CN102456476B - 油浸变压器绝缘模块 - Google Patents

油浸变压器绝缘模块 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种油浸变压器绝缘模块(10，42，44，50，62，64，66，68)，其带有至少一个由机械上坚固的、面型的第一绝缘材料制成的平整的第一层(12)和与第一层邻近的且基本上平行的第二层(14)。第一层(12)和第二层(14)绝缘材料与由机械上坚固的面型的第二绝缘材料制成的布置在第一层(12)和第二层(14)之间的成波形的第三层(16)相连接(22，24)且间隔开，其中，第三层(16)具有侧向的棱边且如此成波形，即，可完全地利用液体(26，70)通过侧向的棱边浸没所有通过成波形的形状形成的空腔(18，20)。本发明也涉及一种油浸变压器绝缘模块的组件。

Description

油浸变压器绝缘模块
技术领域
本发明涉及一种油浸变压器绝缘模块，其带有至少一个由机械上坚固的(fest)、面型的第一绝缘材料制成的平整的(eben)第一层和与第一层邻近的且基本上平行的第二层。
背景技术
通常已知的是，为了绝缘和冷却目的，大多数情况中将例如带有220kV或380kV的高压侧额定压力、大于100MVA的额定功率和200t或更大的重量的高压变压器或同样高压扼流圈(Hochspannungsdrossel)布置在利用油液填充的变压器箱中(Transformatorkessel)，其中油液既用于绝缘又用于改进的冷却。高压变压器与油液箱的内部的壁的间距基本上与绝缘技术上的方面相关，即，最终与具有电势的(potentialbehaftet)区域到接地的或另一具有电势的区域的间距以及待彼此绝缘的构件的几何的形状相关。然而，根据预定的边界条件可需要这样的最小绝缘间距，即，该最小绝缘间距使得油液箱不必要地变大，或者该最小绝缘间距完全不供使用。
因此通常的是，将类似壁的所谓的绝缘隔障(Isolationsbarriere)在油液填充的变压器箱之内布置在绝缘技术上尤其重要的(kritisch)区域中，通过该绝缘隔障在油液中如此分割或布置仅仅可有限地加载的绝缘区间，即，不超过最大的电位梯度。这提供的优点为，不会不必要过大地实施在变压器和箱壁之间的油液填充的空间。这种类型的隔障系统大多具有由压纸板(Presspan)制成的实心的(massiv)板，其相应于特殊的要求在变压器箱之内布置在复杂的保持结构处。
然而不利的是，这种类型的隔障系统非常不灵活且难以装配，并且在待实现的几何形状方面最终限制在板形上，由此，如有可能仅仅可使绝缘技术上非最优的布置方案成为可能。此外，在隔障系统装配(Verbau)在变压器中之前，其必须在真空中在热作用下干燥，由此传统的隔障系统变形(verwerfen)，使得其常常不再满足绝缘技术上的要求。
发明内容
基于该现有技术，本发明的目的为，提供带有改进的绝缘性能的油浸变压器，其在设计上尤其灵活，并且相对于干燥过程形状稳定。
该目的通过开头提及的类型的油浸变压器绝缘模块实现。其特征在于，第一层和第二层绝缘材料与由机械上坚固的面型的第二绝缘材料制成的布置在第一层和第二层之间的成波形(wellen)的第三层相连接且间隔开，其中，第三层具有侧向的棱边且如此成波形，即，可完全地利用液体通过侧向的棱边浸没(也可理解为充满)(flutbar)所有通过成波形的形状形成的空腔。
本发明的基本想法在于，代替实心的压纸板隔障(Presspanbarrier)使用带有空腔的隔障，在变压器运行时完全利用油液填充该空腔。每个沿着确定最短的击穿途径(Durchschlagsweg)的表面法线而穿过如此形成的油浸变压器绝缘模块的路径不仅仅在坚固的绝缘材料中伸延，相反地，如此设计穿过第三层的波形的空腔，即，路径的一部分始终还穿过油液伸延。因此，与油液和坚固的绝缘材料(如压纸板)的不同绝缘性能结合其不同的介电常数以及由此引起的电场的位移相关地，得到在相同的厚度时整体更高的绝缘性能。在根据本发明的油浸变压器绝缘模块中，仅仅伸延穿过固体的绝缘材料的路径部分段地跟随第三层的波形并且因此倾斜并且相对于沿着面法线的最短路径相应地更长，从而就此而言也得到改进的绝缘性能。
