CN1244286A - 一种机械支撑的绕组 - Google Patents

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Abstract

一种包括一个绕组(3)的电力变压器(1)或电抗器,绕组(3)形成为具有同心布置的绕组匝的一个绕组线圈(2),其中至少一个绕组匝由装有一个外半导体层(115)的高压电缆(111)形成;并且绕组(3)装有绕组隔离件(8、9),这些隔离件轴向布置在每个绕组匝之间,布置成把绕组(3)轴向保持在一起。

Description

一种机械支撑的绕组
本发明涉及气体冷却的导体缠绕的电力变压器的一种绕组、或电抗器的一种绕组，其绕组在导体绕组之间装有隔离件，以在机械保持在一起的绕组结构中实现空气冷却和接地。
当今的电力变压器通常是油冷却的。变压器装有一个包括多个由磁轭连接的铁心支柱的铁心、和构成浸在装有油的密封箱中的线圈(初级、次级、调节)的诸绕组。在油和铁心中产生的热，通过内部经线圈和铁心循环的油除去，并且经容器的壁释放到周围空气中。油循环可以通过抽吸油环绕强制进行，或者由于油中温度差自然地进行。循环的油在外部通过空气或水冷却装置冷却。油的外部空气冷却可以强制进行，和/或通过自然对流实现。油在用于高压的油冷却变压器中，除其起热传送剂的作用外，还具有绝缘功能。
干式变压器通常是空气冷却的。他们通常通过自然对流冷却，因为当今的干式变压器用在低电力负载下。与借助于波纹绕组产生的轴向冷却导管有关的本技术，公开在GB1.147.049中，用于嵌在浇铸树脂中的绕组的冷却的轴向导管公开在EP83107410.9中，或者在峰值负载下贯流式通风机的使用公开在SE7303919-0中。
而且，常规电力变压器装有专用环，从而相对于短路力保证绕组的稳定性。绕组作为一个单元安装在铁心上。此后串联安装一列相对于屏障圆柱靠紧的板。整套装置直线安装到一个低隔离件环上。一个预拉伸绕组的压缩环布置在铁心的磁轭与诸绕组之间。短路力因此必须由铁心的磁轭借助于其保持叠层到位的夹具而被吸收。
在绕组用来补偿电抗器中无功功率的情况下没有铁心。在这种情况下的绕组仅由一个线圈形成。
通过US5 036 165得知一种导体，其中绝缘层装有一个内和一个外半导体热解玻璃纤维层。还知道，在电动发电机中的导体装有这样一种绝缘层，例如如在US5 066 881中所述的那样，其中半导体热解玻璃纤维层与形成导体的两根平行杆相接触，并且定子槽中的绝缘层由一个外半导体热解玻璃纤维层包围着。描述的热解玻璃纤维材料是适当的，因为它即使在浸渍处理之后也能保持其电阻率。
本发明的目的在于，在包括带有一个外半导体层的高压电缆的电力变压器或电抗器中，提供一种新型绕组。该绕组装有隔离件，这些隔离件布置成在同心绕组匝之间产生冷却导管，以及构成用来轴向预拉伸绕组的装置。由此解决在绕组中的短路力问题，从而可以使以前在例如变压器中吸收力的夹具制得重量轻、尺寸小。这导致夹具中涡流减小，由此减小总涡流损耗。
诸绕组由此处于机械紧凑的形式，并且是可以吸收诸如短路力之类的应力的整体绕组单元，而在变压器中不把力传递到铁心上。
本发明的另一个目的在于，提供在诸绕组中的每个绕组匝之间用轴向圆柱形形成的导管，其中正确地分配冷却剂，以便满足绕组的冷却要求。由在线圈缠绕期间***的隔离件产生圆柱形导管。冷却流由风扇产生，并且确定隔离件的尺寸，从而在导管中产生满足绕组各冷却要求的流动。
本变压器结构的另一个优点在于，绕组在现场绕铁心安装之前，安装在电缆厂中的电缆卷筒上，这在这些类型的变压器的生产技术方面是一种重大改进。
本发明涉及电力变压器或电抗器的一种绕组。该绕组包括一根绕变压器结构的一个变压器铁心缠绕的高压电缆。绕组装有多个沿绕组长度轴向延伸、在径向隔离绕组的每个电缆匝的隔离件，以便在其它部件之间产生轴向圆柱形冷却导管。
