CN103177853A - 电力机车用环氧树脂浇注干式变压器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电力机车用变压器，包括铁心，所述铁心主要由多个横向排列的铁心柱连接构成，每一所述铁心柱由内向外依次设置二次线圈和一次线圈，且所述二次线圈和一次线圈之间构成风道；每一所述铁心柱、二次线圈和一次线圈的横截面均呈矩形状，每一所述风道包括横向风道以及与所述横向风道连通的纵向风道，所述二次线圈和一次线圈之间的横向距离构成所述横向风道的宽度，所述二次线圈和一次线圈之间的纵向距离构成所述纵向风道的宽度，且所述纵向风道的宽度大于所述横向风道的宽度。本发明变压器的尺寸减少，重量减轻，同时满足阻抗要求，可以起到很好的防水效果，完全可以应对电力机车用变压器在运行中遇到的各种特殊运行环境。

Description

电力机车用环氧树脂浇注干式变压器

技术领域

本发明涉及一种变压器，特别涉及一种电力机车用环氧树脂浇注干式变压器。

背景技术

变压器（Transformer）是利用电磁感应的原理来改变交流电压的装置，主要构件是初级线圈、次级线圈和铁心（磁芯）。主要功能有：电压变换、电流变换、阻抗变换、隔离、稳压（磁饱和变压器）等。按负载类型可以分为：配电变压器、电力变压器等；按冷却方式分为：干式变压器、油浸式变压器等；按结构形式分为: 单相变压器、三相变压器等。其中干式变压器是依靠空气对流进行冷却，简单的说干式变压器就是指铁心和绕组不浸渍在绝缘油中的变压器，一般用于局部照明、电子线路、机械设备等。在电力系统中，一般汽机变压器、锅炉变压器、除灰变压器、除尘变压器、脱硫变压器等都是干式变压器，变比为6000V/400V和10KV/400V，用于带额定电压380V的负载。随着工业、农业和交通运输等行业的发展，干式变压器的应用也愈来愈广泛。

目前，电力机车用变压器的要求比较高，一是要求变压器的短路阻抗比较大，均远大于相同类型变压器的短路阻抗值，因为使用高漏抗变压器的电感值，在整个电力机车的供电系统中起到滤波作用，从而可取消原先使用的供电系统中的电抗器设备；二是要求变压器的尺寸比较小，重量轻，长宽高尺寸都有严格限制；三是要求变压器的防水性能好。

现有各种类型的干式变压器均很难同时满足上述三个要求。目前，电力机车用变压器应用比较多的结构是带漏抗辅助铁心的双铁心变压器，线圈采用Nomex纸包敞开式线圈，该变压器的优点是短路阻抗大小可以通过调整辅助铁心的空气间隙大小来调整变压器的短路阻抗大小，以满足电力机车用变压器的上述要求一。但是，由于双铁心变压器使用双铁心结构，从而增大了变压器的尺寸与重量，同时防水性能比较差，即无法满足上述要求二和三。随着机车的运行速度原来越高，还有各种苛刻的运行环境，现有的变压器已很难满足机车用变压器这些特殊技术要求。

另外，中国专利申请CN101599352A公开了一种干式变压器或电抗器绕组防水处理方法，其通过二次浸漆取得了一定的防水效果，但其防水效果仍达不到现有电力机车用干式变压器的要求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种电力机车用变压器，该变压器可以满足高短路阻抗的要求，短路阻抗可以是10%~25%之间的任意值，同时尺寸小、重量轻，更重要的是防水性能好，完全可以应对电力机车用变压器在运行中遇到的各种特殊运行环境。

本发明的目的是通过以下技术方案来达到的：包括铁心，所述铁心主要由多个横向排列的铁心柱连接构成，每一所述铁心柱由内向外依次设置二次线圈和一次线圈，且所述二次线圈和一次线圈之间构成风道；每一所述铁心柱、二次线圈和一次线圈的横截面均呈矩形状，每一所述风道包括横向风道以及与所述横向风道连通的纵向风道，所述二次线圈和一次线圈之间的纵向距离构成所述纵向风道的宽度，所述二次线圈和一次线圈之间的横向距离构成所述横向风道的宽度，且所述纵向风道的宽度大于所述横向风道的宽度。由于一次线圈和二次线圈之间的空隙为主风道，将一次线圈和二次线圈之间的主风道的纵向风道的宽度拉大，横向风道的宽度不变或变小，这种设计结构可以将变压器的体积显著减小，重量减轻，同时又可以满足高阻抗的要求。

