CN105144320A - Hv干式仪器变压器 - Google Patents

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Abstract

本发明的主题为一种基于新型干式绝缘***的HV干式仪器变压器。高压仪器变压器具有电流变压器(1)或电压变压器(21)的形式。仪器变压器的柱状绝缘体(11)或(29)具有分别卷绕为隔离片块(9)或(30)的干式电容器套管的形式。电流变压器(1)具有用于次级绕组组件(8)与初级绕组导线(12)电绝缘的头部绝缘体(13)。对于电流变压器(1)，头部绝缘体(13)具有电容器套管的形式，并且与绝缘部件(18)接触。电压变压器(21)具有与绝缘部件(32)接触的初级绕组(24)。柱状绝缘体(11)或(29)具有浸渍材料，其具有分别与绝缘部件(18)或(32)的材料大致相同的热膨胀系数。

Description

HV干式仪器变压器
技术领域
本发明的主题为基于新型干式绝缘***的HV(高压)干式仪器变压器。
背景技术
从GB742554专利说明书中已知的是一种仪器变压器，其具有至少部分地嵌入在由合成热固性树脂制成的管形的中空绝缘部件的封闭端中的电流变压器绕组。绝缘部件具有电势梯度控制器件，其至少部分地嵌入在绝缘部件的壁中。绝缘部件的封闭端的外表面设有导电涂层，其连接于电流变压器的初级绕组。提供了防风雨罩，其可与绝缘部件集成。电势梯度控制器件包括嵌入在绝缘部件的壁中的重叠的圆柱形冷凝器板。绝缘部件优选由形成说明书GB742413的主题的离心铸造过程制造。电流变压器芯为嵌入在绝缘部件的头部中的环。HV初级绕组减小(reduce)至穿过变压器芯的杆。低压(LV)次级绕组围绕该芯卷绕，并且与其一起嵌入在绝缘材料中。杆附近的径向电场非常高，比杆与次级绕组之间的平均电场高得多。由于场的该不均匀性，故那些LV和HV元件之间的距离必须非常大，以保证绝缘***的必需的介电强度。仅放置成接近柱的外表面的变压器的柱中的电势梯度控制器件仅提供轴向场的分级，同时柱中的径向场未分级。围绕设备的顶部中的次级绕组引线的所得的高电场引起径向场高度地不均匀，需要大径向绝缘距离。所有这些要求都有助于设备的大小的显著增大。
GB742554专利说明书还公开了一种干式电压变压器，其中初级绕组沿接近其外表面的柱状绝缘体垂直地放置，同时提供了沿柱的轴向电场的分级。柱中的径向电场未分级，并且因此，尤其是在接近变压器的头部的区域中，强烈地不均匀，导致了需要大绝缘距离和柱的大直径。
仪器变压器的所得大尺寸是所述解决方案的缺点。仪器变压器的大尺寸和所得的大重量在设备动态地加载时(例如，在强风或地震的情况下)导致大机械应力。
仪器变压器的大尺寸还引起制造变压器的困难。在合成树脂的硬化过程期间，出现了材料的化学和热收缩，导致了硬化结构中的机械应力。过程的发热性质和树脂的低导热性使得这些机械应力随着硬化结构的增大尺寸而强烈地增大，引起在绝缘材料内产生空隙或裂缝的风险，导致了局部放电和设备的电气故障。这引起设备的尺寸限制，其继而限制了仪器变压器可施加的电压水平。
发明内容
具有电流变压器或电压变压器形式的根据本发明的HV干式仪器变压器的本质(其中电流变压器设有包括用于次级绕组组件的引线的电绝缘的柱状绝缘体的柱，并且电压变压器设有包括用于初级绕组的引线的电绝缘的柱状绝缘体的柱，并且柱状绝缘体与绝缘部件接触)在于柱状绝缘体具有卷绕为隔离片块的干式电容器套管的形式，并且柱状绝缘体具有浸渍材料，其具有与绝缘部件的材料大致相同的热膨胀系数。
作为优选，绝缘部件由无机物填充的可硬化树脂制成。
作为优选，用于浸渍柱状绝缘体的浸渍材料为无机物填充的可硬化树脂。
作为优选，用于浸渍电流变压器的头部绝缘体的浸渍材料为无机物填充的可硬化树脂。
作为优选，无机物填充的可硬化树脂为填充有石英粉的环氧树脂。