根据本发明的一个实施例，绕组因而在每个绕组匝之间布置有轴向圆柱形冷却导管，布置在外侧，这些导管在铁心的缠绕期间由隔离件产生。
根据该实施例，隔离件也布置成把绕组轴向夹持在一起，以形成尤其可以吸收机械短路力的一个整体绕组单元。
而且，隔离件布置有弹性层，以便吸收在绕组中可能产生的振动。
在根据本发明的一种电力变压器中，绕组由一种现在用于配电类型的具有固体、挤压绝缘层的电缆组成，如XLPE电缆或带有EPR绝缘层的电缆。这样一种电缆包括由一股或多股部分组成的一个内导体，一个内半导体层围绕着该导体，一个固体绝缘层围绕着内半导体层，及一个外半导体层围绕着绝缘层。这样的电缆是可弯曲的，这在该上下文中是一个重要的性质，因为用于根据本发明的装置的技术，主要基于其中绕组由在装配期间挠曲的电缆形成的绕组***。XLPE电缆的柔性通常对于具有30毫米直径的电缆，对应于约20厘米的弯曲半径，而对于具有80毫米直径的电缆，对应于约65厘米的弯曲半径。在本申请中，术语“可弯曲”用来指示对低到四倍电缆直径量级，最好是电缆直径的八至十二倍，的弯曲半径而可弯曲的绕组。
本发明中的绕组应该制造成保持其性质，即使当它弯曲时和在工作期间受到热应力时也是如此。在该上下文中关键是诸层保持其彼此粘结。诸层的材料性质在这里是决定性的，特别是其弹性和相对热膨胀系数。在XLPE电缆中，例如，绝缘层包括交联、低密度聚乙烯，而诸半导体层包括有碳黑和金属颗粒混入的聚乙烯。作为温度波动结果的体积变化，作为电缆半径的变化被完全吸收，并且由于诸层中热膨胀系数之间相对于这些材料弹性的比较轻微的差别，能发生径向膨胀而不失去诸层之间的粘结。
上述材料组合应该仅作为例子考虑。其他实现规定条件、还有作为半导体的条件(即具有在10-1-106欧姆-厘米，例如1-500欧姆-厘米、或10-200欧姆-厘米范围内的电阻率)的组合自然也落入本发明的范围内。
例如，绝缘层可以由如下材料组成，诸如低密度聚乙烯(LDPE)、高密度聚乙烯(HDPE)、聚丙烯(PP)、聚丁烯(PB)、聚甲基戊烯(“PMP”)之类的固体热塑性材料，诸如交联聚乙烯(XLPE)之类的交联材料，或诸如乙丙橡胶(EPR)或硅橡胶之类的橡胶。
内和外半导体层可以具有相同的基础材料，但有诸如碳黑或金属粉末之类的导电材料混合在其中。
这些材料的机械性质，特别是其热膨胀系数，受碳黑或金属粉末是否混合在其中的影响较小-至少以要求的比例，以实现根据本发明必需的导电性。绝缘层和半导体层因而具有基本相同的热膨胀系数。
乙烯-乙酸乙烯酯共聚物/腈橡胶、丁基接枝聚乙烯、乙烯-丙烯酸丁酯共聚物及乙烯-丙烯酸乙酯共聚物也可以构成用于半导体层的适当共聚物。即使当不同类型材料用作各层中的基础时，也希望其热膨胀系数基本相同。这是关于以上列出的材料组合的情形。
以上列出的材料具有较好的弹性，具有E＜500MPa，最好＜200MPa的E模量。该弹性对于诸层中材料的热膨胀系数之间的任何较小差值，足以在弹性的径向被吸收，从而不会出现裂纹、或其他损坏，并从而诸层不会彼此分离。诸层中的材料是弹性的，并且诸层之间的粘结力至少与材料最弱处的数值相同。
两个半导体层的导电性足以基本上使电位沿每层相等。外半导体层的导电性高得足以把电场包围在电缆内，而且小得足以不会由于层中纵向感应的电流引起显著损耗。
因而，两个半导体层的每一个基本上构成一个等电位表面，并且这些层将基本包围在他们之间的电场。当然，没有什么防止一个或多个附加半导体层布置在绝缘层中。
现在具体参照附图更详细地描述本发明，在附图中：
图1表示根据本发明的绕组中心的轴向视图；
图2表示根据装有根据本发明的隔离件的缠绕线圈的图1的视图A-A；
图3a表示穿过根据本发明的一块上端板的部分视图；
图3b表示穿过根据本发明的一块下端板的部分视图；
图4表示穿过根据本发明的高压电缆的视图。