如上所述的电力机车用变压器，通过控制一次线圈和二次线圈之间的风道宽度，包括横向风道的宽度和纵向风道的宽度，则可以有效调整干式变压器的短路阻抗，其短路阻抗值为10%-25%之间的任意值。

优选的，所述二次线圈和一次线圈之间通过气道筋连接，且所述二次线圈和一次线圈设有一体成型的环氧树脂封装层。

优选的，所述二次线圈和一次线圈还包括用于涂敷所述环氧树脂封装层的绝缘防水层。

优选的，所述环氧树脂封装层通过将所述二次线圈和一次线圈置于低粘度树脂中浇注而成。

优选的，所述绝缘防水层通过将带所述环氧树脂封装层的二次线圈和一次线圈置于不饱和聚酯绝缘浸渍漆中浸渍而成。

本发明上述所述电力机车用变压器，对连接后的一次线圈、二次线圈采用整体浇注方式，即一次线圈和二次线圈绕制完成后，将一次线圈和二次线圈置于环氧树脂内进行整体浇注，从而形成一体成型的环氧树脂封装层，这种结构对可以增强线圈的防水效果。

本发明上述所述电力机车用变压器，对连接后的一次线圈、二次线圈采用二次密封法，使整个线圈表面形成一层致密的防水漆膜（形成所述环氧树脂封装层和绝缘防水层），这种结构能够更大程度增强线圈的防水效果，该方法包括如下步骤：

