CN103765534B - 干式变压器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种干式变压器，包括绕组（101），绕组具有分接区（110）以及至少第一非分接区（120），其中，在分接区（110）中能够形成至少两个连接，允许改变绕组（100）的匝数并由此改变变压器匝数比，其中绕组（100）包括导体，导体在分接区（110）的至少一部分中具有在绕组（100）的轴向方向（x）上的第一宽度（wa），并且在第一非分接区（120）的至少一部分中具有在绕组的轴向方向（x）上的第二宽度（wb），第一宽度（wa）小于第二宽度（wb）。
Description
技术领域
本发明涉及包括具有分接区的绕组的干式变压器，其中所述绕组中的损耗减小。
背景技术
近年来，由于高可靠性，用于高电压等级的干式变压器已经广泛应用于一些公共设施和工业设备。要求这些干式变压器中的一部分采用高电压、高额定功率和高调节范围，这会导致与变压器的绕组中的涡流和直流(或欧姆)损耗相关的发热和热点问题。
这些涡流通过由流过绕组的电流产生的磁通引起，并且它们主要取决于磁通的方向和模块：一般地，可以说径向磁通越大，损耗越高。
另外，在要求高分接范围的干式变压器中，当在变压器的分接变换器的最低位置工作时，在靠近于分接变换器的连接点部分出现导致所述连接点周边区域内高热点温度的高损耗。
在油式变压器中，采用调节绕组以减小由沿绕组的涡流产生的热点；但是，这种调节绕组对干式变压器可能不是适当或合适的解决方案，因为，由于干式变压器的空气冷却系统，会要求向干式变压器添加非常多且昂贵的调节线圈。
本发明的目的是提供这样一种干式变压器，该干式变压器通过减小至少在分接变换器有更多问题的操作位置中由涡流造成的损耗，以至少部分地解决上述缺陷。
发明内容
在第一方面，本发明提供一种干式变压器，包括绕组，绕组具有分接区以及至少第一非分接区，其中，在分接区中能够形成至少两个连接，允许改变绕组的匝数并由此改变变压器的匝数比，其中绕组包括导体，导体在分接区的至少一部分中具有在绕组的轴向方向上的第一宽度，并且在第一非分接区的至少一部分中具有在绕组的轴向方向上的第二宽度，第一宽度小于第二宽度。
在分接区中使用具有这种较小宽度的导体减小了该区的轴向长度，并具体减小了在变压器的分接变换器的较低位置(即在绕组具有较小匝数的位置)中的未使用匝数的间隙。这种间隙的减小可产生更多的轴向磁通，减小其径向分量；由于磁通的这种变化，减小了由在绕组的非分接区中的径向磁通造成的涡流和相应损耗，该非分接区与分接区相邻。
通过对本说明书的研究，本发明的实施方式的附加目标、优点和特征将对本领域技术人员变得显而易见，或可以通过本发明的实践进行学习。
附图说明
下面将参照附图以非限制性示例的方式对本发明的具体实施方式进行描述，在附图中：
图1示意性地示出根据本发明实施方式的包括高电压绕组和低电压绕组的干式变压器；
图2示意性地示出根据本发明实施方式的干式变压器的高电压绕组的导体。
具体实施方式
图1示意性地示出了根据本发明实施方式的干式变压器。更具体地，根据包括绕组轴线的沿平面截取的局部剖视图，图1示意性地示出了变压器的绕组布置。
根据本发明实施方式的干式变压器可以是这样一种变压器，即，其中变压器设计成由流过高电压(HV)绕组的某一额定电流操作。因此，即使绕组可能包括串联的具有不同物理特性的若干导体，也会在形成绕组的所有导体上流过基本上相同的电流。
变压器可以包括HV绕组100以及与HV绕组电感连接的低电压(LV)绕组200，每个绕组都包括导体，并且两个绕组都在附图中以常规的布置方式显示，其中，LV绕组被同轴地安装在HV绕组内部；HV绕组100可以包括分接区110、两个非分接区120以及分接变换器(未示出)，其中分接变换器允许改变绕组的匝数比以改变干式变压器的转换关系。分接变换器可包括两个连接器(未示出)，这两个连接器在导体的沿HV绕组100的分接区110的不同点可连接，以便排除HV绕组的多个匝，由此使得能够改变变压器的匝数比。
