CN212276994U - 一种应用于电气化铁道的110kV高过载牵引变压器绝缘结构 - Google Patents

Abstract

一种应用于电气化铁道的110kV高过载牵引变压器绝缘结构，包括高压套管、低压套管、油箱、以及位于油箱内的铁心柱和变压器油、低压绕组、高压绕组、端部绝缘层、角环，油箱内充满变压器油，高压套管、低压套管位于油箱上端外侧；高压绕组和低压绕组分别绕制在铁芯的四铁心柱外；牵引变压器本体的绝缘纸、绝缘纸板采用热改性纸；变压器油为天然酯绝缘油；低压绕组和高压绕组之间有径向绝缘垫块，低压绕组和高压绕组还有绝缘横向纸条，横向纸条上有横向绝缘垫块，低压绕组和高压绕组间安装有绕组轴向撑条和隔板，端部绝缘层采用普通绝缘纸，高压绕组端部内侧有角环。本新型采用混合绝缘***，为电气化铁路的安全及低成本运行提供了有力技术支撑。

Description

一种应用于电气化铁道的110kV高过载牵引变压器绝缘结构

技术领域

本实用新型涉及电气化铁道牵引供电设备领域，特别涉及一种应用于电气化铁道的110kV高过载牵引变压器绝缘结构。

背景技术

牵引变压器是电气化铁路牵引变电所的核心设备。电气化铁路牵引负荷受到线路坡道、运输组织等因素影响，变化较为剧烈，普遍存在瞬时或短时负荷较大，平均负荷较小的现象。目前，牵引变压器安装容量往往按照满足瞬时或短时负荷来匹配，并考虑一定过负荷倍数后确定。在实际运行中，由于牵引变压器并未结合牵引负荷的特点，针对性的提高牵引变压器短时过载能力，导致牵引变压器安装容量较大、容量利用率较低，存在基本电费支出较高的不合理情况。

为了适应电气化铁路牵引负荷变化较为剧烈的特点，降低牵引变压器安装容量，减少运行基本电费支出，目前主要采取了以下措施：1、研制并应用单相接线、Vv接线等容量利用率较高的牵引变压器；2、按最大需量法确定变压器的基本电费。采用上述措施后，虽然一定程度上取得了较好的社会和经济效益，但是，并没有从根本上解决相关问题。根据铁路部门统计，目前，全国牵引变压器的平均容量利用率不到20%，而对于变压器，当容量利用率为30%~70%时，处于经济运行区，位于20%~30%或70%~100%时，为不良运行区，而低于20%时，处于最劣运行区，因此，牵引变压器的经济运行状况较差，负荷需求与容量配置匹配度较差，电费支出较多、存在很不合理的现象。

在实际应用中，牵引变压器的工作寿命取决于其绝缘***，当绝缘达到寿命终点时，变压器将因绝缘介质的机械强度问题就会发生故障。现有的牵引变压器一般为油纸绝缘***，变压器油作为绝缘和散热介质，充满油箱，通常采用燃点为165℃的矿物油，绕组导体包绕绝缘纸，绕组对地间采用纸板绝缘。牵引变压器绝缘耐热等级为A级，长期最高工作温度为105℃左右，最热点温度不超过140℃。实际情况下，绝缘寿命的决定因素是绝缘的工作温度，也就是变压器内绝缘最热部分的工作温度决定了绝缘寿命，而最高温度由环境温度、绕组平均温升、绕组最高温度与平均温度间的梯度构成。目前，牵引变压器的绕组平均温升限值按65k设定、顶层油温升限值按55k设定，绕组最热点温升限值为78k。

综上所述，为了提高牵引变压器过负荷能力，提供一种应用新型绝缘材料改善牵引变压器本体的热性能，使其能在更高的温度下工作，相同设计容量下能达到更高负荷，且能达到寿命维持原有不变的高过载牵引变压器显得尤为必要。