图1表示穿过装有一个带有绕组3的绕组线圈2的电力变压器1的剖视图，绕组3以螺旋形式从一块下端板4开始布置并且向上缠绕。诸绕组可以但不必彼此连接。具有不同电缆直径的不同绕组是表示在该图中的实施例的部分。如该图中所示，由于在不同电缆匝中的不同电缆直径，每个绕组装有轴向隔离件a、b、c，以装配到线圈每个绕组的轴向位置中。多个隔离件8、9***在每个绕组匝5、6、7之间。第一隔离件8因此***在第一绕组匝5与同心布置的第二绕组匝6之间。第二隔离件9因此***在第二绕组匝6与第三类似同心的绕组匝7之间，等等。绕组线圈2的每个隔离件8、9夹持到下端板4上，并且由夹持装置10贴着一块上端板11夹紧。如图1中所示，第一隔离件8比在绕组匝之间产生较宽导管的第二隔离件厚。绕组线圈构成一个独立于铁心的自保持部分，该部分不需要相对于铁心支撑，以便补偿所有出现的短路力。绕组结构可以但不必在所谓的窗口处与铁心相接触。绕组线圈2围绕着铁心的一个支柱12，该支柱在其下端和上端处连接到一个磁轭13上，以便与另一个支柱(未表示)相接触。隔离件8、9的横截面或者是圆柱形的，或者是矩形的，并且至少在其一端以带有螺纹的螺母或楔布置的形式装有一个夹持装置。如图2中所示，把隔离件8、9从铁心的支柱12径向向外安置，端板4、11处于“辐条”形式。在一个最佳实施例中有12块端板11分布在整个绕组线圈2周围，然而端板的数量视绕组的大小在八与十六之间变化。五个隔离件径向穿过当前类型的绕组线圈的每根“辐条”安置。隔离件8、9在每个径向定位绕组5、6、7之间产生附加轴向圆柱形冷却导管13、14。由于由风扇(未表示)把空气吹过导管，所以用空气冷却绕组匝。隔离件8、9穿过绕组线圈2安置，并且纵向在轴向。在线圈的缠绕期间，把隔离件***在绕组匝之间。
因而，每个绕组由一个冷却导管围绕着，其中冷却空气安排成可以流动。冷却要求在绕组之间不同，这意味着在同心导管中有不同的冷却流。为了实现导管的正确冷却，如以上指示的那样，根据导管的不同尺寸在径向布置导管。
第一隔离件8由金属或增强塑料制成，涂有一个橡胶层16，橡胶层16起弹簧的作用，以便在工作期间缓冲在绕组中的振动。夹持装置在一个实施例中设计成一个楔，而在一个第二实施例中设计成一种螺纹螺栓机构。由此可以夹持绕组单元，从而绕组机械地起一个隔离单元的作用。在夹持期间施加的压力足以保持绕组到位，并且不高于电缆XLPE绝缘层能承受的压力。在这个实施例中，变压器单元进一步以适当方式固定到铁心上。
图3a表示带有开口16的上端板11，开口16的数量对应于隔离件8的数量。隔离件8穿过开口16延伸，前者布置成贴着端板11借助于抗拉螺母18轴向夹紧。在隔离件是导电的情况下，其端部连接到一个接地装置20上。另外，图3a表示隔离件8的芯部22在其上端连接到一个焊接的上部螺栓31上，螺栓31带有螺纹32，以便由一个螺母18贴着上端板11夹紧。
隔离件8的芯部在其下端33，见图3b，连接到一个焊接的下部螺栓34上，螺栓34以类似于以上的方式带有用于一个下部螺母36的螺纹35，以便贴着下端板4夹紧。在该图中，绕组匝由数字1-8指示，由此最内绕组匝由数字1指示，而最外绕组匝由数字8指示。如该图中所示，每个隔离件8装有最好是橡胶的柔性缓冲装置40。缓冲装置40的厚度依据不同绕组匝可以由不同直径电缆形成的事实，调节绕组匝之间的距离。绕组单元进一步借助于拧到下部螺栓34上的一个芯部定距套42锁到变压器的铁心上，下部螺栓34又通过螺纹接合经一块底板44固定到变压器铁心上。
图4表示穿过在根据本发明的绕组中使用的一种高压电缆111的视图。高压电缆111包括多个例如铜(Cu)的圆形横截面的股112。这些股112布置在高压电缆111的中部。围绕股112布置有一个第一半导体层113。围绕该第一半导体层113布置有一个绝缘层114，例如XLPE绝缘物。围绕绝缘层114布置有一个第二半导体层115。在本申请中的高压电缆概念，因而不包括通常围绕这样的用于配电的电缆的外防护屏蔽。高压电缆具有在20-250毫米间隔内的直径、和在40-3000mm2间隔内的导体面积。