然而，在运行中对于油浸变压器绝缘模块的根据本发明的绝缘性能的前提为，完全地利用油液浸没其空腔，并且避免截留空气(Lufteinschluss)。为此如此设计所有空腔，即，至少可从一侧、优选地从两侧浸没空腔。显然，代替所提及的液态的绝缘介质油液，也可使用其它合适的液态的绝缘介质。利用油液浸没油浸变压器绝缘模块通过其敞开的侧棱边实现，通过成波形的第三层产生的空腔(可以说作为通道)通入该侧棱边中。因此优选地，油浸变压器绝缘模块如此布置在油液箱之内，即，通过空腔形成的通道在垂直的方向上(即，从下向上)伸延。以这种方式，当将油浸变压器绝缘模块浸入油液中时，尚位于通道中的截留空气可简单地向上漏出。通过抽真空也可尤其可靠地从水平地布置的通过空腔形成的通道中分离可能的截留空气。
为了保证油浸变压器绝缘模块的机械的稳定性，使用机械上坚固的绝缘材料用于形成第三层是必要的。在此，尤其地，绝缘材料压纸板或其它相应的硬的基于纤维素的材料与绝缘介质油液的组合已证实为有效的。相反地，软的纤维素材料如纸板(Pappe)是完全不合适的。由此，在第一至第三层的联合(Verbund)中得到油浸变压器绝缘模块的高的机械的稳定性。
就此而言应再一次指出的是，排除了或至少明显地减小了油浸变压器绝缘模块由于其层式的结构的变形。因此例如同样可行的是，构建带有几平方米表面积的面型的绝缘模块的面型的绝缘隔障，该绝缘模块沿着整个面相对于面型的待绝缘的构件具有数毫米(例如10mm或20mm)的恒定的间距。也就是说，同样且刚好当间距由此局部地(stellenweise)大于期望的间距时，通过隔障的如有可能的变形产生的间距的变化可减小组件的绝缘能力。
在根据本发明的油浸变压器绝缘模块的尤其优选的设计方案中，第三层以至少局部地类似梯形的方式成波形。这提供了成波形的第三层的通过梯形形成的高台(Plateaus)与邻接的平整的第一层和第二层的改进的面型的连接可能性，此外，这也有利地影响油浸变压器绝缘模块的绝缘性能。此外，通过现在在第一和第三层之间的梯形侧的近似直的力求形状，有利地提高机械的稳定性。
相应于根据本发明的油浸变压器绝缘模块的另一设计变型方案，在第一层和第二层之间布置有至少另一平整的层和与该层相连接的另一成波形的层，从而得到平整的和波形的层的交替的顺序。以有利的方式，该多层的结构既提高电绝缘性能又提高机械的稳定性。在极限情况中，交替的层的数量完全也可为二十或更多，从而在例如10cm棱边长度的油浸变压器绝缘模块的非常小的正方形的基面和相应多的层时，可形成带有出色的绝缘性能的垂直的支持元件。然而，油浸变压器绝缘模块通常具有三层或最多五层，并且具有一平方米或更大的基面，以使得可在其实际的功能上作为隔障壁应用。
相应于另一设计形式，除了波形，第一绝缘材料相应于第二绝缘材料。由此简化了油浸变压器绝缘模块的加工。在绝缘材料中的区别可例如在于其厚度(例如1mm至4mm)或在于其弹性，其中，压纸板变型分别为优选的实施形式。
在一种尤其优选的实施变型方案中，通过成波形的形状形成的空腔的高度相应于未成波形的第二绝缘材料的厚度的至少两倍，其中，四倍或六倍的厚度也完全可为合适的。由此保证，每个沿着表面法线穿过油浸变压器绝缘模块伸延的绝缘路径最少份额地伸延穿过油液，由此有利地提高绝缘性能并且使由于压纸板的更高的电容率而引起的电场的位移最小化。在此，绝缘模块形成隔障系统，其通过其形状稳定性即使在热的和真空技术的过程之后仍有利地直接贴靠在待绝缘的构件处。
