CN106128714B - 一种cvt干式电磁单元 - Google Patents

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Abstract

一种CVT干式电磁单元，包括中间变压器、补偿电抗器和速饱和阻尼器；所述中间变压器的一次出线端经凸台连接电容分压器的中压端，中间变压器的二次出线端经第一凹形调节盒连接电容分压器的低压端；所述中间变压器、补偿电抗器和速饱和阻尼器均由绝缘树脂浇注封装成型并安装于箱体内。本发明结构紧凑，无凝露，低局放，高精度，无油化，密封、绝缘性能好。

Description

一种CVT干式电磁单元
技术领域
发明涉及CVT技术领域，特别是一种CVT干式电磁单元。
背景技术
年来，随着电网设备的更新换代，电容式电压互感器(CVT)已经逐步取代了传统的电磁式电压互感器。CVT系列产品在额定频率为50HZ的高压、超高压及特高压电力系统中可为电气测量仪器、仪表和保护、控制装置等提供电信号，并兼作电力线路载波耦合装置的耦合电容器。CVT主要由电容分压器和电磁单元组成。其中电磁单元包含有中间变压器、补偿电抗器、避雷器和速饱和阻尼器。
前电磁单元均为油浸式，以油作绝缘。而油浸式电磁单元存在油渗透性强、密封困难、易燃易爆、污染环境、制造工艺复杂、检测调试、安装及运输不方便等缺陷。此外，传统电磁单元中的中间变压器其铁心采用插片式铁心，使导磁率下降，产生涡流阻抗噪音大、空载损耗高。虽然对于0.5级要求而言，CVT是完全能够满足要求的，但是由于电力工业不断创新发展，对于电力设备的测量精度要求越来越高，针对0.2级的产品而言，则难度较大。同时电站产品的无油化是保护环境，节能减排的一项重要指标。
发明内容
发明的目的是克服现有技术的上述不足而提供一种无凝露，低局放，高精度，无油化，密封、绝缘性能好的CVT干式电磁单元。
本发明的技术方案是：一种CVT干式电磁单元，包括中间变压器、补偿电抗器和速饱和阻尼器；所述中间变压器的一次出线端经凸台连接电容分压器的中压端，中间变压器的二次出线端经第一凹形调节盒连接电容分压器的低压端；所述中间变压器、补偿电抗器和速饱和阻尼器均由绝缘树脂浇注封装成型并安装于箱体内。
进一步，所述中间变压器包括第一浇注体和设于第一浇注体内的第一铁芯；所述第一铁芯呈口字型；所述第一铁芯的一侧边从内到外依次绕制有二次绕组和一次绕组，且第一铁芯、二次绕组和一次绕组之间均设有绝缘层。
进一步，所述一次绕组分段绕制，分段绕制的结构为：每段绕制线圈的匝数相同，每段绕组代表一层，相邻层之间设有绝缘层。
进一步，所述中间变压器的一次出线端经凸台出线，通过封闭式T型线夹与中压套管内的所述中压端连接；所述中间变压器的二次出线端经第一凹形调节盒出线，通过封闭式T型线夹与低压套管内的所述低压端连接。
进一步，所述第一凹形调节盒的内腔呈凹形，第一凹形调节盒内设凸头调节螺栓。
进一步，所述补偿电抗器包括第二浇注体和设于第二浇注体内的第二铁芯，所述第二铁芯为R型或阶梯型铁芯；所述第二铁芯的中部横向连接有紧固体，所述紧固体上套设有第一骨架，第二铁芯上套设有第二骨架；第一骨架和第二骨架上从内到外均依次绕制有主绕组和调节绕组。
进一步，所述第二铁芯是由硅钢片绕制成的R型或阶梯型铁芯，经切割成对称相同的两块C型铁芯，并再次结合形成R型或阶梯型铁芯。
进一步，所述所述调节绕组的线圈缠绕匝数占主绕组线圈缠绕匝数的20%。
进一步，所述第二浇注体的上侧设有第二凹形调节盒，所述第二凹形调节盒内设凸头调节螺栓。
进一步，所述箱体内还安装有与中间变压器、补偿电抗器和速饱和阻尼器的外线连接的二次出线板。
本发明的有益效果：
（1）体积小，重量轻，可节省三分之一的硅钢片和铜材，每台电磁单元可节省优质变压油60-80kg，估计全国一年可节省油变压器几千吨；
（2）对电磁单元进行干燥处理，减少了二次能源的浪费，保护了环境；