作为优选，头部绝缘体和柱状绝缘体具有用于电容场控制的带场分级层的分级层***，并且在各个分级***中，场分级层通过用于电流变压器的第一和第二隔离片块，或通过用于电压变压器的柱状绝缘体的隔离片块与彼此隔离。
作为优选，隔离片块由聚合物纤维制成。
作为优选，电流变压器的次级绕组组件的外表面由导电绕组护罩覆盖。
作为优选，绕组护罩由金属或导电聚合物材料制成，或者由填充有传导颗粒的纸或由导电纤维制成的织造或非织造材料制成。
作为优选，绝缘部件的外表面由导电封壳覆盖。
作为优选，导电封壳由导电漆制成。
作为优选，导电漆基于填充有导电颗粒，优选碳黑的环氧树脂。
作为备选，导电封壳制造为嵌入在形成绝缘部件的材料的外表面中的金属网孔或网格。
作为优选，HV干式仪器变压器具有电流变压器的柱的外部绝缘体或电压变压器的柱的外部绝缘体，其由直接地模制在电流变压器的柱的内部上或电压变压器的柱的内部上的硅弹性体制成。
作为优选，电流变压器的柱的外部绝缘体或电压变压器的柱的外部绝缘体由无机物填充的可硬化树脂制成。
优点
呈电流变压器形式的仪器变压器包括具有电容场分级***的两个元件，提供了那些元件中的径向和轴向场两者的分级。绝缘元件中的大致均匀的径向电场允许了有效利用施加的绝缘材料的场强度，并且因此用于使元件的直径最小化。都具有干式电容器套管形式的那些电容分级元件由浸渍有可硬化树脂的多孔隔离片材料制成。桥接两个套管绝缘体的空间以及电流变压器头部中的容积以如下方式填充有与用于浸渍电容套管的相同或类似的可硬化树脂，使得两种材料的热膨胀系数大致相同。
呈电压变压器形式的仪器变压器包括具有电容场分级***的一个绝缘元件，提供了元件中的轴向场和径向场两者的分级。类似于电流变压器，电容分级元件具有由浸渍有可硬化树脂的多孔隔离片材料制成的套管绝缘体的形式。桥接电容分级元件和初级绕组的干式绝缘物的空间填充有与用于浸渍套管绝缘体和初级绕组的相同或类似的可硬化树脂，以使那三个构件的热膨胀系数大致相同。
电容分级元件的小尺寸和简单形状允许了使用可硬化树脂制造那些，而不生成大机械应力或产生空隙或裂缝。绝缘部件的材料可在单独过程中填充到适合的空间中，以便其牢固地粘附于构造的匹配元件。绝缘部件和电容分级元件以及电压变压器的初级绕组的大致相同的热膨胀系数允许了在设备的宽泛跨度的操作温度中保持该粘附。
仪器变压器为紧凑且重量轻的，因此减小了电流变压器的相对高的柱或电压变压器的绝缘体柱在动态加载时(例如，在强风或地震的情况下)暴露于其的机械应力。
附图说明
根据本发明的HV干式仪器变压器以截面视图呈现在附图上，在该附图中：图1示出了电流变压器，图2示出了来自图1的细节"a"，图3示出了来自图1的细节"b"，图4示出了电压变压器，并且图5示出了来自图3的细节"c"。
具体实施方式
仪器变压器具有电流变压器1或电压变压器21的形式。电流和电压变压器两者还可执行为附图上未呈现的组合仪器变压器。
电流变压器1包括变压器头部3支承在其上的柱2。柱2具有安装在附图中未示出的接地箱上的长形管的形式，包括内部4和围绕内部4建造的外部绝缘体5。柱2的内部包含次级绕组导管6，次级绕组引线7通过其从位于变压器的头部3内的至少一个次级绕组组件8延伸。第一隔离片块9连同***在隔离片之间并且具有向外减小的轴向长度的场分级层10围绕管6卷绕，形成了电流变压器1的柱状绝缘体11。次级绕组组件8可以以已知方式围绕环型铁芯布置，或者可制造为没有磁芯的罗戈夫斯基线圈。由初级导线12构成的初级绕组延伸穿过构造为置于头部3中的干式电容器套管的头部绝缘体13。头部绝缘体13可围绕初级导线管14建造，或者可直接地围绕导线12建造，这并未在附图上呈现。头部绝缘体13具有场分级层***，其通过将第二隔离片块15的绝缘层卷绕到管14上或直接卷绕在导线12上，并且***隔离片材料层之间的具有向外减小轴向长度的头部绝缘体13的导电场分级层16来建造。在卷绕之后，头部绝缘体13在适合的模具中浸渍有可硬化的树脂并且硬化。作为备选，头部绝缘体13还可卷绕在心轴上，该心轴在树脂硬化之后取回，导致绝缘体没有其构造并未在附图中示出的管。