根据一种优选的变型方案，空腔或通过空腔形成的通道平行于取向轴线(Ausrichtungsachse)伸延，其中，绝缘模块至少局部地绕与其平行的弯曲轴线弯曲。油浸变压器绝缘模块的层结构以简单的方式使以下成为可能，即，也实现弯曲的轮廓区段。在层联合中油浸变压器绝缘模块才实现其高的机械的强度，从而在例如在施加压紧力下形成联合之前首先将单个层引入期望的形状中。在此，成波形的第三层平行于取向轴线的弯曲为机械上最合理的变型方案。合适的粘合剂为耐高压的粘合材料，例如干酪素。因此非常简单地待制造的成形件使其几何形状与在油浸变压器之内的相应的绝缘技术上的要求的符合需要的匹配成为可能。因此，例如毫无疑问可能的是，制造空心柱形的油浸变压器绝缘模块，其例如可安置在油浸变压器箱的引出拱顶(Ausleitungsdom)中。根据本发明，只有当利用油液或其它合适的液态的绝缘介质填充所有空腔时，绝缘模块才实现其期望的绝缘性能。
根据油浸变压器绝缘模块的另一尤其优选的设计形式，成波形的层的至少一个侧向的棱边相对于邻接的层向内错位，以使得形成环绕的第一槽。即，可以有利的方式使用该槽，以用于建立与另一油浸变压器绝缘模块的槽的连接并且由此提供由标准模块组成的模块化的积木式结构(Bausteinsystem)。
相应地，相应于油浸变压器绝缘模块的一种组件方案，两个分别具有至少一个槽的油浸变压器绝缘模块在槽侧并排布置，其中，通过彼此邻接的槽形成共同的槽空腔。在此，两个油浸变压器绝缘模块通过在形状方面与共同的槽空腔相匹配的且布置在该槽空腔中的另一油浸变压器绝缘模块相互连接。换句话说，如果使用实心的绝缘元件作为连接元件，则这导致连接的模块在其连接部位处的绝缘薄弱部位，因为在此恰好不可实现油液填充的空腔的绝缘技术上的优点。然而，通过使用油浸变压器绝缘模块用于连接另外两个油浸变压器绝缘模块保证，即使在连接部位处也给出充分高的绝缘性能。
从这种类型的模块化的系统中，可以有利的方式由几何的基本模块组合成变化最多的组件，例如多个至少部分段地弯曲的油浸变压器绝缘模块组合成环形的结构，之后其例如在油液箱的拱顶之内轴向地包围油浸变压器的例如绝缘技术上重要的构件。在此，根据要求既可设想矩形的但是也可设想圆形的结构，其可简单地以节段的方式围绕构件布置，这在非模块化的环形结构中是不可行的。也可由四个完全相同的节段以尤其简单的方式实现这种类型的环形结构，这简化了制造。但是也可设想其它任何组合，例如同样类似阶梯或者U形。显然，应避免尖角(scharfe Kanten)并实施成带有相应的弯曲半径(例如5cm)。
由此，也可以尤其有利的方式利用稍微更小的油液箱制造带有油液箱和至少一个根据本发明的油浸变压器绝缘模块或油浸变压器绝缘模块的组件的油浸变压器。
从其它从属权利要求中得到其它有利的设计可能性。
附图说明
应根据在图纸中示出的实施例进一步描述本发明、其它实施形式以及其它优点。
其中：
图1显示了穿过油液填充的油浸变压器绝缘模块的截面，
图2显示了穿过两个连接的油浸变压器绝缘模块的截面，以及
图3显示了穿过另外两个连接的油浸变压器绝缘模块的截面，
图4显示了穿过另外四个连接的油浸变压器绝缘模块的截面。
参考标号列表
10 穿过油液填充的油浸变压器绝缘模块的截面
12 平整的第一层
14 平整的第二层
16 成波形的第三层
18 第一空腔
20 第二空腔
22 第一连接部位
24 第二连接部位
26 油液
28 空腔的高度
30 第二绝缘材料的厚度
40a，b 穿过两个连接的油浸变压器绝缘模块的截面
42 第一油浸变压器绝缘模块
44 第二油浸变压器绝缘模块
46 第一槽空腔
48 第二槽空腔
50 第三油浸变压器绝缘模块
60 穿过另外两个连接的油浸变压器绝缘模块的截面
62 第四油浸变压器绝缘模块
64 第五油浸变压器绝缘模块
66 第六油浸变压器绝缘模块