（3）产品整体结构紧凑，磁路长度短，导磁性能好，漏磁量小，不易饱和，使其准确级的误差精度可达到0.2级以上，空载电流小于200mA；
（4）中间变压器的一次绕组分多段绕制，大为降低了层间电压强度，并采用可靠的有效的屏蔽工艺，保证电压场强均匀，降低了局部放电水平，不大于10PC；
（5）通过设置凹形调节盒，不仅能够增加爬电距离，加强绝缘强度，而且还能避免水路，不会产生漏电现象。
附图说明
图1为本发明实施例的结构示意图；
图2为本发明实施例中间变压器的结构示意图；
图3为本发明实施例第一铁芯的结构示意图；
图4为本发明实施例中间变压器绕组绕制的结构示意图；
图5为本发明实施例中间变压器一次绕组分段绕制的结构示意图；
图6为本发明实施例中间变压器一次绕组分段绕制的另一结构示意图；
图7为本发明实施例补偿电抗器的结构示意图；
图8为本发明实施例速饱和阻尼器的结构示意图。
具体实施方式
以下将结合说明书附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明。
如图1所示：本实施例的CVT干式电磁单元包括包括中间变压器1、补偿电抗器2和速饱和阻尼器3；中间变压器1的一次出线端11经凸台14连接电容分压器4的中压端，中间变压器1的二次出线端12经第一凹形调节盒13连接电容分压器4的低压端；中间变压器1、补偿电抗器2和速饱和阻尼器3均由绝缘树脂浇注封装成型并安装于箱体5内。
本实施例通过对中间变压器1、补偿电抗器2和速饱和阻尼器3均通过绝缘树脂浇注封装成型，一方面使得每个器件的结构都比较紧凑，进而使箱体5内部的整体结构紧凑，体积小，重量轻，节约空间；另一方面，采用绝缘树脂取代传统油的绝缘，从而克服了油浸式的不足之处，实现了国家对电站设备元油化机电一体化的要求，同时保护环境友好。
由于油箱为焊接结构，属于特殊压力容器，在焊接过程难免有焊缝，注油后有漏油的可能性，产品长期在露天及其恶劣条件运行难免有漏油的风险，在生产过程中容易对环境造成污染，且还需要定期进行检验补充注油。干式电磁单元实现了电站无油化，提高了电站运行的可靠性，使运行检修人员能更好地确保电站安全经济运行，并节省了产品返厂维修的成本。
本实施例之所以将中间变压器1的一次出线端11从凸台14中引出，为了形成封闭的空间，不会暴露在空气中产生漏电现象。本实施例之所以将中间变压器1的二次出线端12从第一凹形调节盒13中引出，是为了增加爬电距离，加强绝缘强度，且第一凹形调节盒13的内腔呈凹形，还能避免水路，不会产生漏电现象。
如图2和图3所示：中间变压器1包括第一浇注体15和设于第一浇注体15内的第一铁芯16，第一浇注体15固定于第一安装板6上。第一铁芯16呈口字型，第一铁芯16可以采用长条形的硅钢片由R形或阶梯形卷制成口字型卷，替代常见的插片式日字形铁芯或C型铁芯。由于口字型铁芯为一个封闭式结构，其整体结构紧凑，无须用螺栓坚固，一方面磁路长度短，体积小，重量轻，能够使一次绕组和二次绕组相对节省四分之一的硅钢片和铜材；另一方面，由于不会存在缝隙，使得漏磁阻抗小，导磁率高，空载电流小于200mA，不易饱和，误
差精度可达到0.2级以上；此外，还可防震动，运输加速度可超过2m/s 2 。
如图4所示：第一铁芯16的一侧边从内到外依次绕制有二次绕组17和一次绕组18，且第一铁芯16、二次绕组17和一次绕组18之间填充有绝缘层19，且一次绕组18为分段绕制结构。本实施例所设计的绕组结构，其一次绕组18分段绕制成型，可降低每层线圈间的电压强度，并且在第一铁芯16与一次绕组18、二次绕组17之间均设置绝缘层19，形成可靠有效的屏蔽结构，可大大提高各线圈层间的绝缘性，有效保证了场强的均匀性，大大降低了局部放电水平，其局部放电水平小于等于10PC，工艺把控严格。