1）线圈树脂浇注：使用低粘度树脂浇注已绕制完成的线圈形成密封腔体骨架；浇注过程中应保证线圈内部导体部分充分浸润、渗透。

2）浇注固化：将浇注完成的密封腔体骨架升温至70-90℃，维持3-8h后升温至95～115℃，维持1-2h后升温至120～130℃，维持1-2h后浇注固化完成；

3）线圈真空浸漆：将经步骤2）浇注固化的密封腔体骨架置于不饱和聚酯绝缘浸渍漆中连续真空浸渍；

4）浸渍固化：将经步骤3）真空浸漆过的密封腔体骨架升温至70～90℃，维持1-3h后升温至130～145℃，维持1-3h后即可得到整体浇注后的线圈。

为了获得更好的线圈防水效果，发明人还对用于线圈浇注的树脂配方以及浸漆配方进行了筛选。用于线圈浇注的低粘度树脂配方为：

   酚醛树脂               50～43wt%；

甲基四氢邻苯二甲酸酐              43～42wt%；

  聚丙二醇               3～4wt%；

N, N-苄基二甲胺                3～6wt%；

无机颜料                 1～5wt%。

进一步优选为：

 酚醛树脂               46wt%；

甲基四氢邻苯二甲酸酐              42wt%；

聚丙二醇               4wt%；

N, N-苄基二甲胺                5wt%；

无机颜料                 3wt%。

用于步骤3）的线圈真空浸漆配方：

聚对苯二甲酸乙二酯                95～92%；

 溶剂                 5～8%。

本发明所述电力机车用变压器，与现有技术相比具有如下技术优势：

1)      本发明所述电力机车用变压器（环氧树脂浇注干式变压器）结构设计合理，既可实现变压器高短路阻抗的要求，又可以将变压器体积减小、重量减轻。

2)      本发明通过采用环氧树脂二次密封的方式对线圈进行整体浇注，防水性能非常优异，完全可以满足电力机车苛刻的使用环境要求，减少电力机车的故障发生率。

3)      本发明所述电力机车用变压器的浇注工艺科学合理，且简单实用，所使用的树脂配方密封效果优异，用于干式变压器浇注时可以取得很好的防水效果。

附图说明

附图1是本发明电力机车用变压器的结构示意图。

附图2 是本发明电力机车用变压器的剖面示意图。

具体实施方式

    下面结合附图对本发明作进一步说明。

图中：变压器铁心 1  二次线圈   2

一次线圈   3    铁心柱    11  

散热风道   4    横向风道  41

纵向风道  42    上夹件    51

下夹件    52    气道筋    61

实施例1 本发明电力机车用变压器

如图1所示，一种电力机车用变压器包括铁心1，所述铁心1包括三个横向平行排列的铁心柱11，并通过上轭和和下轭将三个铁心柱11连接在一起，组成一个放倒的“日”字形结构。每一所述铁心柱11由内向外依次设置二次线圈2和一次线圈3，及所述铁心柱11在内，二次线圈2设在中间以环绕所述铁心柱11，一次线圈3设在外面以环绕所述铁心柱11和二次线圈2。每一个所述二次线圈2和环绕该二次线圈2的一次线圈之间构成散热风道4。另外，铁心1通过上夹件51和下夹件52固定在支架。

如图2所示，每一所述铁心柱11、二次线圈2和一次线圈3的横截面均呈矩形状。每一所述散热风道4包括横向风道41以及与所述横向风道41连通的纵向风道42，其中，所述二次线圈2和一次线圈3之间的纵向距离H构成所述纵向风道42的宽度，所述二次线圈2和一次线圈3之间的横向距离L构成所述横向风道41的宽度，且所述纵向风道41的宽度大于所述横向风道41的宽度。

另外，每一所述二次线圈2和一次线圈3之间通过气道筋61连接，且所述二次线圈2和一次线圈3设有一体成型的环氧树脂封装层，还包括用于涂敷所述环氧树脂封装层的绝缘防水层。其中，所述环氧树脂封装层通过将所述二次线圈2和一次线圈3置于低粘度树脂中浇注而成。所述绝缘防水层通过将带所述环氧树脂封装层的二次线圈2和一次线圈3置于不饱和聚酯绝缘浸渍漆中浸渍而成。这样，所述二次线圈2和一次线圈3之间的散热可以通过所述散热风道4来散热，也可以先将热量传到氧树脂封装层，然后通过氧树脂封装层散热。

本发明实施例的电力机车用变压器，通过将所述二次线圈2和一次线圈3之间构成的横向风道的宽度L减少，从而减少整个变压器的横向长度，从而减少整个变压器的尺寸，以减轻重量。相应的，将所述二次线圈2和一次线圈3之间构成的纵向风道的宽度H增大，以弥补由于横向风道的宽度L减少而带来的阻抗值下降，从而达到变压器高短路阻抗的要求。这种结构的优点是将变压器的线圈特别是横向尺寸减少，从而在保证短路阻抗满足要求的前提下减少了整个变压器单元的尺寸，减少了其重量。通过控制一次线圈和二次线圈之间的风道宽度，包括横向风道的宽度和纵向风道的宽度（只要保证横向风道的宽度大于纵向风道的宽度），则可以有效调整干式变压器的短路阻抗，其短路阻抗值为10%-25%之间的任意值。

具体的，在本实施例中，所述二次线圈2与一次线圈3绕制完成后（通过气道筋连接固定）采用二次密封法，使整个线圈表面形成一层致密的防水漆膜（形成所述环氧树脂封装层和绝缘防水层），该方法包括如下步骤：

第一次密封：

1）线圈树脂浇注：使用低粘度树脂浇注已绕制完成的二次线圈2与一次线圈3形成密封腔体骨架；环氧树脂连续真空浇注，用低粘度树脂充分渗透、浸润线圈内部导体部分，使其形成完整的密封腔体骨架。浇注过程中应保证线圈内部导体部分充分浸润、渗透。

2）浇注固化：将浇注完成的密封腔体骨架升温至70-90℃，维持3-8h后升温至95～115℃，维持1-2h后升温至120～130℃，维持1-2h后浇注固化完成，以形成所述环氧树脂封装层；

     第二次密封：

3）线圈真空浸漆：将经步骤2）浇注固化的密封腔体骨架置于不饱和聚酯绝缘浸渍漆中连续真空浸渍；

4）浸渍固化：将经步骤3）真空浸漆过的密封腔体骨架升温至70～90℃，维持1-3h后升温至130～145℃，维持1-3h后即形成所述绝缘防水层，从而得到整体浇注后的线圈。将环氧树脂浇注固化的线圈，浸入环保型无溶剂不饱和聚酯绝缘浸渍漆中连续真空浸渍，浸渍漆固化过程中，不饱和聚酯绝缘漆中的非芳烃的不饱和键在固化过程中形成交联形成网状结构的热固性防水漆膜，使整个线圈表面形成一层致密的防水层。