68 第七油浸变压器绝缘模块
70 油液
72 旋转轴线
80 穿过四个连接的油浸变压器绝缘模块的截面
具体实施方式
图1显示了穿过油液填充的油浸变压器绝缘模块的区段的截面10。由第一绝缘材料制成的平整的第一层12在多个连接部位(其中之一示例性地利用参考标号22表示)处与第二绝缘材料的成波形的第三层16相连接。成波形的第三层16的另一侧与第一绝缘材料的平整的第二层14在其它连接部位24处相连接，从而在平整的层12，14和成波形的层16之间形成空腔18，20，在图中以利用油液26填充的方式指出该空腔18，20。空腔18，20在油浸变压器绝缘模块的侧向的棱边处敞开，并且具有类似通道的形状。由此保证，可通过侧向的棱边利用液态的绝缘介质(在该示例中为油液26)浸没每个通道。换句话说，只有当完全利用相应的液态的绝缘介质填充所有空腔且不再存在空气填充的区域时，油浸变压器绝缘模块才具有其完全的电绝缘性能。作为绝缘材料，压纸板或其它稳定的纤维素材料的材料变型是尤其合适的，其中，各个第一层或第二层的厚度可例如为2mm至5mm，并且成波形的第三层的厚度可例如为10mm至20mm，其中，后者的值由实际的材料厚度30和相应的空腔18，20的高度28组成。在未填充油液的状态中，该结构为尤其轻的，从而例如在装配到待制造的油浸变压器的油液箱中时，与实心的绝缘隔障壁相比可尤其简单地操作这种类型的模块。
通过成波形的层16的梯形的形状，使第一层12和第二层14与第三层16在由此压平的面处的面型的接触部(Kontaktierung)22，24成为可能，与正弦形的波形相比，这由于更大的接触面积既有利地影响油浸变压器绝缘模块的机械的稳定性又有利地影响其绝缘性能。也就是说，通过梯形形成的倾斜的连接桥接部以固定地限定的角度延伸(zulaufen)到第一层12上并且与在正弦形中以任意锐角延伸不同，通过该锐角邻接的类似通道的空腔18，20在连接部位区域中相应地体现为尖端并且难以利用油液填充，这两者不利地影响绝缘能力。例如，可利用合适的耐高压的粘合材料(如干酪素)实现连接部位22，24。
图2显示了穿过两个油浸变压器绝缘模块42，44的截面，油浸变压器绝缘模块42，44自身在其侧棱边之一处具有槽，通过该槽形成相应的槽空腔46，48。在加工技术上，通过波形的层向内错位(Versetzen)或缩短实现相应的槽，从而两个外部的层相应地突出。两个油浸变压器绝缘模块42，44在槽侧并排布置，以使得通过两个槽空腔46，48形成共同的槽空腔，如在截面40a中示出的那样。截面40b相应于截面40a，然而在此，代替槽空腔在其位置处显示了第三油浸变压器绝缘模块，其形状配合地布置在共同的槽空腔中，并且使其它两个油浸变压器绝缘模块相互连接。同样第三油浸变压器绝缘模块50具有根据本发明的带有类似通道的空腔的层结构，由此，相对于相应地实心地实施的模块，其具有改进的绝缘性能。因此，以有利的方式避免，与其相连接的油浸变压器绝缘模块在连接部位处具有减小的绝缘性能。例如，槽的深度应相应于成波形的层的厚度的两倍至六倍，以用于保证机械上充分稳定的连接。
图3显示了穿过布置在油液70中的另外两个连接的油浸变压器绝缘模块62，64的截面60。油浸变压器绝缘模块62，64分别具有半壳形的结构并且在装配的状态中形成空心柱形的元件，其围绕旋转轴线72延伸。两个油浸变压器绝缘模块62，64在其相应的两个直的棱边处具有槽，并且如此相互布置，即，分别相对的槽分别形成共同的槽空腔。在该槽空腔中分别布置有稍微更薄的第六油浸变压器绝缘模块66和第七油浸变压器绝缘模块67，该另外两个油浸变压器绝缘模块62，64通过第六油浸变压器绝缘模块66和第七油浸变压器绝缘模块67形状配合地相连接。然而，还应明确指出的是，在该图中未示出根据本发明的带有可浸没的空腔的层结构，然而应设想其存在并利用油液70浸没。
