CN103119668B - 干式配电变压器、抽头面板和用于插头面板的电绝缘方法 - Google Patents

干式配电变压器、抽头面板和用于插头面板的电绝缘方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种干式配电变压器，包括壳体（1’）、线圈（200）、密封室（100）和与所述线圈（200）关联的抽头面板（110）。所述抽头面板（110）具有静电屏蔽（107）并位于所述密封室（100）内，所述密封室（100）填充有固态介电材料并由盖（120）保护。还描述了一种用于干式配电变压器的抽头面板的电绝缘方法和一种用于填充有能移除的绝缘树脂的干式配电变压器的抽头面板。所述线圈（200）具有接地（115）的静电屏蔽（107）。

Description

干式配电变压器、抽头面板和用于插头面板的电绝缘方法
相关申请的交叉引用
本申请要求于2011年4月15日递交的巴西专利申请PI1101495-4的优先权，其内容通过引用合并于此。
技术领域
本发明涉及用于三相或单相电变压器的抽头面板，该抽头面板为固态绝缘并具有屏蔽和接地的线圈，特别被设计用于地下或水下配电设施或者内部或外部设施。
背景技术
如根据现有技术已知，变压器被广泛应用于转换电能。在高压下进行电能传输直至靠近消费场所，而在消费场所，同样通过变压器将电能传输降低至适用于消费者的设备部件的值。电压电平的下降可通过抽头来完成，抽头本质上为沿线圈绕组的连接点，这使得能够沿绕组选择给定数量的线匝。以这种方式，变压器产生一部分变化的线匝，从而能够将输出电压调节至例如标准绕组电压的+5％和-5％。
选择抽头来改变绕组线匝的数量是调节电压的通常步骤，并通常被指示在特性与图表板上或指示在变压器手册中。可从外部接近抽头和连接桥，抽头通过永久电导体被连接到线圈绕组，存在于每个抽头绕组上的电压根据连接每个抽头的线匝而变化。也可从外部接近螺母，并且当变压器运行时，每个螺母具有与其连接的绕组线匝的电压。相对于螺母和电桥的地电位的电压与绕组线匝上的电压相同。
在现有技术中大量使用且已知的并且使用抽头的变压器类型为干式配电变压器。这种类型变压器的示例被显示在文献US 5,621,372中，该文献描述了具有封装在树脂中的线圈的变压器，这防止与湿气接触，并由此防止在湿气凝结期间形成电弧。树脂通过真空被施加，抽头面板保持在变压器的外部，而没有任何保护。
现有技术中使用的干式配电变压器的其它实施例被例示在图1、图2和图3中。这些图例示了提供有抽头面板2的1000kVA的变压器1，抽头面板2被提供有螺母3和连接桥4，螺母3与例如封装在树脂中的13.8kV的高压线圈关联，连接桥4通过螺钉5与螺母3关联，螺钉5则利用适当的工具被拧紧，以保证低接触电阻和良好的电路连续性。图3进一步例示了变压器1壳体的外壁上的突起部7，变压器1壳体的外壁包含抽头面板2。通常，抽头面板2的每个螺母3对应一个绕组抽头。螺母3通常被标识，并且连接桥4如在制造商提供的变压器1的特性板上或文档中指示的那样被放置。
螺母3之间的电距离以及连接桥4与其它螺母3之间的距离应该满足其间的电压。例如，对于+/-5％的换向范围的13,800伏特的绕组，端部螺母3之间的电压为13,800伏特的10％，即1,380伏特。面板2上的抽头和连接桥4相对于地的电压与绕组上的抽头相对于地的电压相同。
螺母3与反地线(counter ground)之间的绝缘通过存在于内部的树脂并通过外部的空气的距离来完成。
这些实施例的缺点在于抽头面板不受保护的事实，这是由于干式配电变压器被用于内部和保护性环境中。然而，在浸没条件下没有绝缘，抽头仍然不受保护，即，抽头面板不具有适用于这种环境的构造。
