CN103125003A - 变压器线圈 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种变压器线圈（10、40、60、80），其具有至少两个中空的圆柱形的、彼此相嵌的并且围绕共同的线圈轴（18、50、62、82）延伸的、电气串联（24）的多层线圈模块（12、14、42、44、46、48、64、66），还具有至少一个冷却通道（16、52、68、90），其沿着同一个线圈轴（18、50、62、82）延伸、为中空的圆柱形且位于线圈模块（12、14、42、44、46、48、64、66）之间。在至少一个冷却通道（16、52、68、90）内，沿其径向外围至少部份地设置在几乎整个轴向长度上延伸的、扁平的电气屏蔽件（20、22、54、56、58、72、74、92、94），通过该屏蔽件来影响在电气串联的变压器线圈内的电容分配。

Description

变压器线圈

技术领域

本发明涉及一种变压器线圈，其具有至少两个中空的圆柱形的、彼此相嵌的并且围绕共同的线圈轴延伸的、电气串联的多层线圈模块，还具有至少一个冷却通道，其沿着同一个线圈轴延伸、为中空的圆柱形且位于线圈模块之间。

背景技术

已知功率变压器，例如额定功率为若干个MVA并且电压范围是5kV至30kV或者110kV，有些甚至达到170kV，也称干式变压器，其中在所述最后一个电压范围内的额定功率相当于50MVA或者也有可能更高。在变压器运行过程中在其电气线圈内产生释放到周围环境的热损失。因此出于冷却的目的，在这类干式变压器中至少设置一个沿着线圈的轴向延伸方向的冷却管道，优选借助线圈内部的自然的空气冷却以排出热能。为了加强冷却效果，特别将通常在径向上靠内的低电压线圈分成若干个径向上相隔一定间距的并且电气串联的中空的圆柱形的线圈部分，其中设置同样是中空的圆柱形的冷却通道。

然而不利的是，串联后的线圈的（杂散）电容不再大体上均匀地分配在各个线圈的拐点上，而是位于冷却通道的区域内的具有小电容的区域。特别是干式变压器，因为其中的冷却通道通常具有几个厘米的厚度，而以油填充的冷却通道的厚度在毫米范围内，因此线圈的电容变化相应较小。

特别是在线圈受到承载冲击电压的时候该现象特别明显，即在电压脉冲从外部加到线圈的连接端，例如上升时间在μs范围内。由于这类电压脉冲的高频部分，电压沿着线圈的各个拐点分配相应的电容。由于冷却通道的引入，电容此刻分配不均匀，所以存在的缺点就是导线的电压需求不一样，该导线通常设计为在其整个长度上具有同样的电压需求。

发明内容

基于现有技术，本发明的目的在于，提供一种在承载冲击电压下具有均匀的电压分配的变压器线圈。

该目的由开头所述类型的变压器线圈达到。其特征为，在至少一个冷却通道中，沿其径向外围至少部分地设置在几乎整个轴向长度上延伸的、扁平的电气屏蔽件，通过该屏蔽件来影响位于电气串联的变压器线圈内的电容分配。

本发明的基本思想在于，至少一个通常沿变压器线圈的整个轴向长度延伸的冷却通道的中空的圆柱形的内腔设置有相应的位于内部的导电的屏蔽件，由此而能够至少部分地复制未设置冷却通道的其他拐点的电容特性。

另一方面，这样设置各个屏蔽件，其不会对冷却管道的冷却效果起到负作用，或者在理想情况下能够强化冷却效果。这由各个屏蔽件的优选为扁平的，类似片状的设计达到，各个屏蔽件沿着冷却管道的轴向延伸安放。优选避免将屏蔽件的方向（即便是局部区域）横于电流方向穿过各个冷却通道，以避免对冷却效果产生负作用。例如在冷却通道内设置一块金属板，例如将其卷成圆柱形。这样虽然在屏蔽件的某些区域设置缺口以实现将两个径向上相邻的线圈模块隔开必要的间距，例如通过小木板或者小木块进行隔开。也可以考虑屏蔽件的类似圆柱壳体的分割。

