CN103077808A

CN103077808A - 一种用于核电站的1e级干式变压器

Info

Publication number: CN103077808A
Application number: CN201310040201XA
Authority: CN
Inventors: 蔡定国; 唐金权; 杜国明; 张吉安; 黎剑锋
Original assignee: PEARL ELECTRIC CO Ltd
Current assignee: Pearl Electric Limited by Share Ltd
Priority date: 2013-02-01
Filing date: 2013-02-01
Publication date: 2013-05-01
Anticipated expiration: 2033-02-01
Also published as: CN103077808B

Abstract

本发明公开了一种用于核电站的1E级干式变压器，其包括铁心、装配在铁心上变压器线圈、安装在铁心上下两端的上绝缘垫块和下绝缘垫块、安装在上绝缘垫块上方的上铁心夹板以及安装在下绝缘垫块下方的下铁心夹板，所述干式变压器还包括抗震架，该抗震架包括与上铁心夹板连接的连接板、与下铁心夹板连接的底板、连接在连接板和底板之间且倾斜设置的斜拉架以及设置在斜拉架与底板和斜拉架与连接板之间的三角加强板，本发明抗震性能佳，使其在老化寿命大于60年的寿命期末，经受S2级的安全停堆地震，仍能保证变压器的结构完整和安全功能完整。

Description

一种用于核电站的1E级干式变压器

技术领域

本发明涉及一种干式变压器，具体涉及用于核电站的1E级干式变压器。

背景技术

近年来，全球的煤炭、石油等常规能源全面紧张，用电成本不断攀升，大力开发清洁环保的新能源已经刻不容缓。而核电站只需消耗极少的核燃料，就可以产生大量的电能，每千瓦时电能的生产成本比火电站低20%以上；同时，核电站还可以大幅度地减少燃料的运输量，具有干净、无污染的优势。对于发展迅速、能源要求急切、环境压力较大的中国来说，大力开发利用核电是关系国家能源发展战略的重要问题。

用于核电站的1E级干式变压器是国产核级设备的代表之一，是干式配电变压器中难度大、要求高的品种，主要用于核电站电气系统380V厂用安全级设备供电。在核电站正常运行和事故发生时，用于核电站的1E级干式变压器作为一个重要的组成部分，其可靠运行能确保核电厂的安全、可靠和经济运行，防止辐射性物质向环境释放，保证核电站人员与公众的辐射安全。因此，在产品设计上，也就对核电站用1E级干式变压器的安全可靠性提出了非常高的要求：需要通过试验验证的产品具有40年以上的鉴定寿命，并在寿期末仍能在地震载荷期间及其之后正常运行。变压器线圈作为干式变压器的核心部件，其功能相当于变压器的“心脏”。现有的干式变压器运行时，由于线圈会发热，组成线圈的绝缘材料会随时间老化，而且用于干式变压器的线圈除电磁线为金属部分外，其余部分是由各种绝缘材料复合而成，这样线圈的老化会严重影响干式变压器的使用寿命和质量。因此，以合理的工艺制备复合型绝缘材料构成的线圈，形成热寿命能满足使用要求的绝缘结构，就具有重要的意义。

发明内容

本发明的目的在于针对上述现有技术的不足，提供一种抗震性能强且耐老化的用于核电站的1E级干式变压器。

本发明的技术方案是这样实现的：

一种用于核电站的1E级干式变压器，其包括铁心、装配在铁心上变压器线圈、安装在铁心上下两端的上绝缘垫块和下绝缘垫块、安装在上绝缘垫块上方的上铁心夹板以及安装在下绝缘垫块下方的下铁心夹板，所述干式变压器还包括抗震架，该抗震架包括与上铁心夹板连接的连接板、与下铁心夹板连接的底板、连接在连接板和底板之间且倾斜设置的斜拉架以及设置在斜拉架与底板和斜拉架与连接板之间的三角加强板。

所述变压器线圈包括线绕线圈，该线绕线圈包括铜电磁线和包覆在铜电磁线外部的复合绝缘层，该复合绝缘层包括浇注料层、复合硅烷无碱玻璃纤维毡、芳纶纤维绝缘纸以及无碱玻璃纤维绝缘布。