一次绕组18分段绕制的结构为：每段绕制线圈的匝数相同，每段绕组代表一层，相邻层之间设有绝缘层19。例如，如图5所示：假设一次绕组18的线圈匝数为300匝，现有一次绕组的绕法通常是直接绕制在一层上，即300匝；而本实施例的绕法为：将300匝线圈181分三段绕制，每段绕100匝，即代表一层，总共分三层绕制，每层均为100匝，且相邻层之间设有绝缘层19。又或者，如图6所示：将300匝线圈181分六段绕制，每段绕50匝，总共分六层绕制，每层均为50匝，且相邻层之间设有绝缘层19。本实施例一次绕组18的分段绕制结构能够大大降低层间的电压强度，有效保证场强的均匀性，降低局部放电水平，其局部放电水平小于等于10PC，工艺把控严格。
另外，本实施例仅对口字型铁芯的单侧进行绕制，而不是在两侧边均绕制线圈，是为了防止漏磁现象，大大提高导磁率。
本实施例的绝缘层19为电缆绝缘纸，由此可大大提高各线圈层间的绝缘性。第一浇注体15与第一铁芯16之间填充有绝缘树脂。本实施例的绝缘树脂优选为环氧树脂，通过真空浇注填充封装成型。这样，可将第一铁芯16、一次绕组18和二次绕组17固定成一体，一方面使得整体结构紧凑，另一方面，长期使用过程中不会出现绝缘劣化现象，产品绝缘十分稳定，全封闭干式优化结构设计，保证产品具有可靠的防潮防凝露性能，不会因为产品表面的凝露而出现漏电放电问题，大大增加了线圈绕组的机械强度和抗短路能力。
本实施例的中间变压器1结构紧凑，体积小，重量轻，节材省能，绕制方法便捷，精度高，空载损耗低，局部放电小。
本实施例中，中间变压器1的一次绕组18经凸台14出线，通过封闭式T型线夹41与中压套管42内的中压端连接，中间变压器1的二次出线端12经第一凹形调节盒13出线，通过封闭式T型线夹41与低压套管43内的低压端连接。本实施例采用插入式连接方式，并在中间变压器1的一次和二次出线端采用耐高温绝缘软线与电容分压器4上的中压端和低压端分别封闭连接，使一次和二次出线不露在空气中，达到全密封全绝缘，可防止放电，避免出现凝露。凸台14的截面形状优选为梯形。
第一凹形调节盒13内设14个凸头调节螺栓131。第一凹形调节盒13的顶端设有盖体132，形成一个密封的腔体，内腔呈凹形。通过设置凸头调节螺栓131，不仅可增加爬电距离，加强绝缘强度，还能避免水路，不会产生漏电现象；且通过凸头调节螺栓131可进行误差调整。例如，将14个凸头调节螺栓131中的两个凸头调节螺栓连接主绕组，其余12个凸头调节螺栓连接副边的6组调节绕组，其出线头均为凸头结构，经调试后，均封闭在第一凹形调节盒13内，添加软质绝缘胶状材料，绝缘安全可靠。
另外，第一铁芯16的下侧设有伞裙161，在使得一次出线端11与二次出线端12采用绝缘线且不外露于空气中的同时，设置伞裙161可有效提高绝缘爬距，达到安全可靠的目的。
总之，本实施例的中间变压器1具有以下优点：（1）整体结构紧凑，体积小，重量轻，节材省能；（2）有效保证了场强的均匀性，大大降低了局部放电水平，其局部放电水平小于等于10PC；（3）漏磁阻抗小，导磁率高，空载电流小于200mA；（4）误差精度可达到0.2级以上；（5）第一凹形调节盒13和凸头调节螺栓131的设计可增加爬电距离，加强绝缘强度，避免产生放电现象。
如图7所示：本实施例的补偿电抗器2包括第二浇注体21和设于第二浇注体21内的第二铁芯22，第二铁芯22为由带状硅钢片绕制成的R型铁芯，并且第二铁芯22是被切割成两半后形成的R型铁芯；也就是说，本实施例是由硅钢片绕制成的R型铁芯经热处理后，切割成对称相同的两块C型铁芯，并再次结合形成R型铁芯，两块C型铁芯之间通过电缆绝缘纸填充合理的间隙23，以满足电抗器绕组的直流电阻的测量要求。本实施例的间隙23优选为1.8mm，即电缆绝缘纸的填充厚度为1.8mm。
本实施例通过将现有的长矩形铁芯改变成R型铁芯，由于长矩形铁芯的截面呈矩形，R型铁芯的截面呈圆形，二者在同样的截面积下，其R型铁芯要比长矩形铁芯的截面周长小，那么R型铁芯比长矩形铁芯重量可减轻1/4，大大节省了硅钢片和铜材料，进而节约了成本。