解决该问题的尝试被呈现在图4和图5中，其例示了13.8kV变压器的提供有螺母3、连接桥4、突起部7和螺钉5的抽头面板，螺钉5具有将连接桥4与螺母3关联并将盖(未示出)紧固到突起部7上的功能。图5进一步例示了螺母3之间的绝缘件6，绝缘件6的功能是增加螺母3与空气之间的表面距离
这些实施例的缺点在于变压器使用盖来保护抽头面板免受湿气和水的事实。然而，该盖仅防止灰尘的积聚并具有低的电绝缘度，从而存在于突起部内的空气由于被电离而可能造成放电，由此损坏变压器。
所列举的问题的解决方案在文献US 3,175,148中被提及，该文献描述了一种三相变压器，其中利用门在室中将抽头隔离。这种室被密封并填充有围绕抽头的介电流体。该文献还描述了一种母线(strap)，该母线可从外部接近并允许与调节电路关联的全部线圈接地连接，从而使面板被静电屏蔽。
该实施例的缺点在于变压器使用液态介电材料的事实，如从现有技术已知，除了在维修的情况下如果操作者接触该材料可能被污染之外，液态介电材料处理起来非常复杂。
液态介电材料的另一个缺点在于如果液态介电材料不被正确丢弃则可能对环境造成破坏的事实。
该实施例的进一步的问题在于操作者必须进行与变压器的接地平台的接地连接。
此外，干式变压器需要安装在受保护的场所，并且按照例如IEC60076-11的规定限定干式变压器能忍受的湿气水平。干式变压器的安装根据变压器的部件与地之间的电压等级应该满足最小的电距离。线圈、连接桥和抽头面板相对于地的距离应该满足绝缘等级。该规定的例外是在专利PI 0903695-4中描述的变压器，本发明特别适用于该变压器。根据专利PI 0903695-4的教导(其描述通过引用合并于此)，能够在地下或水下设施运行变压器，并且在这些条件下，本发明的抽头面板优于现有技术。
发明内容
本发明的目的在于提供一种具有密封室的变压器，其包括由能移除的固态树脂绝缘、静电屏蔽的抽头面板、并能够变换屏蔽线圈上的抽头，从而使它们能够用在可浸入水中的干式变压器上。
本发明的目的还在于提供一种具有抽头面板的变压器，该抽头面板使得能够变换抽头、在安装场所用固态最终绝缘材料绝缘抽头，从而静电屏蔽抽头区域、密封抽头区域以防湿气或水的进入，并且能够使抽头面板用在可浸入水中的干式变压器上。
本发明的目的还在于提供一种具有抽头面板的变压器，该抽头面板能够使抽头通过在真空条件下施加的绝缘树脂彼此绝缘并与地线绝缘，从而抽头面板下方使用树脂的这种绝缘能够通过减少材料的量来降低成本，并通过消除气泡来提升装备的可靠性，该气泡可造成局部放电、降低绝缘能力并造成变压器故障。
更具体地说，本发明的目的是：
●为了防止水和湿气的进入起见而提供盖；
●为了防止水和湿气的进入起见而提供填充物；
●提供填充有能移除的固态介电材料的室；以及
●提供静电屏蔽的抽头面板。
本发明的目的通过一种干式配电变压器而实现，所述干式配电变压器包括壳体、线圈、室和与所述线圈关联的抽头面板。所述抽头面板具有静电屏蔽并位于室内，该室被填充有固态介电材料并由盖保护。
进一步地，所述目的通过一种用于干式配电变压器的抽头面板的电绝缘方法而实现，所述变压器具有室，所述室包括位于其内侧的抽头面板，并被提供有盖，所述盖具有填充通道。该电绝缘方法在于：
通过连接器将填充管道与所述盖的下填充通道关联；
通过连接器将排气管道与所述盖的上填充通道关联；
通过所述填充管道对腔填充以绝缘树脂；
通过所述排气管道施加真空；
将管道分离；
用盖密封所述填充通道；
等待，直到所述树脂的硬化时间结束。