在根据本发明的变压器线圈的优选的设计方案中，至少一个冷却通道具有径向内壁和径向外壁，内壁和外壁包围出一个通道空腔，其中在两个面对空腔的壁侧的至少一个设置电气屏蔽件。一方面通常在冷却通道的设计中，另一方面在其中没有额外的电气屏蔽件的时候设置这样的包围通道空腔的壁。由此以有利的、较简单的方式通过两个由绝缘材料制成的管状部件以额外的轴向间距构成这样的冷却通道。另一方面，在制造过程中顺利地将电气屏蔽件安放在两个面对空腔的壁侧的至少一个上。这里除了引入片状的屏蔽件也可以考虑在相应的壁侧涂上导电的涂层材料。

已经证明，屏蔽件的其它设置方式（例如在冷却通道的轴向中心）可以有利地产生实现尽可能均匀的电容分配。这种位于中心的屏蔽件还以有利的方式提高了与流经冷却通道的冷却介质空气的交互作用面，由此加强冷却效果。

在另一个本发明的变形中，至少一个电气屏蔽件与径向上相邻的线圈层电流导通地相连。根据线圈的其它设计方案，这构成了，在承载冲击电压的情况下，对势能分配的有利的影响，以及在电网频率稳态运行的情况下，对导线的电压需求的有利的影响。

当至少一个电气屏蔽件与线圈轴平行时，根据本发明证明，对于在每一个线圈层都具有拐点的带状线圈是有利的。这种情况下，沿着线圈的轴向长度的在每一个线圈层的势能分配为恒定的，因此在瞬时电压的需求情况下也可以选择，为预先势能分配而定位的电气屏蔽件的方向与线圈轴平行。此外这也证实能够作为影响流经冷却通道的冷却物质流的设置方式的变形。

根据本发明的另一个设计方案，变压器线圈在一个线圈层上具有若干个轴向上彼此相邻的拐点，至少一个电气屏蔽件与线圈轴即所需的电气势能分配呈倾斜的角度。因为在轴向上彼此相邻的线圈层中，沿着变压器线圈的径向延伸方向存在电压差，从而通过倾斜放置的屏蔽件能够计算出该电压差。但是该屏蔽件应该这样放置，尽可能小地影响流经冷却通道的空气流。

在特别优选的本发明的变形中，设置多个具有冷却通道和扁平的电气屏蔽件的、轴向上彼此相邻的线圈模块。通过这样的轴向组合明显简化了组合装配，特别是在具有10MVA的功率的较大的线圈中。但是通常这样设置冷却通道，其沿着所有轴向上相邻的线圈模块的共同的轴向延伸。

根据本发明的另一个变化，整个冷却通道在轴向相邻的线圈模块的整个轴向长度上延伸，其中设置至少一个沿着冷却通道的整个轴向长度的片状电气屏蔽件。由此进一步简化构造。

在特别优选的本发明的变形中，设置两个电流不导通的线圈用于不同的额定电压。在同一个线圈主体上有一个低电压线圈和一个高电压线圈，就属于这类情况。通常低电压线圈（例如额定电压10kV）在径向上靠内，而高电压线圈（例如额定电压30kV）位于径向上靠外。根据本发明，每个这种电流不导通的线圈都可以由具有安放于其间的冷却通道的线圈模块构成，冷却通道具有各自的电气屏蔽件。根据本发明的变压器线圈的优点也存在于具有变压器内核和至少一个，优选三个变压器线圈的变压器。因此实现在三阶能量供应网络中的应用。

