接线端电相连，Kgc的第二接线端与Kgg第二接线端相连，Kg1的第二接线端接相邻相高压线圈输出端。

为实现调容变压器的调容，如图4所示，真空灭弧室Kd1、Kd2、Kd3为分闸，真空灭弧室Kgg、Kgc为合闸，此时为低容量状态；如图5所示，真空灭弧室Kd1、Kd2、Kd3由分闸变为合闸，真空灭弧室Kgg、Kgc由合闸变为分闸，与此同时，如图7，图8所示，高压侧也完成星角转换，这样所述调容变压器就由低容量状态转变为高容量状态。

设计图

一种三相直线排列式Dy(Yz)接法的调容变压器论文和设计

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