所述目的还通过一种用于干式配电变压器的抽头面板而实现，所述变压器包括至少一个高压绕组抽头和一个密封室，所述密封室与所述变压器的壳体关联并被提供有腔，所述抽头面板被容纳在所述腔内，所述变压器进一步包括被配置为防止水进入所述室中的填充物和电连接到盖的接地的静电屏蔽，所述盖也接地，所述密封室被填充有能移除的固态介电材料。
附图说明
现在将参照附图更详细地描述本发明：
图1表示现有技术的提供有抽头面板的干式配电变压器的局部主视图；
图2表示现有技术的抽头面板的主视图；
图3表示现有技术的抽头面板的主视图；
图4表示现有技术的抽头面板的主视图；
图5表示现有技术的抽头面板的主视图；
图6表示本发明的抽头面板的主视图；
图7表示提供有盖的抽头面板的主视图；
图8表示填充有介电材料的抽头面板的侧视图；
图9表示抽头面板的剖视图。
具体实施方式
如在图6至图9中可以看出，变压器1具有壳体1’，壳体1’优选由树脂制造并由封装在树脂中并被静电屏蔽107的线圈200组成。在靠近变压器的外壁处，抽头面板110位于密封室100内。
所述密封室100被具体化为始于变压器1的壳体1’并形成外壁105和内壁106的突起部。
内壁106在密封室100内形成腔101，固定板102和盖120被插入腔101中，盖120从外壁105的端部116凹入。
该凹部具有的目的是防止灰尘积聚和水进入腔101中，该实施例是特别有利的，这是由于灰尘积聚在外壁105上，所以在变换抽头期间形成更安全的操作，并且这防止可能损坏变压器1的灰尘的进入和电弧的出现。
在图9中示出密封室100的优选实施例，其中密封室100被制造成壳体1’的外部上的突起部。然而，这种突起部可转到壳体1’的内部，即进一步位于变压器1的最内部分。以这种方式，内壁106的尺寸以及抽头面板110的深度应该是兼容的。变压器1的壁105、106应该具有足以接收该凹部的厚度，从而形成抽头面板110将被插入其中的腔101。
密封室100可具有任何几何形状并由树脂制造，优选由环氧树脂制造。然而，其它类型的树脂也可用于制造密封室100，例如，聚氨酯、聚酯、硅酮。
密封室100的腔101容纳抽头面板110。如在图6和图9中可以看出，抽头面板110被提供有用于固定线匝的至少一个固定元件111、连接桥112和用于固定连接桥的固定元件113。线匝的固定元件111与线圈主体200被封装在一起，并被电耦联114到线匝，用于在线匝的两个固定元件111之间建立电连接的连接桥112通过连接桥的固定元件113被紧固到线匝的固定元件111。
线匝的固定元件111优选为螺母，但也可使用其它类型的连接元件。另一方面，连接桥的固定元件113优选为螺钉，但也可使用其它类型的固定元件，例如，铆钉、销钉、螺栓。
如在图9中可以详细看出，抽头面板110具有静电屏蔽107，该静电屏蔽107被电连接114到线圈200的静电屏蔽107，线圈200的静电屏蔽107接着被连接到地115。这种静电屏蔽107笼罩住腔的外壁从腔101的下部延伸，直到腔101的最外部，更确切地是在固定板102的区域中，位于室100的内壁106和外壁105之间。内壁106连同能移除的树脂一起将抽头的电压相对于地115电绝缘。
固定板102位于密封室100内，更具体地说位于腔101中，如图6和图9中所示。固定板102与密封室100封装在一起，从而在固定板102的外壁与密封室100的内壁106之间形成粘合。
固定板102包括凹槽130和位于其前部的盖的关联元件104，并被电连接114到腔101的静电屏蔽107和线圈200的静电屏蔽107。优选实施例由金属材料制成，但也可使用其它类型的导电材料来制造固定板102，例如铝、铜、半导电油漆、半导电树脂。