次级绕组组件8围绕头绝缘体13的中心部分布置。绕组组件8由导电绕组护罩17在侧部处和外表面处包绕，导电绕组护罩17连同头部绝缘体13的层16的最外侧通过次级绕组管6或通过次级绕组引线7中的一个电连接于地面。绕组护罩17由金属或具有导电填料的聚合物材料制成。绕组护罩17还可由填充有导电颗粒(例如，碳黑)的纸或导电纤维制成的织造或非织造材料制成。
头部绝缘体13的外表面和绕组护罩17的外表面附接于通过将可硬化树脂铸造到附图中未示出的模具中产生的绝缘部件18，该模具具有设计为头部3的形状的形状。作为备选，模具可具有设计为头部3和柱2的形状的形状。在该情况下，在模制期间，树脂穿透穿过位于柱状绝缘体11的隔离片9中的小孔或孔，使得在一个过程中浸渍柱状绝缘体11并且形成绝缘部件18。在树脂硬化并且模具被带离之后，绝缘部件18具有头部3的形式，并且与电流变压器1的柱2牢固地连接。在树脂硬化的过程期间，形成绝缘部件18的树脂的化学和热收缩引起树脂材料紧密压制至头部绝缘体13的外表面、绕组护罩17和柱状绝缘体11的外表面，因此形成了具有高介电强度且没有局部放电的无空隙电绝缘***。施加用于产生绝缘部件18且用于浸渍绝缘体13和11的树脂优选为填充有无机填料材料(例如，石英粉)的环氧树脂。用于卷绕绝缘体13和11的隔离材料优选为聚合物纤维制成的多孔网孔或织造或非织造织物。织物中的纤维之间的小孔或开口大于树脂中施加的无机填料材料的颗粒尺寸，以使填充的树脂可彻底浸渍卷绕在绝缘体13和11中的隔离片材料。
用于铸造绝缘部件18且用于浸渍绝缘体11的填充的树脂彼此相同，或者是以类似的量填充有相同填料材料的树脂，以使两种树脂的热膨胀系数相同。也可使用其它填充的树脂混合物，假如它们的热膨胀系数在仪器变压器的操作温度范围内没有显著差别。没有显著差别理解为在温度变为仪器变压器的最大或最小操作温度时导致仪器变压器的结构中的机械应力显著小于树脂材料的机械强度的差别。
头部3从外侧由电流变压器1的导电封壳19覆盖，导电封壳19牢固地粘附于绝缘部件18的外表面。传导封壳以导电漆的形式优选基于填充有传导颗粒(例如，碳黑)的环氧树脂制成。作为备选，传导封壳19可以以预制金属网孔或网格的形式制成，其在铸造形成绝缘体部件18的树脂和嵌入在铸造过程中形成绝缘部件18的树脂的外表面中之前定位在模具中(接近其内表面)。传导封壳19电连接于头部绝缘体13的层16的最内侧，该最内层电连接于管14和初级导线12。电连接以如下方式产生使得初级导线12仅在导线12的一侧处连接于封壳19，以便防止初级电流的一部分流过封壳19。
作为备选，初级绕组还可制造成多匝，这在附图中未示出，其中其导线穿过头部绝缘体13两次或更多次，并且通过传导封壳19外的空间返回。
为了机械保护，具有封壳19的头部可置于附图中未示出的附加刚性外壳中，其例如由金属制成，并且电连接于封壳。接着，如果初级绕组进行半匝以上，则初级绕组导线通过传导封壳19与外壳之间的空间返回。
柱2的侧表面由柱2的外部绝缘体覆盖，其具有许多防风雨罩并且由硅树脂弹性体制成。用于铸造绝缘部件18且浸渍柱绝缘体11的模具还可具有带腔的特殊形状，该腔用于形成罩，以使外部绝缘体5也可在一个过程中模制。在此类情况中，具有罩的柱2的外部绝缘体5由与用于绝缘部件18的相同的材料制成。柱2包括底部传导凸缘20。底部传导凸缘20安装在附图中未示出的接地箱上。
电压变压器21包括具有次级绕组23和初级绕组24的磁芯22。初级绕组24制造为实心块，以层卷绕在初级绕组管25上成长形形状，并且浸渍有可硬化的材料(例如，基于氧化树脂)，并且硬化。作为备选，初级绕组24可卷绕在心轴上，该心轴在使树脂硬化之后取回，这导致绕组24具有实心块的形式，而没有管，该实施例并未在附图中示出。初级绕组24的外端与置于绝缘柱28的内部27中的具有管形式的初级绕组引线26连接。隔离片块30连同***在隔离片之间且具有向外减小的轴向长度的场分级层31卷绕在初级绕组引线26周围，形成电压变压器21的柱状绝缘体29。在卷绕之后，柱状绝缘体29在适合的模具中浸渍有可硬化的树脂，并且硬化，形成电压变压器的柱28的内部27。
