CN103632816A - 高耐雷电力变压器及含有其的干式、油浸式电力变压器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及变压器技术领域，具体公开了一种高耐雷电力变压器及含有其的干式、油浸式电力变压器，该高耐雷电力变压器包括：铁心、高压侧绕组及低压侧绕组，该高压侧绕组及低压侧绕组均为三相绕组，所述高压侧绕组和低压侧绕组均采用Z型联结，该高压侧绕组引出中性点进行避雷接地，每一相高压侧绕组与低压侧绕组之间均设有接地屏。本发明能够增强配电设备本身承受雷电冲击的能力，且能有效消减雷电波产生的过电压进入二次设备，避免机房等重要设备因雷电波从配电线侵入产生的损坏。

Description

高耐雷电力变压器及含有其的干式、油浸式电力变压器

技术领域

本发明涉及变压器技术领域，尤其涉及一种具有高耐雷性能的电力变压器，及含有该高耐雷电力变压器的干式、油浸式电力变压器。

背景技术

现有的防雷电力变压器通常是采用Yzn11联结的防雷变压器，其只能防止雷电从低压侧侵入引起的正变换电压，不能防止雷电从高压侧侵入引起的逆变换过电压。雷电波往往都是从高压侧侵入系统，而现有的防雷变压器却只着眼于变压器自身的保护，不能有效防止雷电过电压侵入机房。从实际应用来看，军工雷达站、航空雷达站、通信雷达站、通信基站大多数都建在野外高山上，落雷多，不仅未能有效保护机房设备，且通用的防雷电力变压器自身也未能承受雷击而遭至损坏。

产生机房设备和现有防雷变压器损坏的原因在于原有防雷措施仅变压器本体有有限的承受雷击能力，在低压侧来雷时，通过Z接绕组磁势相抵减的办法降低高压绕组的电磁变换到高压而产生的过电压。当高压侧来雷时，由于高压Y接，雷电流会通过电磁变换和电容感应效应直接传递到低压侧，进而侵入机房。再者，由于现有的变压器本体高压中性点悬浮，高压侧通过避雷器泄放下来的雷击电流在接地线上产生电位抬升，逆变到高压产生电位反弹，使得绝缘强度不足至变压器损坏。因此，使用现有的防雷变压器，两个方向来雷都不能避免雷电波侵入机房。

发明内容

本发明的目的在于，提出一种高耐雷电力变压器及含有其的干式、油浸式电力变压器，其能够增强配电设备本身承受雷电冲击的能力，且能有效消减雷电波产生的过电压进入二次设备，避免机房等重要设备因雷电波从配电线侵入产生的损坏。

为实现上述目的，本发明提供了一种高耐雷电力变压器，其包括：铁心、高压侧绕组及低压侧绕组，该高压侧绕组及低压侧绕组均为三相绕组，所述高压侧绕组和低压侧绕组均采用Z型联结，该高压侧绕组引出中性点进行避雷接地，每一相高压侧绕组与低压侧绕组之间均设有接地屏。

其中，所述高压侧绕组及低压侧绕组的线圈各对半分成两个相等匝数的线圈。

具体的，所述每一相的绕组均由套在本相铁心的一半线圈和套在另一相铁心的一半绕向相反的线圈组成，每一相铁心上均套有本相一半高低压线圈和另一相一半的绕向相反的高低压线圈。