存在于固定板102上的凹槽130被填充物103填充，填充物103的目的是密封腔101，从而防止水和湿气进入密封室100中。填充物通过与固定板102关联的盖120而与固定板120操作地关联。盖120将填充物103挤压抵靠固定板102的凹槽103，从而密封腔的入口。
该填充物优选为O形环，如图6和图9中所示，但也可采用其它类型的密封材料，例如硅酮、聚氨酯。
如在图7、图8和图9中可以看出，盖120具有两个填充通道121，并通过其表面与连接到地115的固定板102的表面的接触而被静电屏蔽107。
盖120由于通过盖的固定元件122与固定板102电接触而被接地115，固定板102也被接地115，盖的固定元件122的目的是在接地115的盖120与固定板102之间建立电连接。
这种盖的固定元件122优选为螺钉，但也可使用其它类型的固定元件，例如铆钉、销钉、螺栓。另一方面，盖120优选由金属材料组成，但也可使用其它类型的材料来制造盖120，例如由树脂和导电材料组成的材料。
填充通道121用于对腔101填充能移除的绝缘材料，并位于盖120的外表面上。填充通道121具有连接器123，盖126与连接器123关联，盖126保护填充通道121并防止水进入腔101中。
所述能移除的绝缘材料的目的是隔离抽头面板110，从而使抽头面板110能够用在例如72.5kV或138kV的高压变压器上。例如，能移除的绝缘材料可由3M“高凝胶可再入密封剂8882(High Gel Re-Enterable Encapsulant 8882)”型树脂组成。通过使用这种能移除的绝缘材料，硬化时间将大约为60分钟。该时间之后，材料具有凝胶稠度，从而变为能容易移除的材料。
为了替换前面提到的树脂，也可使用其它类型的材料，例如糊状绝缘材料和实现本发明需要的功能的其它材料。
为了填充腔101，盖120被提供有连接到排气管道124的第一连接器123和连接到填充管道125的第二连接器123。排气管道被用于施加真空，提供存在于腔101中的空气的完全抽出，填充管道125被用于输送将填充腔101的树脂。
第一连接器123与排气管道124之间的连接以及第二连接器123与填充管道125之间的连接优选通过螺纹获得。然而，也可使用其它类型的连接，例如，啮合连接。
使用这种管道填充腔101的优选方法在于，将填充管道125连接到下填充通道121并将排气管道124连接到上填充通道121。通过填充管道125将绝缘树脂施加到腔101中，并通过排气管道124施加真空，将空气从腔101中抽出，从而消除气泡的出现，而气泡可能会造成放电的出现，这会损坏变压器。
待使用的另一方法在于，将填充管道125连接到下填充通道121并将排气管道连接到上填充通道121。通过填充管道125将绝缘树脂施加到腔101中，并通过排气管道124仅发生空气的经过，通过重力施加树脂。
因此，如已经描述的，根据本发明，使用抽头面板110使得能够例如在水下环境中运行的地下配电网中采用变压器。
本发明的干式配电变压器的一个优点与抽头面板被静电屏蔽这一事实有关。存在于抽头与地之间的电场被存在于抽头与接地的静电屏蔽之间的绝缘限制。抽头和与它们所连接的绕组线匝处于相同的电势，但是它们与接地的外静电屏蔽绝缘，也就是说，它们受到保护不受电击并且不对设施放电，从而提升操作者的安全性和装备的使用寿命。
此外，作为优于现有技术的变压器的优点，所建议的干式配电变压器的结构具有的事实是提供有通过固态树脂绝缘、被静电屏蔽并被密封的室，从而能够在高压变压器上采用抽头面板，例如在13.8kV或24.2kV并具有500kVA至2000kVA的功率范围的变压器上采用抽头面板。