其它有利的设计方案在从属权利要求中给出。

附图说明

借助在附图中示出的实施例详细阐明本发明，其多种设计方案以及优点。

其中示出：

图1：第一实施方式的变压器线圈的俯视图，

图2：第二实施方式的变压器线圈的截面图，

图3：第三实施方式的变压器线圈的部分截面图，以及

图4：第四实施方式的变压器线圈的部分截面图。

附图标记说明

10   第一实施方式的变压器线圈的俯视图

12   第一个线圈模块

14   第二个线圈模块

16   第一个冷却通道

18   线圈轴

20   第一个电气屏蔽件

22   第二个电气屏蔽件

24   电气串联线路

26   径向内壁

28   径向外壁

30   间距

40   第二实施方式的变压器线圈的截面图

42   第三个线圈模块

44   第四个线圈模块

46   第五个线圈模块

48   第六个线圈模块

50   线圈轴

52   第二个冷却通道

54   第三个电气屏蔽件

56   第四个电气屏蔽件

58   第五个电气屏蔽件

60   第三实施方式的变压器线圈的部分截面图

62   线圈轴

64   第七个线圈模块

66   第八个线圈模块

68   第三个冷却通道

70   第七个线圈模块的带状导线

72   第六个电气屏蔽件

74   第七个电气屏蔽件

76   电气屏蔽件的电流导通连接部件

80   第四实施方式的变压器线圈的部分截面图

82   线圈轴

84   第八个线圈模块的电气导线拐点

88   第九个线圈模块的电气导线拐点

90   第四个冷却通道

92   第八个电气屏蔽件

94   第九个电气屏蔽件

具体实施方式

图1示出了第一实施方式的变压器线圈的俯视图10。围绕着共同的线圈轴18设置中空的圆柱形的第一线圈模块12，其包含若干个互相缠绕的带状导线层。径向上靠外相邻的是径向内壁26和径向外壁28，二者通过间距木块30在径向上彼此相距一定间隔。在两个绝缘的壁26和28之间形成真正的冷却通道16，其在线圈作为三相变压器的组成部分运行的阶段通过由下向上流动的空气冷却。在冷却通道16中还有两个圆柱形的电气屏蔽件20、22，其通常由具有适当传导性的片状材料制成。为了能够将间距木块30引入壁26、28之间，电气屏蔽件20、22至少部分存在缺口。

径向靠外接着第二线圈模块14，其同样具有若干个电气导线的层，但是在图中没有示出。两个线圈部分的电气串联电路以电气串联部件24实现，例如铝型材或者径向上穿过冷却通道引出的导线部分。在运行阶段由线圈模块释放出的热能通过壁26、28传递到冷却通道16内，并且散发到电气屏蔽件20、22上。流经冷却通道16的空气流不会被电气屏蔽件20、22影响，甚至还能加强冷却效果。因为热能辐射也加热了两个电气屏蔽件20、22，从而形成更大的与冷却空气进行热能交换的交换面。当然也可以在径向靠外继续连接冷却通道和继续连接径向靠外的线圈模块。

图2示出了第二实施方式的变压器线圈的截面图40。围绕着共同的线圈轴50在径向上靠内设置第三线圈模块42和轴向上相邻的第四线圈模块44，例如具有多个由绝缘铜导线构成的线圈。径向靠外相邻的是冷却通道52，其沿轴向上彼此相邻的线圈模块42、44的整个轴向长度延伸。在冷却通道52里面，径向上靠内设置沿两个线圈模块42、44的轴向长度延伸的电气屏蔽件54，在冷却通道52里面，径向靠外设置两部分的屏蔽件56、58。两个屏蔽件56、58的轴向延伸长度对应于径向靠外的、临接在冷却通道52的旁边的、轴向上相邻的线圈模块46、48的轴向长度。根据串联线路的形式或者相应的边界条件，在第一屏蔽件部分56和第二屏蔽件部分58内将径向靠外的屏蔽件设置成两部分是有必要的。通常假设，所有径向上靠内的线圈模块42、44是串联的并且与径向靠外的线圈模块46、48共同形成串联电路。

图3示出了第三实施方式的变压器线圈的部分截面图60。围绕着共同的线圈轴62设置径向上靠内的、中空的圆柱形的第七线圈模块64，径向上靠外相邻的是中空的圆柱形的冷却通道68和中空的圆柱形的第八线圈模块68。两个线圈模块64、66设置成在每个线圈层都具有带状导线70的各自的拐点，并且具有若干个这样的线圈层。在冷却通道68里设置两个电气屏蔽件72、74，其平行于线圈轴62并且沿线圈模块64、66的几乎整个轴向长度延伸。由于希望在带状导线70内的、沿其轴向延伸方向的势能分配是恒定的，同样将电气屏蔽件72、74平行安放，其中两个电气屏蔽件72、74通过连接部件76与带状导线70的各个相邻的层电流导通地相连。由此包围冷却通道68的两个带状导线线圈之间的径向间隔减小，从而实现电容的增大。