上述所述浇注方法中，步骤1）中低粘度树脂配方为：

酚醛树脂               46wt%；

甲基四氢邻苯二甲酸酐              42wt%；

聚丙二醇               4wt%；

N, N-苄基二甲胺                5wt%；

无机颜料                 3wt%。

步骤2）中不饱和聚酯绝缘浸渍漆配方为：

聚对苯二甲酸乙二酯：95%；

溶剂：5%。

实施例 2本发明电力机车用变压器

   本发明电力机车用变压器结构及线圈固化工艺与实施例1相同，区别仅在于所述浇注方法中，步骤1）中低粘度树脂配方为：

酚醛树脂               45wt%；

甲基四氢邻苯二甲酸酐              43wt%；

聚丙二醇               4wt%；

N, N-苄基二甲胺                4wt%；

无机颜料                 4wt%。

步骤2）中不饱和聚酯绝缘浸渍漆配方为：

聚对苯二甲酸乙二酯：94%；

溶剂：6%。

实施例 3本发明电力机车用变压器

   本发明电力机车用变压器结构及线圈固化工艺与实施例1相同，区别仅在于所述浇注方法中，步骤1）中低粘度树脂配方为：

酚醛树脂               44wt%；

甲基四氢邻苯二甲酸酐              42wt%；

聚丙二醇               3wt%；

N, N-苄基二甲胺                6wt%；

无机颜料                 5wt%。

步骤2）中不饱和聚酯绝缘浸渍漆配方为：

聚对苯二甲酸乙二酯：92%；

溶剂：8%。

实施例 4本发明电力机车用变压器

   本发明电力机车用变压器结构及线圈固化工艺与实施例1相同，区别仅在于所述浇注方法中，步骤1）中低粘度树脂配方为：

酚醛树脂               45wt%；

甲基四氢邻苯二甲酸酐              42wt%；

聚丙二醇               4wt%；

N, N-苄基二甲胺                6wt%；

无机颜料                 3wt%。

步骤2）中不饱和聚酯绝缘浸渍漆配方为：

聚对苯二甲酸乙二酯：95%；

溶剂：5%。

实施例5 本发明电力机车用变压器

   本发明电力机车用变压器结构及线圈固化工艺与实施例1相同，区别仅在于所述浇注方法中，步骤1）中低粘度树脂配方为：

酚醛树脂               45wt%；

甲基四氢邻苯二甲酸酐              43wt%；

聚丙二醇               3wt%；

N, N-苄基二甲胺                6wt%；

无机颜料                 3wt%。

步骤2）中不饱和聚酯绝缘浸渍漆配方为：

聚对苯二甲酸乙二酯：93%；

溶剂：7%。

参比实施例（CN101599352A的实施例2）

用绕组用玻璃丝带轴向半叠包覆1层，再辐向半叠包覆两层，再将绕组上下端部用909环氧树脂均匀涂覆一层，控制环氧树脂涂覆层厚度为1mm，然后根据909环氧树脂的技术要求烘干，待绕组温度降低至室温后，浸入116F环氧类绝缘漆中3分钟，取出滴漆后根据该型号116F环氧类绝缘漆的技术要求烘干，待烧组温度降低至室温后，再浸入116F环氧类绝缘漆中10min，取出滴漆后根据该型号116F环氧类绝缘漆的技术要求烘干即可。

实施例6 本发明电力机车用变压器防水性能测试

对上述实施例1-5及参比实施例的干式变压器进行防水测试，将变压器泡在水里24小时后提出水面进行绝缘电阻测量，测量结果如表1所示。

某电力机车用变压器，要求将变压器泡在水里24小时后，提出水面后进行绝缘电阻测量，铁心对地绝缘电阻要求≥2MΩ，一次线圈对地绝缘电阻、二次线圈对地绝缘电阻、一次线圈对二次线圈绝缘电阻要求均≥10MΩ。

