[科普中國(guó)]-填充系數(shù)

填充系數(shù)，即線芯導(dǎo)體實(shí)際截面與線芯輪廓截面之比。線芯絞合后，雖經(jīng)緊壓，單線間必定還有空隙，故引入填充系數(shù)的概念。在大多數(shù)情況下，電力電纜的線芯都采用中心為一根導(dǎo)線的規(guī)則絞合結(jié)構(gòu)。從提高填充系數(shù)和穩(wěn)定性考慮，中心為一根導(dǎo)線的規(guī)則絞合的結(jié)構(gòu)最佳。1

簡(jiǎn)介填充系數(shù)就是鐵心在圓面積中填充程度，即鐵心柱的凈截面積S1(除去絕緣層和間隙)與鐵心柱外接圓截面積S0之比，稱(chēng)為填充系數(shù)Kc。用公式表示為Kc=S1/S0。

鐵心填充系數(shù)又稱(chēng)鐵心圓面積利用系數(shù)(圓截面利用系數(shù))。它與硅鋼片厚度、鐵心形式及絕緣種類(lèi)等有關(guān)。一般填充系數(shù)為0.63～1(接近1)，常見(jiàn)為0.87，從節(jié)能角度考慮越大越好。另外，鐵心窗口填充系數(shù)也是指窗口的填充程度。2

提高填充系數(shù)的方法1．新型螺旋式繞組

配電變壓器的繞組擴(kuò)大了高壓層式繞組的應(yīng)用范圍：50～1600kVA的高壓繞組全部采用層式；50～500kVA的低壓繞組采用630～1600kVA的低壓繞組采用新型螺旋式，從而提高了鐵心窗口的填充系數(shù)，使高低壓繞組的有效體積明顯減小。主變壓器的高低壓繞組均采用軸向油道新型連續(xù)式繞組，有效地降低了繞組體積。

這些新型連續(xù)式或螺旋式繞組是采用餅問(wèn)的橫向油道冷卻而無(wú)縱向油道，所以平尾墊塊墊在導(dǎo)線餅問(wèn)以構(gòu)成橫向冷卻油道。而新型螺旋式繞組取消了橫向冷卻油道，新增加了縱向油道，用墊塊墊在縱向油道上支撐導(dǎo)線。從而縮小了繞組的幾何尺寸。為保證繞組軸向機(jī)械強(qiáng)度，在部分段間采用u形墊塊結(jié)構(gòu)?？紤]到繞組的彈性，沿軸向要增加一段臨時(shí)紙筒，以便于繞制。

2．多采用層式或分段筒式繞組

采用層式或分段筒式段間油道尺寸電場(chǎng)計(jì)算采用有限元法時(shí)可分為三維場(chǎng)和二維場(chǎng)。三維場(chǎng)計(jì)算一般接近于實(shí)際情況，但三維剖分復(fù)雜，所需的運(yùn)算時(shí)間長(zhǎng)。因此，工程上希望用二維計(jì)算求解電場(chǎng)，兩者的對(duì)比計(jì)算結(jié)果如圖1所示。

采用分段繞組可以減少層間絕緣。為了保證繞組質(zhì)量，不用薄絕緣而采用半油道結(jié)構(gòu)，層間用網(wǎng)點(diǎn)上膠紙，鐵軛間加角環(huán)，增加繞組填充系數(shù)，使繞組間、相間、主絕緣對(duì)鐵軛尺寸相應(yīng)減小，減小輻向尺寸。圖2是三段筒式繞組的結(jié)構(gòu)圖和繞線圖。用于110kV，2000kVA，靜電屏放在繞組外側(cè)。由于首端A層間沖擊電壓高，沖擊梯度達(dá)13.5%，其余各層均小于10%，故首端層絕緣要加強(qiáng)。段間距離較大。

3．改變鐵心與繞組壓緊結(jié)構(gòu)

在漏磁集中的部位采用非金屬和非磁性材料，根本上改進(jìn)壓緊結(jié)構(gòu)和其他笨重元件，采用電磁屏蔽使漏磁通槽路化，使負(fù)載損耗降低3%～8%。

主要應(yīng)用增加絕緣隔板進(jìn)而提高填充系數(shù)

變壓器絕緣是介電系數(shù)高的絕緣紙和介電系數(shù)低的油的復(fù)合絕緣。在油和絕緣紙都無(wú)異常的情況下，絕緣擊穿是從油隙部分產(chǎn)生的。確定油隙及絕緣件的形狀和尺寸，不僅考慮絕緣，而且還考慮冷卻，機(jī)械強(qiáng)度、油流帶電、引線引出等因素。因此，由于變壓器規(guī)格、部位不同，其形狀和尺寸也各不相同。為提高填充系數(shù)，改善絕緣結(jié)構(gòu)，首先要對(duì)這些部位進(jìn)行局部放電或擊穿的試驗(yàn)分析，并進(jìn)行電壓，電場(chǎng)的理論分析?，F(xiàn)將日立制作所這一方面的技術(shù)介紹如下：

(1)進(jìn)行了多繞組系列變壓器的雷擊電位振蕩計(jì)算，能求出繞組任意部位、時(shí)間的電位值。

(2)發(fā)展了差分法、有限元法等電場(chǎng)計(jì)算方法，能求出繞組任意部位的電場(chǎng)。

(3)對(duì)工頻局部放電和雷擊局部放電都研制了測(cè)量方法，明確了雷擊局部放電的有害性的界線。

(4)根據(jù)多數(shù)模型，對(duì)所有部位明確了包括局部放電在內(nèi)的擊穿現(xiàn)象、有害性、不規(guī)則現(xiàn)象的原因等。

(5)由于提高了與局部放電、不規(guī)則的原因有關(guān)的質(zhì)量管理技術(shù)，所以減少了局部放電及其擊穿的分散性。

對(duì)各部位的特性進(jìn)行綜合分析的基礎(chǔ)上，把用絕緣隔板將油隙分割成細(xì)小油隙的方式和用絕緣體填充油隙的方式結(jié)合起來(lái)，靠這兩種方式的最佳配合使絕緣結(jié)構(gòu)合理化，并提高填充系數(shù)。2

本詞條內(nèi)容貢獻(xiàn)者為:

杜強(qiáng) - 高級(jí)工程師 - 中國(guó)科學(xué)院工程熱物理研究所