图4示出了第四实施方式的变压器线圈的部分截面图80。此处围绕着共同的线圈轴82设置两个彼此相嵌的线圈模块，其中一个线圈层具有同一个环状导线的若干个彼此相邻的拐点84和88。径向上在线圈模块之间安放具有两个电气屏蔽件92、94的冷却通道90。由于每个线圈层具有多个线圈拐点，在承载冲击电压时不会出现沿着线圈模块的轴向延伸方向为恒定的势能分配。因此将两个电气屏蔽件92、94轻微弯曲，例如与线圈轴82之间的夹角为1°至10°，以保证尽可能均匀的电压分配。围绕共同的转动轴的线圈模块和冷却通道的设计不一定要是圆形，鉴于通常近似为圆形的变压器的内核铁芯，可以将线圈的形状进行匹配并且根据需求设计成近似为矩形。

Claims (9)

1.一种变压器线圈（10、40、60、80），所述线圈具有至少两个中空的圆柱形的、彼此相嵌的并且围绕共同的线圈轴（18、50、62、82）延伸的、电气串联（24）的多层线圈模块（12、14、42、44、46、48、64、66），还具有至少一个冷却通道（16、52、68、90），所述冷却通道沿着同一个所述线圈轴（18、50、62、82）延伸、为中空的圆柱形且位于所述线圈模块（12、14、42、44、46、48、64、66）之间，其特征在于，在所述至少一个冷却通道（16、52、68、90）内，沿其径向外围至少部份地设置在几乎整个轴向长度上延伸的、扁平的电气屏蔽件（20、22、54、56、58、72、74、92、94），通过所述屏蔽件来影响在电气串联的所述变压器线圈内的电容分配。

2.根据权利要求1所述的变压器线圈，其特征在于，所述冷却通道（16、52、68、90）具有径向上的内壁（26）和径向上的外壁（28），通过所述内壁和外壁形成通道空腔并且在面对所述空腔的两个壁侧的至少一个上安放所述电气屏蔽件（20、22、54、56、58、72、74、92、94）。

3.根据权利要求1或2所述的变压器线圈，其特征在于，所述至少一个电气屏蔽件（20、22、54、56、58、72、74、92、94）与径向上相邻的线圈层电流导通地相连（76）。

4.根据前述权利要求的任意一项所述的变压器线圈，其特征在于，所述变压器线圈设计为在每个线圈层上都具有一个拐点的带状导线线圈（70），并且所述至少一个电气屏蔽件（20、22、54、56、58、72、74、92、94）与所述线圈轴（18、50、62、82）平行。

5.根据权利要求1至3的任意一项所述的变压器线圈，其特征在于，所述线圈模块（12、14、42、44、46、48、64、66）设有在每个线圈层上的若干个轴向上相邻的拐点（84、88），并且所述至少一个电气屏蔽件（92、94）倾斜于所述线圈轴（18、50、62、82），即所需电气势能分配。

6.根据前述权利要求的任意一项所述的变压器线圈，其特征在于，若干个轴向上彼此相邻的所述线圈模块（12、14、42、44、46、48、64、66）设置有所述冷却通道（16、52、68、90）和所述扁平的电气屏蔽件（20、22、54、56、58、72、74、92、94）。

7.根据权利要求6所述的变压器线圈，其特征在于，至少一个所述共同的冷却通道（52）沿所述轴向上彼此相邻的线圈模块的整个轴向长度延伸，并且所述至少一个扁平的电气屏蔽件（54）沿所述冷却通道（52）的整个轴向长度延伸。

8.根据前述权利要求的任意一项所述的变压器线圈，其特征在于，两个电流不导通的所述线圈分别具有不同的额定电压。

9.一种变压器，包含变压器内核和至少一个根据权利要求8所述的变压器线圈。

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