本发明中，所述高低压线圈分别组成Z型联结的绕组。

再者，所述每一相高压侧绕组外半段线圈上均设有调压匝数。

所述高压侧绕组的中性点与高压侧绕组的首端一起引出，进而通过一避雷器接地联结。

所述低压侧绕组的中性点直接接地，低压侧绕组的首端通过避雷器接地联结。

进一步地，所述每一相绕组的高低压线圈之间均装设有接地屏，所述三相接地屏经过导线联在一起后作接地联结。

更进一步地，本发明还提供一种干式电力变压器，其含有前述的高耐雷电力变压器。

此外，本发明还提供了一种油浸式电力变压器，其含有前述的高耐雷电力变压器。

本发明的高耐雷电力变压器及含有其的干式、油浸式电力变压器，其通过双曲折联结的方式，高低压侧绕组均采用Z型联结，无论高压或者低压侧绕组受到冲压电压作用，受冲击侧绕组在每相铁心上产生的磁通相互抵消，均不会产生高、低压电磁耦合作用，不会在另一侧绕组都感应电磁感应分量，从而加强了变压器的防雷性能；同时，其在高低压侧绕组之间装设有接地屏，可以对变压器的高压侧中性点加避雷器进行保护，而变压器的中性点因逆变换过程产生2U0的悬浮振荡过电压正是容易发生雷击毁坏的重点部位，加避雷器保护后拴定高压中性点的振荡过电压则正好可以解决这一问题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的高耐雷电力变压器一种具体实施例的联接结构示意图；

图2为本发明的高耐雷电力变压器一种具体实施例的高压零序磁通图；

图3为本发明的高耐雷电力变压器一种具体实施例的低压零序磁通图；

图4为本发明的高耐雷电力变压器设置高低压电容屏蔽的原理示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，本发明提供一种高耐雷电力变压器，其包括：铁心（未图示）、高压侧绕组10及低压侧绕组20，该高压侧绕组10及低压侧绕组20均为三相绕组，所述高压侧绕组10和低压侧绕组20均采用Z型联结，该高压侧绕组10引出中性点进行避雷接地，每一相高压侧绕组10与低压侧绕组20之间均设有接地屏30。目前，电力变压器国家标准规定的联结方式有5种，分别为Yyn0、Yd11、YNd11、YNy0、Yy0方式。用于国内变压器的高压侧绕组一般均采用Y接法，该种变压器只能防止雷电从低压侧绕组侵入引起的正变换电压，不能防止从高压侧绕组侵入引起的逆变换过电压，而本发明通过高压侧绕组10和低压侧绕组20同时采用Z型联结的双曲折联结方式，可以消减高低压侧绕组之间的电磁感应传递。同时，本发明通过对高压侧绕组10的中性点进行避雷接地，可以拴定高压中性点的振荡过电压幅度。此外，本发明还通过在高低压侧绕组10、20之间加装接地屏30，可以屏蔽雷电产生时的电容传递。

其中，所述高压侧绕组10及低压侧绕组20的线圈各对半分成两个相等匝数的线圈。在本发明具体实施例中，所述每一相的绕组均由套在本相铁心的一半线圈和套在另一相铁心的一半绕向相反的线圈组成，每一相铁心上均套有本相一半高低压线圈和另一相一半的绕向相反的高低压线圈。通过上述设置，形成双曲折联结的方式，即高低压线圈分别组成Z型联结的绕组。作为本发明的一种优选实施例，还可以在每一相高压侧绕组外半段线圈上设置调压匝数（未图示）。该调压匝数的设置，可以通过改变高压侧绕组的匝数来实现调压的目的，从而改变变压器的变比。

本发明中，所述高压侧绕组10的中性点与高压侧绕组10的首端A、B、C一起引出，进而通过一避雷器R接地联结。由于普通高压侧绕组Y接的变压器在低压侧落雷或是高压侧落雷时，低压电位抬升会造成中性点出现电位反弹，最高可达2倍过电压值，这也是普通防雷变压器损坏的主要原因。本发明高压侧绕组10的0线上的避雷器可以释放变压器中性点遭受反击过电压，而通过将高压侧绕组10的中性点与高压侧绕组10的首端A、B、C一起经避雷器R接地的方式，可以限制高压侧绕组10中性点的电位抬升，从而保证了变压器中性点不被高电压击穿损坏。在本发明具体实施例中，所述低压侧绕组20的中性点直接接地，低压侧绕组20的首端a、b、c一起引出，进而通过避雷器R接地联结。本发明这种高压侧绕组10与低压侧绕组20同时引出中性点进行防雷接地的方式，可以将变压器首端可能出现的过电压限制在变压器可承受的范围内，从而确保变压器的安全性能。