本发明适用于电力变压器和电抗器。

Claims (14)

1.一种包括一个绕组(3)的电力变压器(1)或电抗器，绕组(3)形成为具有同心布置的绕组匝的一个绕组线圈(2)，其特征在于，至少一个绕组匝由装有一个外半导体层(115)的高压电缆(111)形成；并且，绕组(3)装有绕组隔离件(8、9)，这些隔离件轴向布置在每个绕组匝之间，布置成把绕组(3)轴向保持在一起。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于隔离件(8、9)布置成与在绕组线圈(2)两侧径向延伸的支撑装置(4、11)合作，以便形成一种在笼状构造中具有同心布置的绕组的机械绕组结构。
3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于一个支撑装置(4、11)形成为带有一个开口(16)的一块上端板(11)，隔离件(8、9)穿过开口(16)延伸，由此隔离件(8、9)布置成贴着上端板(11)被轴向夹紧。
4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于上端板(11)径向延伸，从最内绕组匝(5)到最外绕组匝在整个绕组线圈上延伸。
5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于多个支撑装置(4、11)径向布置在绕组线圈(2)的至少一个整个侧面上，形成一个辐条形的支撑侧。
6.根据权利要求2-5任一项所述的装置，其特征在于一个支撑装置(4、11)形成为把隔离件(8、9)夹持到其上的一块下端板(4)，或者下端板(4)带有一个开口(16)，隔离件(8、9)穿过开口(16)延伸，由此隔离件布置成贴着上端板(11)被轴向夹紧。
7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于多块下端板(4)径向布置在绕组线圈(2)的整个侧面上，形成一个辐条形的下支撑侧。
8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于外半导体层(115)接地。
9.根据权利要求1-8任一项所述的装置，其特征在于绕组是可弯曲的，并且包括由一个内半导体层(113)围绕的一个导电芯部，一个固体材料的绝缘层(114)围绕着内半导体层(113)，及一个外半导体层(115)围绕着绝缘层(114)，所述诸层(113、114、115)彼此粘结。
10.根据权利要求1-9任一项所述的装置，其特征在于所述诸层(113、114、115)由具有这样的弹性和这样的热膨胀系数的材料组成，从而在工作期间由温度波动引起的诸层(113、114、115)的体积变化由材料的弹性吸收，因而在工作期间出现温度波动时，诸层(113、114、115)保持其彼此的粘结。
11.根据权利要求1-10任一项所述的装置，其特征在于所述诸层(113、114、115)中的材料具有较高的弹性，具有较好地小于500MPa，最好＜200MPa的弹性模量。
12.根据权利要求1-11任一项所述的装置，其特征在于所述诸层(113、114、115)中材料的热膨胀系数基本相同。
13.根据权利要求1-12任一项所述的装置，其特征在于诸层(113、114、115)之间的粘结力至少与材料最弱处的数值相同。
14.根据权利要求1-13任一项所述的装置，其特征在于半导体层(113、115)基本上构成一个等电位表面。
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