所述变压器线圈包括浇注式箔式线圈，该浇注式箔式线圈包括铜带以及包覆在铜带外部的环氧树脂预浸玻璃纤维布和浇注料层。

所述浇注料层由A组分和B组分组成，按重量比例计：

A组分包括双酚A环氧树脂或海因环氧树脂43～46wt%、聚丙二醇0～5wt%、磷酸三甲苯酯2～4wt% ；

B组分包括甲基六氢邻苯二甲酸酐固化剂或甲基四氢邻苯二甲酸酐固化剂44～48wt%、N, N-苄基二甲胺2～6wt%。

所述线绕线圈的制作方法如下：

1）将复合硅烷无碱玻璃纤维毡、芳纶纤维绝缘纸以及无碱玻璃纤维绝缘布依次对称包覆在铜电磁线的两侧，然后将它们绕制在浇注内模具上，再装上外模具；

2）将整个模具放入热风循环加热干燥炉中，温度控制在90～110℃，常压下干燥7～12小时；

3）干燥后再放进真空压力浇注容器内进行真空干燥，容器抽真空至0.5～5mbar，温度为50～70℃，保持真空2～5小时；

4）按上述配方将A组分和B组分注入静态混料器中混合均匀，在温度为50～75℃，真空度为5～10mbar下将混合料注入浇注模具中；

5）浇注完成后，放入热风循环保温固化炉内，分阶段逐步固化，各个阶段固化温度及固化时间：第一阶段70～90℃固化3～8h、第二阶段95～115℃固化1～2h、第三阶段120～130℃固化1～2h、第四阶段135～140℃固化7～12h，按预定固化温度和固化时间固化成型；

6）线圈固化成型后，从固化炉中取出，脱去浇注模具，将浇注线圈打磨装修。

所述浇注式箔式线圈的制作方法如下：

1）将双层环氧树脂预浸玻璃纤维布包覆在铜带的一侧，将它们绕制在浇注内模具上，铜带连接到导电铜排，做成箔式线圈白坯；

2）将箔式线圈白坯放入热风循环固化炉内，分阶段逐步固化，各个阶段固化温度及固化时间：第一阶段70～80化1～2h、第二阶段90～125℃固化1～2h、第三阶段130～155℃固化5～8h，按预定固化温度和固化时间固化成型；

3）对箔式线圈进行浇注，在温度为50～75℃，真空度为5～10mbar下按上述配方将A组分和B组分注入模具中；

4）浇注完成后，放入热风循环保温固化炉内，分阶段逐步固化，各个阶段固化温度及固化时间：第一阶段70～90℃固化3～8h、第二阶段95～115℃固化1～2h、第三阶段120～130℃固化1～2h、第四阶段135～140℃固化7～12h，按预定固化温度和固化时间固化成型，形成浇注式箔式线圈。

所述变压器线圈包括非浇注式箔式线圈，该非浇注式箔式线圈包括铜带和包覆在铜带一侧的双层环氧树脂预浸玻璃纤维布。

所述非浇注式箔式线圈的制作方法如下：

2）将箔式线圈白坯放入热风循环固化炉内，分阶段逐步固化，各个阶段固化温度及固化时间：第一阶段70～80化1～2h、第二阶段90～125℃固化1～2h、第三阶段130～155℃固化5～8h，按预定固化温度和固化时间固化成型。

所述浇注式箔式线圈和铁心之间设有撑板，非浇注式箔式线圈和铁心之间也设有撑板。

所述撑板、上铁心夹块、下铁心夹块均采用双马来酰亚胺层压玻璃板。

与现有技术相比，本发明技术方案有着下列优异的技术效果：

1）本发明通过设有抗震架，抗震架使用三角斜拉形，增加了变压器的抗震性能，使其在老化寿命大于60年的寿命期末，经受S2级的安全停堆地震，仍能保证变压器的结构完整和安全功能完整；

2）本发明通过优化变压器线圈的绝缘结构，改善了变压器线圈的耐老化性能，提高了干式变压器的使用寿命。

附图说明

下面结合附图中的实施例对本发明作进一步的详细说明，但并不构成对本发明的任何限制。

图1是本发明干式变压器的主视图。

图2是本发明干式变压器的左视图。

图3是本发明干式变压器的俯视图。

图4是本发明线绕线圈的制作方法中步骤1的示意图。

图5是本发明箔式线圈的制作方法中步骤1的示意图。

图中：铁心1、变压器线圈2、上绝缘垫块3、下绝缘垫块4、上铁心夹板5、下铁心夹板6、连接板7、底板8、斜拉架9、三角加强板10、铜电磁线11、复合硅烷无碱玻璃纤维毡12、芳纶纤维绝缘纸13、无碱玻璃纤维绝缘布14、铜带15、环氧树脂预浸玻璃纤维布16、导电铜排17、销钉18。

具体实施方式

实施例1：

如图1至图5所示，本发明一种用于核电站的1E级干式变压器，其包括铁心1、装配在铁心1上变压器线圈2、安装在铁心1上下两端的上绝缘垫块3和下绝缘垫块4、安装在上绝缘垫块3上方的上铁心夹板5、安装在下绝缘垫块4下方的下铁心夹板6以及抗震架。该抗震架包括与上铁心夹板5连接的连接板7、与下铁心夹板6连接的底板8、连接在连接板7和底板8之间且倾斜设置的斜拉架9以及设置在斜拉架9与底板8和斜拉架9与连接板7之间的三角加强板10。