发明内容

为了克服现有电气化铁路使用的牵引变压器，因绝缘结构所限存在的如背景所述的弊端，本实用新型提供了具有新型混合绝缘***，绝缘耐热等级由A级提高到E级，顶层油温升限值达到60k，绕组平均温升限值达到75K；从而能够有效提高牵引变压器本体容量利用率，并节省了电费开销的一种应用于电气化铁道的110kV高过载牵引变压器绝缘结构。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种应用于电气化铁道的110kV高过载牵引变压器绝缘结构，包括高压套管、低压套管、油箱、以及位于油箱内的铁心柱和变压器油、低压绕组、高压绕组、端部绝缘层、角环，油箱内充满变压器油，高压套管、低压套管位于油箱上端外侧；其特征在于牵引变压器器身采用四铁心柱结构，高压绕组和低压绕组分别绕制在铁芯的四铁心柱外；牵引变压器本体配套的绝缘纸、绝缘纸板采用耐热温度120℃的热改性纸；变压器油采用燃点为330℃的天然酯绝缘油；所述低压绕组和高压绕组的线饼与线饼之间纵向安装有径向绝缘垫块，通过径向绝缘垫块、高压绕组及低压绕组线饼间形成横向油道，径向绝缘垫块采用耐热温度为120℃的热改性纸；所述低压绕组和高压绕组的线饼与线饼之间横向设有绝缘横向纸条，横向纸条上安装有横向绝缘垫块，两者形成纵向油道，横向纸条和横向垫块采用耐热温度为120℃的热改性纸；所述低压绕组和高压绕组间安装有由绕组轴向撑条和隔板构成的主绝缘结构，绕组轴向撑条采用耐热温度为120℃的热改性纸，隔板采用耐热温度为105℃的普通绝缘纸；所述低压绕组和高压绕组上端部绝缘层采用普通绝缘纸的层压纸板，高压绕组的上端部内侧安装有角环。

进一步地，所述变压器本体内顶层油温升限值为60k，高压及低压绕组及平均温升限值为75k，绕组最热点温升限值为90k，满足E级绝缘耐热等级要求。

进一步地，所述绝缘纸的介电常数为4.1，绝缘纸板的介电常数为4.4。

进一步地，所述天然酯绝缘油的介电常数为3.1，天然酯绝缘油的介电常数为2.1。

进一步地，所述四铁芯柱采用两两铁心柱并联，满足Vv接线牵引变压器需两组铁心结构的要求。

本实用新型有益效果是：本实用新型的牵引变压器具有较高的过载能力，采用热改性纸和天然酯绝缘油的混合绝缘***，绝缘耐热等级由A级提高到了E级，油箱内顶层油温升限值达到60k，高压及低压绕组平均温升限值达到75℃。本实用新型能够提高牵引变压器本体容量利用率20%左右，改善了牵引变压器本体的经济运行状态、减少25%左右的基本电费支出。且环保性能优越、可取消变压器油池设置的滤油设施，降低牵引变电所工程投资可达数十万/座；还具有阻燃耐火（绝缘油燃点达到330℃）、具有自熄灭功能、适应范围广等优点，为电气化铁路的安全及尽可能低成本运行提供了有力技术支撑。基于上述，本实用新型具有好的应用前景。