必须注意的是，形成HV绕组的导体可由例如通过焊接或使用连接部件而彼此连接的多个导电部件形成，诸如，非导电部件将两个导电部件都接合在一起以允许合适的电流流过它们。
通过示例的方式，在图1中，根据本具体实施方式，HV绕组100可由在分接区110的中间点111处彼此连接的两个分绕组结构101、102形成。但是，根据用于配置变压器的绕组的物理结构，其他实施方式可包括单一结构或多于两个分绕组结构的HV绕组。
图2示意性地示出了根据沿包括绕组轴线(A)的平面截取的剖视图的变压器的HV绕组部分。
根据图2，形成HV绕组100的导体可以成形为具有宽度w的条300，条300可以设置为形成多个螺旋形“盘”10，条形导体在绕组轴向方向上在每个盘中具有一致的宽度。而且，盘可以彼此相互连接，并且每个盘中的螺旋可具有内条端部301和外条端部302。每个螺旋形盘10都可以通过合适的电耦合器303与相邻的螺旋形盘10相连接，电耦合器303以使盘串联连接的方式将每个盘的外条端部302连接至后一个盘的内条端部301而形成绕组100。图2示出了4个这种彼此连接的盘10。
而且，如图1所示，在分接区110中的盘10a的至少一部分112可以以这样的方式配置，即，使得盘10a包括条形导体，该条形导体在绕组的轴向方向(x方向)上的宽度wa比非分接区120的盘10b的条形导体的宽度wb小。在图1中附图标记112示出盘10a具有这种宽度wa的部分，而在图1中附图标记114示出盘10b具有这种宽度wb的部分。
这样就减小了分接区的轴向长度，由此减小了分接变换器在低范围(即绕组在其中具有较低匝数的位置)工作时未使用的匝的间隙。这种减小能够降低涡流相关的损耗，该损耗由在与分接区110相邻的绕组的非分接区120中的径向磁通引起。
根据实施方式，分接区110的盘10a可具有这样一种导体，该导体在HV绕组100的轴向方向上具有宽度wa，宽度wa可以在非分接区120的盘宽度wb的40％与80％之间，并且可优选为非分接区120的盘宽度的约60％。
另外，根据实施方式，分接区110的盘10a、盘10c的导体由具有比非分接区120的盘10b、盘10d所使用材料的电导率高的材料制成。
这样，当变压器在分接变换器的高范围，即绕组在其中具有较高匝数的位置工作时提高了变压器的效率，在该位置，在分接区110的盘10a、盘10c中出现欧姆损耗，并且在具有相对较小宽度的盘中的这些欧姆损耗可以是相关的，这是因为欧姆损耗将成比例地取决于导体的尺寸。这种损耗可通过在分接区110中使用具有较高电导率的盘10a、盘10c来减小。
根据一些实施方式，分接区110的盘10a、盘10c可由铜制成，而非分接区120的盘10b、盘10d可由铝制成。
在分接区中使用较小的盘使得当分接变换器在较低范围工作时损耗减小，并且使这些铜盘在分接变换器在较高范围工作时减小由盘尺寸的减小所造成的损耗。
而且，导体在分接区(110)中的、与非分接区(120)相邻的端部处的盘10c的部分在所述绕组的轴向方向(x)上可具有高于wa的宽度wc。该相对较高的宽度能够减小盘10c中的DC损耗或欧姆损耗以补偿整体损耗，整体损耗还包括当变压器在分接变换器中的高范围工作时盘10c的涡流损耗。在图1中附图标记113示出(在示例中，仅示出每个绕组中的一个盘10c)具有这种宽度wc的导体的盘10c的部分。
另外，根据实施方式，导体在非分接区(120)中的、远离分接区(110)的端部处的盘10d的部分在所述绕组的轴向方向(x)上可具有大于wb的宽度wd。这样，在所述盘10d中DC或欧姆损耗减小，以补偿涡流损耗，该涡流损耗由远离分接区的、非分接区的端部中的径向磁通引起。在图1中附图标记115示出(在示例中，仅示出每个绕组中的一个盘10d)具有这种宽度wd的盘10d的部分。