初级绕组24的外表面附接于通过将可硬化的树脂铸造到附图中未示出的模具中产生的电压变压器的绝缘部件32，该模具具有设计为绝缘部件32的形状的形状。作为备选，模具可具有设计为绝缘部件32和柱28的形状的形状。在该情况下，在模制期间，树脂穿透穿过位于柱状绝缘体29的隔离片30中的小孔或孔，使得在一个过程中浸渍柱状绝缘体29和形成绝缘部件32。在树脂硬化并且模具被带离之后，绝缘部件32与电压变压器21的柱28牢固地连接。在树脂硬化的过程期间，形成绝缘部件32的树脂的化学和热收缩引起树脂材料紧密地压制至初级绕组24的外表面，以及柱状绝缘体29的外表面，因此形成具有高介电强度且没有局部放电的无空隙电绝缘***。用于产生绝缘部件32且用于浸渍绝缘体29的树脂优选为填充有无机填料材料(例如，石英粉)的环氧树脂。初级绕组浸渍有填充或未填充的类似的环氧树脂。用于卷绕绝缘体29的隔离材料优选为由聚合物纤维制成的多孔网孔或织造或非织造织物。织物中的纤维之间的小孔或开口大于树脂中施加的无机填料材料的颗粒尺寸，以使填充树脂可彻底浸渍卷绕在绝缘体29中的隔离片材料。
用于铸造绝缘部件32且用于浸渍绝缘体29的填充的树脂彼此相同，或者是以类似的量填充有相同填料材料的树脂，以使两种树脂的热膨胀系数相同。也可使用其它填充的树脂混合物，假如它们的热膨胀系数在仪器变压器的操作温度范围内没有显著差别。没有显著差别理解为在温度变为仪器变压器的最大或最小操作温度时导致仪器变压器的结构中的机械应力显著小于树脂材料的机械强度的差别。
磁芯22和次级绕组23在绝缘部件32的铸造和硬化之后组装在初级绕组24的开口中。绝缘部件32从外侧由电压变压器21的导电封壳33覆盖，其牢固地粘附于绝缘部件32的外表面。传导封壳以导电漆的形式优选基于填充有传导颗粒(例如，碳黑)的环氧树脂制成。作为备选，传导封壳33可以以预制金属网孔或网格的形式制成，其在铸造形成绝缘体部件32的树脂和嵌入在铸造过程中形成绝缘部件32的树脂的外表面中之前定位在模具中(接近其内表面)。传导封壳33电连接于接地的初级绕组24的内端部。
绝缘部件32、绕组23和24和芯可置于优选由金属制成的接地箱中，其牢固地安装于柱28，并且同时形成附图中并未示出的电压变压器21的支承件。初级绕组引线26在其顶部处与从柱28的顶部突出的电压变压器的HV端子35连接。HV端子35还可以以不同已知方式制成，例如，还包括附图中并未示出的传导防护头部或环。
柱28的侧表面由柱28的外部绝缘体34覆盖，其具有许多防风雨罩并且由硅树脂弹性体制成。用于铸造绝缘部件32且浸渍柱绝缘体29的模具还可具有带腔的特殊形状，该腔用于形成罩，以使外部绝缘体34也可在一个过程中模制。在此类情况中，具有罩的柱28的外部绝缘体34由与用于绝缘部件32的相同的材料制成。
部件列表
1电流变压器
2电流变压器的柱
3变压器头部
4电流变压器的柱的内部
5电流变压器的外部绝缘体
6次级绕组导管
7次级绕组引线
8次级绕组组件
9第一隔离片块
10电流变压器的柱状绝缘体的场分级层
11电流变压器的柱状绝缘体
12初级导线
13头部绝缘体
14初级导线管
15第二隔离片块
16电流变压器的头部绝缘体的场分级层
17导电绕组护罩
18电流变压器的绝缘部件
19电流变压器的传导封壳
20底部传导凸缘
21电压变压器
22磁芯
23次级绕组
24初级绕组
25初级绕组的管
26初级绕组引线
27电压变压器的柱的内部
28电压变压器的绝缘柱
29电压变压器的柱状绝缘体
30电压变压器的柱状绝缘体的绝缘片状隔离物
31电压变压器的柱状绝缘体的场分级层
32电压变压器的绝缘部件
33电压变压器的传导封壳
34电压变压器的外部绝缘体
35HV端子。

Claims (15)