本发明的铁心1的制作方法如下：硅钢片纵向裁剪成预定宽度的条料；再将条料按预定长度以45度角横剪；放上铁心拉板及铁心绝缘（图未示）；按预定结构、厚度以及步进顺序叠积裁剪好的硅钢片，这样便形成了铁心1。

本发明变压器线圈2包括线绕线圈和箔式线圈或浇注式箔式线圈。该线绕线圈包括铜电磁线11和包覆在铜电磁线外部的复合绝缘层。该复合绝缘层包括浇注料层、复合硅烷无碱玻璃纤维毡12、芳纶纤维绝缘纸13以及无碱玻璃纤维绝缘布14。该箔式线圈包括铜带15和包覆在铜带两侧的环氧树脂预浸玻璃纤维布16。该浇注式箔式线圈包括铜带以及包覆在铜带外部的环氧树脂预浸玻璃纤维布和浇注料层。

箔式线圈和铁心1之间设有撑板，用来加强箔式线圈与铁心1之间的连接力。箔式线圈还连接导电铜排17，用来导电。

所述撑板、上铁心夹块5、下铁心夹块6均采用双马来酰亚胺层压玻璃板，这样可以绝缘耐老化。

本发明的上绝缘垫块3、上铁心夹板5与铁心1采用销钉18三者固定；下绝缘垫块4、下铁心夹板6与铁心也采用销钉3三者固定。

本发明在连接板7和底板8之间设置了四个彼此对称分布的斜拉架9，这样增加了变压器的稳定性。在连接板7与斜拉架9的上端以及底板8与斜拉架9的下端分别设置了三角加强板10，进一步温度变压器。因此本发明的抗震架呈类似金字塔的锥台结构，提高了产品的固有振动频率，减少产品振动过程中的结构应力，提供了变压器的抗震性能。

本发明干式变压器的组装方法如下：首先将下铁心夹板6上方安装下绝缘垫块4；再将变压器线圈2安装在铁心1上，并将撑板17插入铁心1与箔式线圈之间；将上绝缘垫块3安装到铁心1上，并将上铁心夹板5一起固定；接着将上述整体安装到连接板7和底板8之间；最后安装锁紧斜拉架9和三角加强板10。

本发明线绕线圈的浇注料层由A组分和B组分组成，按重量比例计：

A组分包括双酚A环氧树脂43wt%、聚丙二醇5wt%、磷酸三甲苯酯2wt% ；

B组分包括甲基六氢邻苯二甲酸酐固化剂44wt%、N, N-苄基二甲胺6wt%。

本发明线绕线圈的制作方法如下：

1）将复合硅烷无碱玻璃纤维毡、芳纶纤维绝缘纸以及无碱玻璃纤维绝缘布依次对称包覆在铜电磁线的两侧（详参图3），然后将它们绕制在浇注内模具上，再装上外模具；

5）浇注完成后，放入热风循环保温固化炉内，固化温度及固化时间：70～90℃固化3～8h、95～115℃固化1～2h、120～130℃固化1～2h或135～140℃固化7～12h，按预定固化温度和固化时间固化成型；

本发明浇注式箔式线圈的制作方法如下：

本发明非浇注式箔式线圈的制作方法如下：

1）将环氧树脂预浸玻璃纤维布包覆在铜带的两侧（详参图4），将它们绕制在浇注内模上，铜带连接到导电铜排，做成箔式线圈白坯；

2）将箔式线圈白坯放入热风循环固化炉内，固化温度及固化时间：70～80化1～2h、90～125℃固化1～2h或130～155℃固化5～8h，按预定固化温度和固化时间固化成型。

实施例2：

本发明实施例2中的干式变压器结构、组装方法与变压器线圈的各个制作方法均与实施例1相同，不同之处仅在于：

A组分包括双酚A环氧树脂46wt%、磷酸三甲苯酯4wt% ；

B组分包括甲基六氢邻苯二甲酸酐固化剂48wt%、N, N-苄基二甲胺2wt%。

实施例3：

本发明实施例3中的干式变压器结构、组装方法与变压器线圈的各个制作方法均与实施例1和2相同，不同之处仅在于：

A组分包括双酚A环氧树脂44wt%、聚丙二醇3wt%、磷酸三甲苯酯3wt% ；

B组分包括甲基六氢邻苯二甲酸酐固化剂46wt%、N, N-苄基二甲胺4wt%。

实施例4：

本发明实施例4中的干式变压器结构、组装方法与变压器线圈的各个制作方法均与实施例1、2和3相同，不同之处仅在于：

A组分包括海因环氧树脂45wt%、聚丙二醇2wt%、磷酸三甲苯酯3wt% ；

B组分包括甲基四氢邻苯二甲酸酐固化剂45wt%、N, N-苄基二甲胺5wt%。

对本发明的耐老化性能进行测试：

本发明测试方法采用加速热老化方法进行，测试原理如下：

根据电气绝缘热寿命满足阿伦尼乌斯方程：lgτ=a+b/T，即绝缘热寿命（τ）的对数与绝对温度（T）的倒数成线性关系。将恒温下功能性试验和均速升温下热失重试验结合起来，即由常规热老化试验方法，作一单点老化试验，求得该温度下的热寿命值，由热失重曲线求得热寿命的斜率，从而得出电气绝缘的耐热性，试验结果见表1。