本发明中，所述的高压侧绕组10的电压一般在10000伏以上，而低压侧绕组20的电压一般在400伏以下。当高压侧绕组10的2相、或3相来波侵入时（图2所示），由于每柱铁心上高压两半线圈的绕向相反，雷电流造成的每半个线圈产生的“零序”磁通大相相等，方向相反，相互抵消，即每柱铁心磁通为零，这样雷电过电压就不会以电磁感应的方式感应到低压，同时由于其零序磁通互相抵消在一定程度上限制了高压侧绕组10匝间、层间的过电压。因此，可以明显看出，高压侧绕组10采用Z型联结后，可引出变压器的高压侧中性点，这样我们就可以对变压器的高压侧中性点加避雷器进行保护，而变压器的中性点因逆变换过程产生2U₀的悬浮振荡过电压正是容易发生雷击毁坏的重点部位，加避雷器保护后拴定高压中性点的振荡过电压正好可以解决这一问题。

如图3所示，当低压侧绕组20的2相、或3相来波侵入时，或者是高压来波因雷电流泄地在接地线上产生电压抬升而引起低压侧线圈流过零序电流时，由于每柱铁心上低压两半线圈的绕向相反，雷电流造成的每半个线圈产生的“零序”磁通大相相等，方向相反，相互抵消，即每柱铁心磁通为零，这样雷电过电压就不会以电磁感应的方式感应到高压产生逆变换，从而消除了逆变换过程在高压线圈中产生的过电压，避免了变压器高压线圈的损坏。

对于现有技术中一般的变压器，其绕组在冲击电压作用下，绕组电感中会通过零序电流，所产生的磁通将在另一侧绕组中感应出电压，这种电压就是电磁感应分量。电磁感应分量与变压器绕组的变比有关，但在冲击波作用下，铁心中损耗很大，所以又不是与变比成正比关系。由于低压侧绕组20的相对冲击强度（冲击耐压与额定相电压之比）要比高压侧绕组10大得多，因此，凡是高压侧绕组10能够耐受的过电压波按变比传递到低压侧绕组20时，对低压侧绕组20是没有危险的。但是，这个电磁感应分量在低压侧绕组20进波时或者高压来波因雷电流泄地在接地线上产生电压抬升而引起低压侧线圈流过零序电流时，产生的逆变换很可能在高压侧绕组10中引起危险，它往往成为配电变压器在低压侧线路遭雷击或者高压来波因雷电流泄地在接地线上产生电压抬升而引起低压侧线圈流过零序电流时，发生高压侧绕组10绝缘击穿的事故原因。而本发明的高耐雷电力变压器，无论高压侧或者低压侧绕组受到冲压电压作用，由于采用了双曲折联结方式，受冲击侧绕组在每相铁心上产生的磁通相互抵消，均不会产生高、低压电磁耦合作用，不会在另一侧绕组电磁感应分量，从而加强了变压器的防雷性能。

进一步地，作为本发明的优选实施例，在每一相绕组的高、低压线圈12、22之间均装设有接地屏30，所述三相接地屏30经过导线联在一起后作接地联结。变压器高低压侧绕组10、20之间除了电磁感应分量能传递过电压之外，由于变压器内部各电极之间存在空间电容，高、低压线圈12、22之间的电容较大（绕组相间及与铁心等附件间的电容很小可忽略不计），电容的两极间能对交流电流进行电容耦合传递。雷电流恰好是频率非常高的交流电流，因此普通的防雷变压器不能屏蔽雷电流在高低压侧绕组的传递，接地屏30相当于在电容的两个极间插入了一个接地极，从而使高低压侧绕组分别对接地极形成电容（图4所示），高低压任一侧绕组遭受冲击电压时，其电容电流均通过接地屏30流入接地网，而不会在另一侧之间形成电容传递。

