CN103236339A - 一种高阻抗壳式变压器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高阻抗壳式变压器，该壳式变压器为单相变压器时，在该单相变压器的铁心的心柱和铁轭之间的漏磁空道内设置有至少一个漏磁空道间隙铁心；该壳式变压器为多相变压器时，在所述多相变压器中每相的铁心的心柱和铁轭之间的漏磁空道内设置有至少一个漏磁空道间隙铁心。漏磁空道间隙铁心由至少一块导磁材料和至少一个间隙垫板组成，所述导磁材料与间隙垫板交替排列，所述间隙垫板位于导磁材料之间，或者导磁材料与心柱之间，或者导磁材料和铁轭之间。该变压器通过在壳式变压器漏磁空道内加装导磁材料和间隙垫板组成的漏磁空道间隙铁心，实现以极小的材料增加达到有效提高变压器阻抗的目的。

Description

一种高阻抗壳式变压器

技术领域

本发明属于变压器技术领域，具体涉及一种高阻抗壳式变压器。

背景技术

随着我国电力工业的发展，产品可靠性越来越重要。高阻抗变压器由于能够有效的降低系统短路电流，提高短路能力等诸多优点被普遍采用。静止无功补偿及滤波装置采用一种晶闸管控制高阻抗变压器，该变压器阻抗更是高达33%～100%。

目前，高阻抗变压器用于实现高阻抗的常用方法为：a、增加匝数；b、增加漏磁面积（主要是增加主漏磁空道宽度）；c、增加绕组幅向尺寸，降低电抗高度等。这些方式常常通过大量增加材料的用量来实现，使得提高阻抗的代价大幅度提高。因此，研究一种在耗费极少材料的情况下能够有效提高阻抗的壳式变压器，是十分有现实意义的。

发明内容

针对现有技术所存在的上述不足，本发明的目的在于，提供一种高阻抗壳式变压器，该变压器通过在壳式变压器漏磁空道内加装导磁材料和间隙垫板组成的漏磁空道间隙铁心，实现以极小的材料增加达到有效提高变压器阻抗的目的。

为了实现上述目的，本发明采用如下的技术解决方案：

一种高阻抗壳式变压器，该壳式变压器为单相变压器时，在该单相变压器的铁心的心柱和铁轭之间的漏磁空道内设置有至少一个漏磁空道间隙铁心；该壳式变压器为多相变压器时，在所述多相变压器中每相的铁心的心柱和铁轭之间的漏磁空道内设置有至少一个漏磁空道间隙铁心。

进一步的，所述漏磁空道间隙铁心由至少一块导磁材料和至少一个间隙垫板组成，所述导磁材料与间隙垫板交替排列，所述间隙垫板位于导磁材料之间，或者导磁材料与心柱之间，或者导磁材料和铁轭之间。

进一步的，所述的漏磁空道是指主漏磁空道或者次漏磁空道。

进一步的，所述铁心包括心柱和铁轭；在心柱上绕有第一绕组和第二绕组；在第一绕组、第二绕组、心柱和铁轭四者之间的主漏磁空道被围成两个矩形空间；在该两个矩形空间内分别设置有一个漏磁空道间隙铁心。

进一步的，所述第一绕组和第二绕组均为矩形的饼式绕组。

一种提高壳式变压器阻抗的方法，所述壳式变压器为单相变压器时，在该单相变压器的铁心的心柱和铁轭之间的漏磁空道内设置至少一个漏磁空道间隙铁心；该壳式变压器为多相变压器时，在所述多相变压器中每相的铁心的心柱和铁轭之间的漏磁空道内设置至少一个漏磁空道间隙铁心。

相比于其他提高变压器阻抗的技术，本发明的优点如下：

在漏磁空道内加装漏磁空道间隙铁心，在磁势不变的情况下，漏磁通能够得到显著提高，对设计制造高阻抗变压器非常有效。

由于漏磁通大部分都进入了低损耗的导磁材料，也将会大大减少变压器的杂散损耗，同时减少了为解决漏磁造成的不利影响的付出。

本发明应用于壳式变压器，由于壳式变压器铁心的心柱和铁轭之间的漏磁空道为矩形，使得加装漏磁空道间隙铁心成为可能，且简单易行。本发明广泛适用于提高单相、两相、三相等各种壳式变压器的阻抗。

附图说明

图1是普通壳式变压器单相（或多相变压器的一相）的铁心的结构示意图。

图2是漏磁空道间隙铁心的一个实施例的结构示意图。

图3是在图1所示的铁心的漏磁空道加装了图2所示的漏磁空道间隙铁心的示意图。

图4是漏磁空道间隙铁心的一个实施例的结构示意图。

图5是在图1所示的铁心的漏磁空道内加装了图4所示的漏磁空道间隙铁心的示意图。

图6是本发明的高阻抗壳式壳式变压器的一个实施例的结构示意图。

图7是图6的正面示意图。

图8是在图1所示的铁心的漏磁空道内加装了一种漏磁空道间隙铁心的结构示意图。

图9是在图1所示的铁心的漏磁空道内加装了一种漏磁空道间隙铁心的结构示意图。

图10是在图1所示的铁心的漏磁空道内加装了一种漏磁空道间隙铁心的结构示意图。

图中各标号含义：1、心柱，2、铁轭，3、导磁材料，4、间隙垫板，5、铁心，6、第一绕组，7、第二绕组，8、变压器主磁通磁力线，9、变压器漏磁通磁力线，10、省略符号。