表1本发明电力机车用变压器防水性能测试

由表1可以看出，与参比实施实施例相比,本发明实施例的防水性能均远优于参比实施例.采用本发明实施例1-5防水工艺和树脂配方生产的干式变压器的铁心对地绝缘电阻均远大于要求值2MΩ，一次线圈对地绝缘电阻、二次线圈对地绝缘电阻、一次线圈对二次线圈绝缘电阻均远大于要求值10MΩ。其在上述指标方面与参比实施例所生产的干式变压器具有显著性或极显著性的差异，其中采用实施例防水工艺和树脂配方的干式变压器的防水效果最好，为本发明的最优实施例。

以上实施例仅为本发明实施方式的一种，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的若干变形和改进，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均属于本发明专利保护范围内。

Claims (11)

1.一种电力机车用变压器，包括铁心，所述铁心主要由多个横向排列的铁心柱连接构成，每一所述铁心柱由内向外依次设置二次线圈和一次线圈，且所述二次线圈和一次线圈之间构成风道；其特征在于，每一所述铁心柱、二次线圈和一次线圈的横截面均呈矩形状，每一所述风道包括横向风道以及与所述横向风道连通的纵向风道，所述二次线圈和一次线圈之间的横向距离构成所述横向风道的宽度，所述二次线圈和一次线圈之间的纵向距离构成所述纵向风道的宽度，且所述纵向风道的宽度大于所述横向风道的宽度。

2.根据权利要求1所述的电力机车用变压器，其特征在于，所述二次线圈和一次线圈之间通过气道筋连接，且所述二次线圈和一次线圈设有一体成型的环氧树脂封装层。

3.根据权利要求2所述的电力机车用变压器，其特征在于，所述二次线圈和一次线圈还包括用于涂敷所述环氧树脂封装层的绝缘防水层。

4.根据权利要求2所述的电力机车用变压器，其特征在于，所述环氧树脂封装层通过将所述二次线圈和一次线圈置于低粘度树脂中浇注而成。

5.根据权利要求3所述的电力机车用变压器，其特征在于，所述绝缘防水层通过将带所述环氧树脂封装层的二次线圈和一次线圈置于不饱和聚酯绝缘浸渍漆中浸渍而成。

6.根据权利要求4所述的电力机车用变压器，其特征在于，所述低粘度树脂配方为：

    酚醛树脂              50～43wt%；

甲基四氢邻苯二甲酸酐              43～42wt%；

  聚丙二醇               3～4wt%；

N, N-苄基二甲胺                3～6wt%；

无机颜料                 1～5wt%。

7.根据权利要求6所述的电力机车用变压器，其特征在于，所述低粘度树脂配方为：

酚醛树脂                 46wt%；

甲基四氢邻苯二甲酸酐               42wt%；

聚丙二醇               4wt%；

N, N-苄基二甲胺                5wt%；

无机颜料                 3wt%。

8.根据权利要求5所述的电力机车用变压器，其特征在于，所述不饱和聚酯绝缘浸渍漆配方为：

聚对苯二甲酸乙二酯        95～92%；

           溶剂          5～8%。

9.根据权利要求3所述的电力机车用变压器，其特征在于，所述干式变压器通过二次密封法形成所述环氧树脂封装层和绝缘防水层，包括步骤：

线圈树脂浇注：使用低粘度树脂浇注已绕制完成的线圈形成密封腔体骨架；

浇注固化：将浇注完成的密封腔体骨架升温至70-90℃，维持3-8h后升温至95～115℃，维持1-2h后升温至120～130℃，维持1-2h后浇注固化形成所述环氧树脂封装层；

线圈真空浸漆：将经步骤2）浇注固化的密封腔体骨架置于不饱和聚酯绝缘浸渍漆中连续真空浸渍；

浸渍固化：将经步骤3）真空浸漆过的密封腔体骨架升温至70～90℃，维持1-3h后升温至130～145℃，维持1-3h后即形成所述绝缘防水层，从而可得到整体浇注后的线圈。

10.根据权利要求3所述的电力机车用变压器，其特征在于，构成所述铁心的铁心柱为三个。

11. 权利要求1-10中任一项所述干式变压器在电力机车中的应用。

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