附图说明

以下结合附图和实施例将本实用新型做进一步说明。

图1为本实用新型立体结构示意图。

图2为本实用新型平面结构示意图。

具体实施方式

图1、2中所示，一种应用于电气化铁道的110kV高过载牵引变压器绝缘结构，包括高压套管1、低压套管2、油箱3、以及位于油箱3内的铁心柱4和变压器油5、低压绕组6、高压绕组7、导线绝缘层12、端部绝缘层13、角环14、铁芯15，油箱内充满变压器油5，高压套管1、低压套管2位于油箱3上端外侧；所述铁心柱4采用四铁心柱结构，高压绕组7和低压绕组6分别绕制在铁芯15的四铁芯柱4外；所述牵引变压器本体配套的绝缘纸、绝缘纸板采用耐热温度120℃的热改性纸；所述变压器油5采用燃点为330℃的天然酯绝缘油；所述低压绕组7和高压绕组6的线饼与线饼之间纵向安装有径向绝缘垫块9，通过径向绝缘垫块9、高压绕组6及低压绕组7线饼间形成横向油道，横向油道宽度为4.5mm，径向绝缘垫块9采用耐热温度为120℃的热改性纸；所述低压绕组7和高压绕组6的线饼与线饼之间横向设有厚度为0.5mm（与绕组导线宽度一致）的绝缘横向纸条10，横向纸条10上安装有横向绝缘垫块11，两者形成宽度为4.5mm的纵向油道，横向纸条10和横向垫块11采用耐热温度为120℃的热改性纸；所述低压绕组7和高压绕组间6安装有由绕组轴向撑条8和隔板15构成的主绝缘结构，绕组轴向撑条8采用耐热温度为120℃的热改性纸，隔板15采用耐热温度为105℃的普通绝缘纸；所述低压绕组7和高压绕组6上端部绝缘层采用普通绝缘纸的层压纸板，高压绕组的上端部内侧安装有角环14。

图1、2中所示，变压器本体内顶层油温升限值为60k，高压及低压绕组6及7平均温升限值为75k，绕组最热点温升限值为90k，满足E级绝缘耐热等级要求。绝缘纸的介电常数为4.1，绝缘纸板的介电常数为4.4。天然酯绝缘油5的介电常数为3.1，天然酯绝缘油5的介电常数为2.1。四铁芯柱4采用两两铁心柱并联，满足Vv接线牵引变压器需两组铁心结构的要求。

图1、2中所示，本实用新型中，天然酯绝缘油5与绝缘纸（板）的介电常数更接近，两种绝缘材料构成的绝缘***其电场强度的均匀性要优于传统矿物油与绝缘纸（板）构成的绝缘***。天然酯绝缘油5与普通矿物油相比，天然酯绝缘油5具有吸水性能强、燃点高、可生物降解等优点。实际应用中，普通矿物油内水分会加速绝缘纤维素老化、降低其绝缘强度、形成气泡产生绝缘故障等，对于绝缘纸的绝缘性能影响较大；因此，本实用新型采用的具有较好吸水性的天然酯绝缘油5，能够延长绝缘***（天然酯绝缘油5与绝缘纸）的使用寿命。此外，由于天然酯绝缘油5闪点和燃点超过300℃，属于K级难燃油，防火防爆，可适用于隧道、房屋内等特殊运行环境，同时，天然酯绝缘油5一旦泄露可在21天实现自然生物降解，避免了环境污染。本实用新型中，热改性纸的耐热温度为120℃，为E级耐热材料；普通绝缘纸的耐热温度只有105℃，为A级耐热材料。本实用新型中，牵引变压器本体1热点区域绝缘材料采用热改性纸，配合使用天然酯绝缘油5，构成采用高温绝缘材料的液浸式牵引变压器，其绝缘***为混合绝缘***，绕组绝缘等级可由传统A级提高为E级，有效提升牵引变压器的温升限值，提高过载能力。本实用新型中，高压套管1电压等级为110kV，低压套管2电压等级为27.5kV，铁芯柱4采用四铁芯柱结构、两两铁芯柱并联，满足Vv接线牵引变压器需两组铁芯结构的要求，同时，降低了整个器身的高度，增加了稳定性，适应牵引变压器频繁短路的运行条件要求。