下面结合附图和具体实施方式对本发明进一步详细说明。

具体实施方式

发明人通过理论分析和大量试验发现，在壳式变压器的漏磁空道内加装由导磁材料和间隙垫板组成的漏磁空道间隙铁心后，漏磁通一部分仍通过绝缘介质（空气、油等）形成闭路；一部分从漏磁空道间隙铁心穿过进入心柱1和铁轭2形成闭路，其磁力线如图6中变压器漏磁通磁力线9所示。变压器阻抗正比于漏磁通的大小，磁通正比于磁导。导磁材料3的磁导率远远大于绝缘介质的磁导率，因此，在壳式变压器的漏磁空道内加装漏磁空道间隙铁心后，在磁势不变的情况下，漏磁通（本发明将形成阻抗的磁通统称为漏磁通）能够得到显著提高，从而变压器阻抗能够得到显著提高，同时，变压器主磁通（本发明中，主磁通是指在绕组间交换能量的磁通）仍然以铁心5为磁路，其磁力线如图6中变压器主磁通磁力线8。

本发明的高阻抗壳式变压器，是多相变压器或者单相变压器；如图3、图5所示，该变压器为单相变压器时，在该单相变压器的铁心5的心柱1和铁轭2之间的漏磁空道内设置有至少一个漏磁空道间隙铁心；该壳式变压器为多相变压器时，在所述多相变压器中每相的铁心5的心柱1和铁轭2之间的漏磁空道内设置有至少一个漏磁空道间隙铁心。

所述漏磁空道间隙铁心由至少一块导磁材料3和至少一个间隙垫板4组成，所述导磁材料3与间隙垫板4交替排列，所述间隙垫板4固定在导磁材料3之间，或者导磁材料与心柱1之间，或者导磁材料3和铁轭2之间。

所述的漏磁空道是指主漏磁空道或者次漏磁空道。本发明中，漏磁空道是指绕组之间的空间。在一个漏磁组中，漏磁密度最大的漏磁空道叫做主漏磁空道，其余的漏磁空道叫做次漏磁空道。

图2示出了一种漏磁空道间隙铁心的结构，该漏磁空道间隙铁心包括交替排列的两块导磁材料3和三块间隙垫板4。导磁材料3采用硅钢片叠积粘接而成；所述间隙垫板4的材质采用绝缘材料，一般为绝缘纸板、环氧玻璃布板或石板。导磁材料3的尺寸数量以及间隙垫板4的厚度和数量遵从电抗器的设计原则。

如图3、图6和图7所示，是在图1所示的铁心的漏磁空道中加装了图2所示的漏磁空道间隙铁心后的结构；该结构包括了普通的壳式变压器铁心5（参见图1）的结构要素，如心柱1、铁轭2，并设置了漏磁空道间隙铁心。具体结构描述如下：所述铁心5包括心柱1和铁轭2；在心柱1上绕有第一绕组6和第二绕组7；第一绕组6和第二绕组7均为矩形的饼式绕组；第一绕组6、第二绕组7、心柱1和铁轭2四者之间的主漏磁空道被围成两个矩形空间。遵循本发明的方案，在该两个矩形空间内分别设置有一个漏磁空道间隙铁心。

如图4所示的一种漏磁空道间隙铁心，包括两块并行排列的导磁材料3和一块间隙垫板4，该间隙垫板4固定在两块导磁材料3之间。如图5所示，将这种漏磁空道间隙铁心设置在图1所示的铁心中。

如图8所示，在图1所示的铁心中设置的一种漏磁空道间隙铁心，包括交替排列的两块间隙垫板4和一块导磁材料3。

如图9所示，在图1所示的铁心中设置的一种漏磁空道间隙铁心，包括交替排列的两块间隙垫板和两块导磁材料。

如图10所示，在图1所示的铁心中设置的漏磁空道间隙铁心包括交替排列的两块导磁材料3和三块间隙垫板4。

漏磁空道间隙铁心中磁通的分析计算与电抗器相仿。由于导磁材料3（如硅钢片）的磁阻远远小于间隙材料的磁阻，所以漏磁空道间隙铁心的磁导主要是间隙垫板4的磁导。

以下以漏磁组的主漏磁空道内加装漏磁空道间隙铁心为例分析第一绕组6。所述漏磁组是磁势相互平衡的两部分绕组产生的漏磁场，本发明中，这两部分绕组分别叫做第一绕组6和第二绕组7。第一绕组6各参数：第一绕组6的匝数W₁；从第一绕组6两端看进去该漏磁组感抗为X₁，电感为L₁，其中由漏磁空道间隙铁心的漏磁通产生的电感L_M1，流过其它部位的漏磁通产生的电感L_δ1；第一绕组6两端电压U₁；电压频率f；流过第一绕组6的电流I₁。