应注意，虽然结合的效果可能是有利的，但是由于关于导体的宽度和材料的上述特征中的每个特征都提供不依赖于其他特征的效果，所以关于导体的宽度和材料的上述特征中的每个特征都可以在干式变压器中互相独立实现。
根据实验结果，当变压器在分接变换器的较低位置工作时，在具有±18％的分接范围的25MVA 66kV变压器的HV线圈中，已实现减小由涡轮引起的约40％的损耗，并且宽度关系为：wa是wb的60％，wc与wb相同，而wd是wb的120％。大多数所述减小发生在与分接区(110)相邻的非分接区(120)的盘中，在该处，已实现热点温度从210℃降低至116℃。
虽然本文中仅公开了本发明的一些具体实施方式和示例，但是本领域技术人员应理解，本发明的其他替代实施方式和/或使用及其明显修改和等同物是可能的。而且，本发明涵盖所述具体实施方式的所有可能的组合。与附图相关且置于权利要求中的括号中的参考标记仅用于试图提高权利要求的可理解性，而不应被解释为限制权利要求的范围。因此，本发明的范围不应由具体实施方式限制，而只应通过伴随权利要求的正确解读进行确定。
Claims (13)
1.一种干式变压器，包括绕组(101)，所述绕组具有分接区(110)以及至少第一非分接区(120)，其中，在所述分接区(110)中能够形成至少两个连接，允许改变绕组(100)的匝数并由此改变所述变压器的匝数比，其中所述绕组(100)包括导体，所述导体在所述分接区(110)的至少一部分中具有在所述绕组(100)的轴向方向(x)上的第一宽度(wa)，并且在所述第一非分接区(120)的至少一部分中具有在所述绕组的轴向方向(x)上的第二宽度(wb)，所述第一宽度(wa)小于所述第二宽度(wb)，其中，所述绕组(100)的所述导体在所述分接区的至少一部分中由第一材料制成，所述绕组(100)的所述导体在所述第一非分接区的至少一部分中由第二材料制成，其中所述第一材料具有比所述第二材料高的电导率。
2.根据权利要求1所述的干式变压器，其中，所述第一材料和所述第二材料分别为铜和铝。
3.根据权利要求1所述的干式变压器，其中，所述导体在所述分接区(110)中的、与第一非分接区(120)相邻的一段在所述绕组的轴向方向(x)上具有第三宽度(wc)，所述第三宽度(wc)与所述导体的所述第一宽度(wa)不同。
4.根据权利要求3所述的干式变压器，其中，所述第三宽度(wc)高于所述导体的所述第一宽度(wa)。
5.根据权利要求3所述的干式变压器，其中，所述第三宽度(wc)等于所述第二宽度(wb)。
6.根据权利要求1所述的干式变压器，其中，所述第一宽度(wa)在所述第二宽度(wb)的40％与80％之间。
7.根据权利要求6所述的干式变压器，其中，所述第一宽度(wa)为所述第二宽度(wb)的60％。
8.根据权利要求1所述的干式变压器，其中，所述导体的至少一部分成形为条(300)。
9.根据权利要求8所述的干式变压器，其中，所述导体设置为形成多个螺旋形盘(10)，所述条(300)在每个所述盘(10)内在所述绕组的轴向方向(x)上具有一致的宽度。
10.根据权利要求9所述的干式变压器，其中，所述条(300)在所述每个所述盘(10)内由相同材料制成。
11.根据权利要求1所述的干式变压器，其中，所述导体在第一非分接区(120)中的、远离所述分接区(110)的端部处的一段在所述绕组的轴向方向(x)上具有第四宽度(wd)，所述第四宽度(wd)与所述第二宽度(wb)不同。
12.根据权利要求11所述的干式变压器，其中，所述第四宽度(wd)高于所述导体的第二宽度(wb)。
13.根据权利要求1所述的干式变压器，其中，所述绕组(100)是所述干式变压器的高电压绕组。
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