图1、2中所示，本实用新型通过径向绝缘垫块9和高压绕组6、低压绕组7线饼间形成横向油道，横向油道宽度为4.5mm，以适应天然酯绝缘油5粘度较大，流动速度较低的特点。低压绕组7和高压绕组6的线饼与线饼之间横向纸条10和横向垫块11，形成宽度为4.5mm的纵向油道，同样适应天然酯绝缘油5粘度较大，流动速度较低的特点。端部绝缘层13采用普通绝缘纸的层压纸板，端部高压绕组7内侧设角环14，改善了变压器本体内端部电场分布，加强了端部绝缘。顶层油温升限值为60k，绕组平均温升限值为75k，绕组最热点温升限值为90k，满足E级绝缘耐热等级要求。

图1、2中所示，本实用新型的牵引变压器本体通过技术改良后，具有较高的过载能力，采用热改性纸和天然酯绝缘油5混合绝缘***，绝缘耐热等级由A级提高到了E级，油箱3内顶层油温升限值达到60k，高压及低压绕组平均温升限值达到75℃。本实用新型能够提高牵引变压器本体容量利用率20%左右，改善了牵引变压器本体的经济运行状态、减少了25%左右的基本电费支出。且环保性能优越、可取消变压器油池设置的滤油设施，降低牵引变电所工程投资可达数十万/座；还具有阻燃耐火（绝缘油燃点达到330℃）、具有自熄灭功能、适应范围广等优点，为电气化铁路的安全及尽可能低成本运行提供了有力技术支撑。基于上述，本实用新型具有好的应用前景。

以上显示和描述了本实用新型的基本原理和主要特征及本实用新型的优点，对于本领域技术人员而言，显然本实用新型限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本实用新型的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本实用新型。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本实用新型的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本实用新型内。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (5)

1.一种应用于电气化铁道的110kV高过载牵引变压器绝缘结构，包括高压套管、低压套管、油箱、以及位于油箱内的铁心柱和变压器油、低压绕组、高压绕组、端部绝缘层、角环，油箱内充满变压器油，高压套管、低压套管位于油箱上端外侧；其特征在于牵引变压器器身采用四铁心柱结构，高压绕组和低压绕组分别绕制在铁芯的四铁心柱外；牵引变压器本体配套的绝缘纸、绝缘纸板采用耐热温度120℃的热改性纸；变压器油采用燃点为330℃的天然酯绝缘油；所述低压绕组和高压绕组的线饼与线饼之间纵向安装有径向绝缘垫块，通过径向绝缘垫块、高压绕组及低压绕组线饼间形成横向油道，径向绝缘垫块采用耐热温度为120℃的热改性纸；所述低压绕组和高压绕组的线饼与线饼之间横向设有绝缘横向纸条，横向纸条上安装有横向绝缘垫块，两者形成纵向油道，横向纸条和横向垫块采用耐热温度为120℃的热改性纸；所述低压绕组和高压绕组间安装有由绕组轴向撑条和隔板构成的主绝缘结构，绕组轴向撑条采用耐热温度为120℃的热改性纸，隔板采用耐热温度为105℃的普通绝缘纸；所述低压绕组和高压绕组上端部绝缘层采用普通绝缘纸的层压纸板，高压绕组的上端部内侧安装有角环。

2.根据权利要求1所述的一种应用于电气化铁道的110kV高过载牵引变压器绝缘结构，其特征在于，变压器本体内顶层油温升限值为60k，高压及低压绕组及平均温升限值为75k，绕组最热点温升限值为90k，满足E级绝缘耐热等级要求。

3.根据权利要求1所述的一种应用于电气化铁道的110kV高过载牵引变压器绝缘结构，其特征在于，绝缘纸的介电常数为4.1，绝缘纸板的介电常数为4.4。

4.根据权利要求1所述的一种应用于电气化铁道的110kV高过载牵引变压器绝缘结构，其特征在于，天然酯绝缘油的介电常数为3.1，天然酯绝缘油的介电常数为2.1。

5.根据权利要求1所述的一种应用于电气化铁道的110kV高过载牵引变压器绝缘结构，其特征在于，四铁心柱采用两两铁心柱并联，满足Vv接线牵引变压器需两组铁心结构的要求。

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