本实施例中，流过主漏磁空道间隙铁心的漏磁通与该漏磁组的全部线匝交链，该漏磁通根据磁势I₁W₁计算。并有以下关系式：

L₁=L_M1+L_δ1。

X₁=2πfL₁

漏磁组短路阻抗 $u_Z\%=\frac{I_1{X}_1}{U_1}$ $=\frac{{2\mathrm{\πfIL}}_{M1}}{U_1}+\frac{{2\mathrm{\πfIL}}_{\mathrm{\δ}1}}{U_1}$ $={u_Z}^{\′}\%+{u_Z}^{\′\′}\%$

漏磁组短路阻抗分为两部分u_Z'%和u_Z''%，第一部分u_Z'%中的L_M1按铁心电抗器计算，第二部分u_Z''%按变压器计算。

第二绕组7的分析过程与第一绕组6相同。

壳式变压器（包括高阻抗壳式变压器）一个相的绕组中不同电压的绕组交错排列，形成一个或多个漏磁组。在推导计算变压器阻抗时，通常是针对各漏磁组分别进行，然后再把各漏磁组的阻抗加和。本发明对单个漏磁组的论述适用于多漏磁组。

由于实现高阻抗所必需的漏磁通大部已经通过损耗较小的导磁材料闭合，磁力线如图5中的变压器漏磁通磁力线9所示，在变压器其它金属，特别是钢铁类导磁金属中产生的损耗将大为减少，从而能够减轻降低这类损耗和危害的难度。

表1为本发明的高阻抗壳式变压器的一个实施例的具体设计参数和测试结果表。该高阻抗壳式变压器为三相变压器，其每相的主漏磁空道内均设置有漏磁空道间隙铁心；每个漏磁空道间隙铁心由75mm×60mm的硅钢片叠积成5个高度为425mm的导磁材料，以及6块425mm×75mm×5mm的环氧玻璃布板制作的间隙垫板交替排列粘接而成。经试验测得，该高阻抗壳式变压器阻抗为84.5%；

表1

项目	设计值	允许偏差(%)	试验值	试验值与设计值的偏差(%)
					负载损耗(kW)	36.4	≤10	36	-1.1
空载损耗(kW)	6.2	≤10	6	-3.2
					短路阻抗(%)	90	±7.5	84.5	-6.1
顶层油温升	45.7		42.8	-6.3
					绕组平均温升	54.97		53.4	-2.9

从表1可以看出，本实施例中，短路阻抗试验值达到84.5%，试验值与设计值的偏差在允许偏差之内；其它项目试验值与设计值的偏差也很小；是台令人满意的高阻抗变压器。

表2为在其它结构相同的情况下，仅漏磁空道中有间隙铁心和没有间隙铁心的两种壳式变压器阻抗及材料对比数据。

表2

注：差率=（变压器（有间隙铁心或没有间隙铁心）-变压器（没有间隙铁心））/变压器（没有间隙铁心））。

从表2可知，漏磁空道有间隙铁心的变压器与没有间隙铁心变压器相比较，阻抗大幅度提高，材料却增加的很少。

可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种高阻抗壳式变压器，其特征在于，该壳式变压器为单相变压器时，在该单相变压器的铁心（5）的心柱（1）和铁轭（2）之间的漏磁空道内设置有至少一个漏磁空道间隙铁心；该壳式变压器为多相变压器时，在所述多相变压器中每相的铁心（5）的心柱（1）和铁轭（2）之间的漏磁空道内设置有至少一个漏磁空道间隙铁心。

2.如权利要求1所述的高阻抗壳式变压器，其特征在于，所述漏磁空道间隙铁心由至少一块导磁材料（3）和至少一个间隙垫板（4）组成，所述导磁材料（3）与间隙垫板（4）交替排列，所述间隙垫板（4）位于导磁材料（3）之间，或者导磁材料与心柱（1）之间，或者导磁材料（3）和铁轭（2）之间。

3.如权利要求1所述的高阻抗壳式变压器，其特征在于，所述的漏磁空道是指主漏磁空道或者次漏磁空道。

4.如权利要求3所述的高阻抗壳式变压器，其特征在于，所述铁心（5）包括心柱（1）和铁轭（2）；在心柱（1）上绕有第一绕组（6）和第二绕组（7）；在第一绕组（6）、第二绕组（7）、心柱（1）和铁轭（2）四者之间的主漏磁空道被围成两个矩形空间；在该两个矩形空间内分别设置有一个漏磁空道间隙铁心。

5.如权利要求4所述的高阻抗壳式变压器，其特征在于，所述第一绕组（6）和第二绕组（7）均为矩形的饼式绕组。

6.一种提高壳式变压器阻抗的方法，其特征在于，所述壳式变压器为单相变压器时，在该单相变压器的铁心（5）的心柱（1）和铁轭（2）之间的漏磁空道内设置至少一个漏磁空道间隙铁心；该壳式变压器为多相变压器时，在所述多相变压器中每相的铁心（5）的心柱（1）和铁轭（2）之间的漏磁空道内设置至少一个漏磁空道间隙铁心。

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