优选地，以相应的类似半柱体的形状制造两个油浸变压器绝缘模块62，64，其中，首先将每个单个的层引入期望的形状中，部分段地设有粘合材料并且分别与邻接的层相连接。优选地，在提高的压力下在提高的温度下进行粘合材料的硬化，例如在烘箱中。如在层式的粘接材料中通常的那样，其在形成联合后在小的重量的同时具有极高的强度。
图4显示了穿过四个相同形式的油浸变压器绝缘模块的截面，其借助于另外四个油浸变压器绝缘模块连接成矩形的环形结构，其中在此，角部分别具有弯曲半径。

Claims (12)

1.一种油浸变压器绝缘模块(10,42,44,50,62,64,66,68)，带有至少一个由机械上坚固的、面型的第一绝缘材料制成的平整的第一层(12)和与所述第一层邻近的且基本上平行的第二层(14)，其特征在于，
所述第一层(12)和所述第二层(14)与由机械上坚固的面型的第二绝缘材料制成的布置在所述第一层(12)和所述第二层(14)之间的成波形的第三层(16)相连接(22,24)且所述第一层(12)和所述第二层(14)利用所述第三层(16)间隔开，其中，所述第三层(16)具有侧向的棱边且如此成波形，即，可利用油液(26,70)通过所述侧向的棱边完全地浸没所有通过成波形的形状形成的空腔(18,20)，其中通过所述成波形的形状形成的空腔(18,20)的高度(28)是未成波形的第二绝缘材料的厚度(30)的至少两倍。
2.根据权利要求1所述的油浸变压器绝缘模块，其特征在于，所述第三层(16)以至少局部地类似梯形的方式成波形。
3.根据权利要求1或2中任一项所述的油浸变压器绝缘模块，其特征在于，在所述第一层(12)和所述第二层(14)之间布置至少另一平整的层和与所述平整的层相连接的另一成波形的层，从而得到平整的(12,14)和成波形的(16)层的交替的顺序。
4.根据权利要求1或2所述的油浸变压器绝缘模块，其特征在于，所述第一绝缘材料与所述第二绝缘材料相同。
5.根据权利要求1或2所述的油浸变压器绝缘模块，其特征在于，所述空腔(18,20)平行于取向轴线(72)伸延，并且所述绝缘模块(10,42,44,50,62,64,66,68)至少局部地绕与其平行的弯曲轴线弯曲。
6.根据权利要求5所述的油浸变压器绝缘模块，其特征在于，在已经弯曲的状态中，所述油浸变压器绝缘模块的各个层(12,14,16)相互连接(22,24)。
7.根据权利要求1或2所述的油浸变压器绝缘模块，其特征在于，邻近的层(12,14,16)借助于耐高压的粘合材料相互连接(22,24)。
8.根据权利要求1或2所述的油浸变压器绝缘模块，其特征在于，利用油液(26,70)完全地浸没所有由所述成波形的形状形成的空腔(18,20)。
9.根据权利要求1或2所述的油浸变压器绝缘模块，其特征在于，成波形的层(16)的至少一个侧向的棱边相对于邻接的层(12,14)向内错位，以使得形成带有槽空腔的槽(46,48)。
10.一种根据权利要求1至9中任一项所述的油浸变压器绝缘模块的组件，其特征在于，至少两个分别具有至少一个槽(46,48)的油浸变压器绝缘模块(42,44,62,64)在槽侧并排布置，其中，通过彼此邻接的槽(46,48)形成共同的槽空腔，并且两个油浸变压器绝缘模块(42,44,62,64)通过与所述共同的槽空腔的形状相匹配的且布置在所述槽空腔中的另一油浸变压器绝缘模块(50,66,68)相互连接。
11.根据权利要求10所述的组件，其特征在于，多个至少部分段地弯曲的油浸变压器绝缘模块(62,64)连接成环形的结构。
12.一种油浸变压器，带有油液箱和至少一个根据权利要求1至9中任一项所述的油浸变压器绝缘模块或至少一个根据权利要求10或11中任一项所述的油浸变压器绝缘模块的组件。
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