本发明的另一优点与抽头面板被提供有接地的金属盖这一事实有关，该接地的金属盖具有两个连接器，用于填充能移除的绝缘树脂的管道与该两个连接器关联。该两个连接器具有能移除的盖，该能移除的盖能够密封抽头面板以防水的进入。
本发明的干式配电变压器的进一步优点与所述室不具有绝缘油这一事实有关，该绝缘油如果不被正确地丢弃则可能污染环境，或者可能在变压器的预防性维修期间被污染，从而使绝缘油失去它们最初的绝缘特性。本发明的另一优点与所述盖被用螺钉拧紧到固定板并且在盖与固定板之间具有填充物这一事实有关，该填充物由盖挤压抵靠固定板，由此影响该填充物抵抗湿气通过元件的接合表面的进入。
使用在其表面上具有连接器的盖，使得能够对抽头面板的腔填充能移除的绝缘树脂。在树脂填充过程中可施加真空，使得该树脂将不具有气泡，并且室将不具有气泡，并完全被绝缘树脂填充，由此增强它们的介电特性并防止设备故障。因此，该抽头面板可被用在具有例如72,500伏特或138,000伏特的较高电压的变压器上。另外，由于该抽头面板具有更好的介电特性，故其可以更加减小的尺寸来制造，从而引起材料的节省，进一步为变压器提供用于填充密封室的能移除的绝缘树脂。
本发明的干式配电变压器的另一优点与所述抽头面板的静电屏蔽和线圈的静电屏蔽均被连接到地这一事实有关，因此对接触变压器或靠近变压器的人员和物体没有放电的风险。此外，围绕线圈的空气不被电离或者不经受电场。
此外，在所述抽头面板和所述线圈上使用静电屏蔽与使用填充物一起，使得能够在用于水下用途，预知用于典型为13,800伏特或24,200伏特或23,500伏特和500kVA至200kVA的典型功率的地下配电网上的干式配电变压器上使用所述抽头面板。
虽然已经描述了优选实施例，应该理解，本发明的范围包含其它可能变化，并仅由包括可能等同物的所附权利要求书的内容限制。

Claims (24)

1.一种干式配电变压器，至少包括：
壳体(1’)，所述壳体(1’)包括位于所述壳体(1’)内的至少一个线圈(200)；
密封室(100)，所述密封室(100)与所述变压器(1)的壳体相互连接，所述密封室(100)被提供有腔(101)；
与所述线圈(200)电连接的抽头面板(110)；
所述配电变压器的特征在于，所述抽头面板(110)位于所述腔(101)内，所述腔(101)填充有能移除的固态介电材料。
2.根据权利要求1所述的干式配电变压器，其特征在于，所述腔(101)由第一盖(120)保护。
3.根据权利要求2所述的干式配电变压器，其特征在于，所述腔(101)包括至少一个用于线匝的固定元件(111)、连接桥(112)、用于连接桥的固定元件(113)、固定板(102)和填充物(103)，所述用于连接桥的固定元件(113)能够将所述连接桥(112)与所述线匝的固定元件(111)相互连接，所述填充物(103)与所述固定板(102)操作地相互连接。
4.根据权利要求3所述的干式配电变压器，其特征在于，所述固定板(102)与所述密封室(100)的内部相互连接，所述固定板包括用于插入所述填充物(103)的凹槽(130)。
5.根据权利要求3或4所述的干式配电变压器，其特征在于，所述固定板(102)接地。
6.根据权利要求3或4所述的干式配电变压器，其特征在于，所述固定板(102)由金属材料组成。
7.根据权利要求3或4所述的干式配电变压器，其特征在于，所述第一盖(120)通过所述第一盖的固定元件(122)被紧固到所述固定板(102)。
8.根据权利要求2至4中任一项所述的干式配电变压器，其特征在于，所述第一盖(120)在所述第一盖(120)的外部具有一对填充通道(121)。
9.根据权利要求8所述的干式配电变压器，其特征在于，所述填充通道(121)通过连接器(123)与填充管道(125)相互连接并与排气管道(124)相互连接。