表1本发明所述按预定配方所制备的耐热老化线圈热失重试验

由测试结果可知，本发明干式变压器的变压器线圈通过浇注浇注料层，提高了其耐老化性能；浇注料层的组分比例不同，其耐老化性能也不同，根据测试测得实施例3的老化寿命最长，因此根据实施例3制得的变压器线圈耐老化性能最佳，为本发明最优的实施例。

对本发明的抗震性能进行测试：

测试原理如下：构建有限元模型，对产品结构进行分析计算，得到产品的自振频率、各阶振动模态以及各结构件的最大受力情况，明确产品在地震过程中各结构有较大的安全系数，在鉴定寿命期内不会产生破坏。并采用静力法进行核算，确保设计的安全裕度。仿真产品本体的额定自振频率为X向24.648Hz、Y向15.365Hz、Z向大于50Hz。

产品的抗震测试在振动台上进行，采用与实际一致的安装方式固定在振动台上。试验过程中，通过在原边施加电压，副边采用示波器对振动过程中产品的供电连续性进行监测，试验结果见表2。

表2本发明的干式变压器抗震性能的测试结果

Figure 201310040201X100002DEST_PATH_IMAGE003

上述试验结果与仿真结果比较接近，产品通过5次试验，结构保持完好无裂痕、变形等不正常现象，抗震试验前、试验中、试验后均对产品进行性能测试和功能检测，试验结果表明产品性能正常，且地震期间产品电气波形连续，工作正常。

本发明的用于核电站的1E级干式变压器具有以下特点：

(1) 本发明提供的干式变压器在长期130℃温度下，耐热老化寿命＞60年。

(2) 本发明提供的干式变压器通过加速热老化测试后，在进行抗震测试，其老化寿命期末，仍保持完整的结构和完整的安全功能。

Claims

1.一种用于核电站的1E级干式变压器，其包括铁心、装配在铁心上变压器线圈、安装在铁心上下两端的上绝缘垫块和下绝缘垫块、安装在上绝缘垫块上方的上铁心夹板以及安装在下绝缘垫块下方的下铁心夹板，其特征在于：所述干式变压器还包括抗震架，该抗震架包括与上铁心夹板连接的连接板、与下铁心夹板连接的底板、连接在连接板和底板之间且倾斜设置的斜拉架以及设置在斜拉架与底板和斜拉架与连接板之间的三角加强板。

2.根据权利要求1所述的用于核电站的1E级干式变压器，其特征在于：所述变压器线圈包括线绕线圈，该线绕线圈包括铜电磁线和包覆在铜电磁线外部的复合绝缘层，该复合绝缘层包括浇注料层、复合硅烷无碱玻璃纤维毡、芳纶纤维绝缘纸以及无碱玻璃纤维绝缘布。

3.根据权利要求1所述的用于核电站的1E级干式变压器，其特征在于：所述变压器线圈包括浇注式箔式线圈，该浇注式箔式线圈包括铜带以及包覆在铜带外部的环氧树脂预浸玻璃纤维布和浇注料层。

4.根据权利要求2或3所述的用于核电站的1E级干式变压器，其特征在于：所述浇注料层由A组分和B组分组成，按重量比例计：

5.根据权利要求4所述的用于核电站的1E级干式变压器，其特征在于：所述线绕线圈的制作方法如下：

6.根据权利要求4所述的用于核电站的1E级干式变压器，其特征在于：所述浇注式箔式线圈的制作方法如下：

7.根据权利要求1所述的用于核电站的1E级干式变压器，其特征在于：所述变压器线圈包括非浇注式箔式线圈，该非浇注式箔式线圈包括铜带和包覆在铜带一侧的双层环氧树脂预浸玻璃纤维布。

8.根据权利要求7所述的用于核电站的1E级干式变压器，其特征在于：所述非浇注式箔式线圈的制作方法如下：

9.根据权利要求3或7所述的用于核电站的1E级干式变压器，其特征在于：所述浇注式箔式线圈和铁心之间设有撑板，非浇注式箔式线圈和铁心之间设有撑板。

10.根据权利要求9所述的用于核电站的1E级干式变压器，其特征在于：所述撑板、上铁心夹块、下铁心夹块均采用双马来酰亚胺层压玻璃板。