综上所说，本发明的高耐雷电力变压器，其结构既能保护变压器本身，且由于高低压侧绕组均为Z形联结，对雷电流的零序电磁感应传递均能有效消减，高低压之间仅有的电容感应传递通道由于在高低压侧绕组之间加装了接地屏30进行屏蔽，不会在低压侧绕组20引起过电压，从而保证雷电波不会直接侵入机房。

本发明上述的高耐雷电力变压器既可以应用于干式电力变压器中，又可以应用于油浸式电力变压器。因此，本发明还提供了一种干式电力变压器，其含有前述的高耐雷电力变压器，除此之外，其还包括有夹持件及绝缘零件（未图示）等部件。此外，本发明还提供了一种油浸式电力变压器，其同样含有前述的高耐雷电力变压器，除此之外，其还包括有外壳、油箱、绝缘油及引出绝缘套管等部件（未图示）。该干式电力变压器与油浸式电力变压器的区别在于，干式电力变压器没有油箱，其高压线圈和低压线圈分别用树脂包封浇注或绕包包封或者浸漆包封处理；而油浸式电力变压器中，前述的高耐雷电力变压器装于油箱内并并浸没于绝缘油内。该干式电力变压器与油浸式电力变压器均具有较好的防雷性能，无论高压或者低压侧绕组受到冲压电压作用，受冲击侧绕组在每相铁心上产生的磁通相互抵消，均不会产生高、低压电磁耦合作用，不会在另一侧绕组电磁感应分量；同时，其能够增强军工雷达站、航空雷达站、通信雷达站、通信基站等使用本发明产品的单位其配电设备本身承受雷电冲击的能力，而且能有效消减雷电波产生的过电压侵入二次设备，避免如机房等重要设备因雷电波从配电线路侵入产生的损坏。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种高耐雷电力变压器，包括：铁心、高压侧绕组及低压侧绕组，该高压侧绕组及低压侧绕组均为三相绕组，其特征在于，所述高压侧绕组和低压侧绕组均采用Z型联结，该高压侧绕组引出中性点进行避雷接地，每一相高压侧绕组与低压侧绕组之间均设有接地屏。

2.如权利要求1所述的高耐雷电力变压器，其特征在于，所述高压侧绕组及低压侧绕组的线圈各对半分成两个相等匝数的线圈。

3.如权利要求1所述的高耐雷电力变压器，其特征在于，所述每一相的绕组均由套在本相铁心的一半线圈和套在另一相铁心的一半绕向相反的线圈组成，每一相铁心上均套有本相一半高低压线圈和另一相一半的绕向相反的高低压线圈。

4.如权利要求3所述的高耐雷电力变压器，其特征在于，所述高低压线圈分别组成Z型联结的绕组。

5.如权利要求3所述的高耐雷电力变压器，其特征在于，所述每一相高压侧绕组外半段线圈上均设有调压匝数。

6.如权利要求1所述的高耐雷电力变压器，其特征在于，所述高压侧绕组的中性点与高压侧绕组的首端一起引出，进而通过一避雷器接地联结。

7.如权利要求6所述的高耐雷电力变压器，其特征在于，所述低压侧绕组的中性点直接接地，低压侧绕组的首端通过避雷器接地联结。

8.如权利要求3所述的高耐雷电力变压器，其特征在于，所述每一相绕组的高低压线圈之间均装设有接地屏，所述三相接地屏经过导线联在一起后作接地联结。

9.一种干式电力变压器，其特征在于：含有如权利要求1至8中任意一项所述的高耐雷电力变压器。

10.一种油浸式电力变压器，其特征在于：含有如权利要求1至8中任意一项所述的高耐雷电力变压器。

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