1.HV干式仪器变压器具有电流变压器(1)或电压变压器(21)的形式，其中所述电流变压器(1)设有包括用于次级绕组组件(8)的引线(7)的电绝缘的柱状绝缘体(11)的柱(2)，所述电压变压器(21)设有包括用于初级绕组(24)的引线(26)的电绝缘的柱状绝缘体(29)的柱(28)，其中所述柱状绝缘体(11)或(29)分别与绝缘部件(18)或(32)接触，其特征在于，所述柱状绝缘体(11)或(29)具有分别卷绕为隔离片块(9)或(30)的干式电容器套管形式，所述电流变压器(1)具有用于所述次级绕组组件(8)与初级绕组导线(12)电绝缘的头部绝缘体(13)，所述头部绝缘体(13)具有干式电容器套管的形式，并且与所述绝缘部件(18)接触，而所述电压变压器(21)具有与所述绝缘部件(32)接触的初级绕组(24)，其中所述柱状绝缘体(11)或(29)具有浸渍材料，其具有分别与所述绝缘部件(18)或(32)的材料大致相同的热膨胀系数。
2.根据权利要求1所述的高压仪器变压器，其特征在于，所述绝缘部件(18)或(32)由无机物填充的可硬化树脂制成。
3.根据权利要求1或权利要求2所述的高压仪器变压器，其特征在于，用于浸渍所述柱状绝缘体(11)或(29)的所述浸渍材料为无机物填充的可硬化树脂。
4.根据权利要求3所述的高压仪器变压器，其特征在于，用于浸渍所述头部绝缘体(13)的所述浸渍材料为无机物填充的可硬化树脂。
5.根据权利要求2至权利要求4所述的高压仪器变压器，其特征在于，所述无机物填充的可硬化树脂为填充有石英粉的环氧树脂。
6.根据权利要求2至权利要求5所述的高压仪器变压器，其特征在于，所述头部绝缘体(13)和所述柱状绝缘体(11)或(29)具有用于电容场控制的带用于所述电流变压器(1)的场分级层(10)和(16)或用于所述电压变压器(21)的场分级层(31)的分级层***，并且在各个分级***中，所述场分级层(10)和(16)或(31)分别通过用于所述电流变压器(1)的第一隔离片块(9)和第二隔离片块(15)或通过用于所述电压变压器的所述柱状绝缘体(29)的隔离片块(30)与彼此隔离。
7.根据权利要求6所述的高压仪器变压器，其特征在于，所述隔离片块(9),(15)或(30)由聚合物纤维制成。
8.根据权利要求1至权利要求7所述的高压仪器变压器，其特征在于，所述次级绕组组件(8)的外表面由导电绕组护罩(17)覆盖。
9.根据权利要求8所述的高压仪器变压器，其特征在于，所述绕组护罩(17)由金属或导电聚合物材料制成，或者由填充有传导颗粒的纸或导电纤维制成的织造或非织造材料制成。
10.根据权利要求1至权利要求9所述的高压仪器变压器，其特征在于，所述绝缘部件(18)或(32)的外表面分别由导电封壳(19)或(33)覆盖。
11.根据权利要求10所述的高压仪器变压器，其特征在于，所述导电封壳(19)或(33)由导电漆制成。
12.根据权利要求11所述的高压仪器变压器，其特征在于，所述导电漆基于填充有导电颗粒，优选碳黑的环氧树脂。
13.根据权利要求10所述的高压仪器变压器，其特征在于，所述导电封壳(19)或(33)制造为分别嵌入在形成所述绝缘部件(18)或(32)的所述材料的外表面中的金属网孔或网格。
14.根据前述权利要求中任一项所述的高压仪器变压器，其特征在于，所述高压仪器变压器具有所述电流变压器(1)的所述柱(2)的外部绝缘体(5)或所述电压变压器(21)的所述柱(28)的外部绝缘体(34)，其由直接模制在所述电流变压器的所述柱(2)的内部(4)上或所述电压变压器的所述柱(28)的内部(27)上的硅弹性体制成。
15.根据权利要求1所述的高压仪器变压器，其特征在于，所述高压仪器变压器具有由无机物填充的可硬化树脂制成的所述电流变压器(1)的所述柱(2)的外部绝缘体(5)或所述电压变压器(21)的所述柱(28)的外部绝缘体(34)。
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