10.根据权利要求1至4和9中任一项所述的干式配电变压器，其特征在于，所述抽头面板(110)具有静电屏蔽(107)。
11.根据权利要求1所述的干式配电变压器，其特征在于，所述能移除的固态介电材料具有凝胶稠度。
12.根据权利要求3或4所述的干式配电变压器，其特征在于，所述填充物(103)为O形环。
13.根据权利要求3或4所述的干式配电变压器，其特征在于，所述填充物(103)由聚合物材料组成。
14.根据权利要求10所述的干式配电变压器，其特征在于，所述线圈(200)的静电屏蔽(107)与所述抽头面板(110)的静电屏蔽(107)电连接。
15.一种用于干式配电变压器的抽头面板的电绝缘方法，所述变压器具有密封室(100)，所述密封室(100)包括位于所述密封室(100)的内侧(106)的抽头面板(110)，所述密封室(100)被提供有第一盖(120)，所述第一盖(120)被提供有填充通道(121)，所述电绝缘方法的特征在于：
将填充管道(125)与所述第一盖(120)的下填充通道(121)相互连接；
将排气管道(124)与所述第一盖(120)的上填充通道(121)相互连接；
通过所述填充管道(125)对腔(101)填充以绝缘树脂，并且同时通过所述排气管道(124)施加真空；
将所述管道(124,125)拆开；
用第二盖(126)密封所述填充通道(121)；
等待所述绝缘树脂的硬化时间。
16.根据权利要求15所述的用于干式配电变压器的抽头面板的电绝缘方法，其特征在于，当所述树脂从所述排气管道(124)出来时，所述密封室被完全填充所述绝缘树脂。
17.根据权利要求15或16所述的用于干式配电变压器的抽头面板的电绝缘方法，其特征在于，所述绝缘树脂的所述硬化时间使得所述绝缘树脂将达到凝胶稠度。
18.一种用于干式配电变压器(1)的抽头面板(110)，所述变压器包括至少一个高压绕组抽头并且其特征在于包括密封室(100)，所述密封室(100)与所述变压器(1)的壳体相互连接，所述密封室(100)被提供有腔(101)，抽头面板(110)被置于所述腔(101)内，所述变压器(1)进一步包括被配置为防止水进入所述室(100)中的填充物(103)和电连接到第一盖(120)的接地(115)的电屏蔽(107)，所述第一盖(120)同样地接地(115)，所述密封室(100)被填充有能移除的固态介电材料。
19.根据权利要求18所述的抽头面板(110)，其特征在于，所述第一盖(120)被提供以具有能移除的第二盖(126)的连接器(123)，所述连接器(123)被配置成与用于填充绝缘树脂的管道(124,125)相互连接，绝缘树脂在硬化后将形成能移除的固态电介质。
20.根据权利要求19所述的抽头面板(110)，其特征在于，所述连接器(123)使得能够将所述绝缘树脂施加到所述抽头面板(110)的所述腔(101)中。
21.根据权利要求20所述的抽头面板(110)，其特征在于，所述绝缘树脂在真空条件下被施加到所述抽头面板(110)。
22.根据权利要求20所述的抽头面板(110)，其特征在于，所述绝缘树脂通过重力被施加到所述抽头面板(110)。
23.根据权利要求18至22中任一项所述的抽头面板(110)，其特征在于，能通电的所述抽头面板(110)被接地(115)的第一盖(120)和接地(115)的静电屏蔽(107)围绕。
24.根据权利要求19至22中任一项所述的抽头面板(110)，其特征在于，所述室(100)和所述连接器(123)被密封。
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