本实施例中，第二铁芯22的中部横向连接有紧固体24，紧固体24上套设有第一骨架25，第二铁芯22上套设有第二骨架26；第一骨架25和第二骨架26上均绕制有线圈绕组27，线圈绕组27包括从内到外依次绕制的主绕组和调节绕组，主绕组和调节绕组之间还设有电缆绝缘纸。
由于第二铁芯22呈圆柱体，其套设在第二铁芯22上的第二骨架26也为与第二铁芯形状相适配的筒状结构，而筒状结构的周长要比长方形周长小1/6，从而节约了材料，且线圈的外径也会大大缩小，可节省1/3的铜线。本实施例的第一骨架25和第二骨架26均为筒状结构。
调节绕组的线圈缠绕匝数占主绕组线圈缠绕匝数的20%。
本实施例通过采用主绕组和调节绕组经双骨架进行绕制，能够减小体积，节省硅钢片、铜材和其他辅助材料，进而节约了成本。
本实施例中，第二浇注体21的上侧设有第二凹形调节盒28，第二凹形调节盒28内设有六个凸头调节螺栓281，即两块铁芯各占三个凸头调节螺栓281。第二凹形调节盒28的顶端设有盖体，形成一个密闭的腔体，内腔呈凹形。通过设置第二凹形调节盒28，不仅可增加爬电距离，加强绝缘强度，还能避免水路，不会产生放电现象；且通过凸头调节螺栓281，使得第二凹形调节盒28中出线变为凸头型出线端子，可进行误差调整。
本实施例中，第二浇注体21与第二铁芯22之间填充有绝缘树脂，通过真空浇注封装成型。这样，可将第二铁芯22与第二浇注体21固定成一体，使得整体紧凑坚固，不会产生松动，长期使用过程中不会出现绝缘劣化现象，产品绝缘十分稳定，且能够保证产品具有可靠的防潮防凝露性能，不会因为产品表面的凝露而出现漏电放电问题，大大增加了线圈绕组的机械强度和抗短路能力。
本实施例通过将第二铁芯22设计为被分割的C型铁芯，且通过双线圈经双骨架进行绕制，并通过凸头调节螺栓281进行调试，使第二铁芯具有合理的间隙23，满足各项技术参数，经调试紧固干燥处理后，用绝缘树脂真空绕注成全封装、性能更加稳定可靠的补偿电抗器2。例如将该补偿电抗器2用于CVT电磁单元中，并将其电感值并入中间变压器1的一次和二次绕组内，以消除容抗压降二次负荷变化引起的电压变化，使电压保持稳定。
如图8所示：本实施例的速饱和阻尼器3包括第三浇注体33和电阻板36，第三浇注体33通过第二安装板35连接电阻板36，电阻板36上缠绕有电阻丝37；第三浇注体33内设有环型铁芯31，环型铁芯31上绕制有线圈32；第三浇注体33与环型铁芯31、线圈32之间填充有绝缘树脂331。
本实施例中，将铁芯设计成环形，一方面漏磁小，电磁辐射小，另一方面，由于环形状为空心圆，内空外实，缠绕线圈32后，便于散热。
通过在第三浇注体33与环型铁芯31之间填充绝缘树脂331，这样，可将环型铁芯31、线圈32与第三浇注体33固定成一体，使得整体结构紧凑，体积小；且长期使用过程中不会出现绝缘劣化现象，产品绝缘十分稳定，具有可靠的防潮防凝露性能，不会因为产品表面的凝露而出现漏电放电问题，大大增加了线圈绕组的机械强度和抗短路能力。本实施例的绝缘树脂331优选为环氧树脂。
环型铁芯31由超微合金材质制成，优选为为镍铬合金，具有起始导磁率高、终端易饱和的特点，且与现有采用硅钢片材质的铁芯相比，在相同截面积的条件下，采用超微合金材质的环型铁芯1重量会更轻；再加上绝缘树脂331浇注一体，结构紧凑，体积小，使CVT的瞬变响应稳定可靠，阻尼效果好，可满足继电保护装置的要求，能快速有效地抑制铁磁谐振。
本实施例的第二安装板35呈L型，第二安装板35的一侧延伸出支架351，电阻板36通过螺栓39固定于支架351上，且第三浇注体33的下侧设有出线螺栓34，从出线螺栓34处引出的导线38与电阻丝37串联，这种L型结构，使得第三浇注体33与电阻板36形成一体，结构紧凑，占用空间小，且方便电阻丝37接线。
本实施例的速饱和阻尼器，具有以下优点：一是环型铁芯31采用超微合金材质制成，能够提高环型铁芯31的起始导磁率达到迅速饱和，有效地抑制电网铁磁谐振，确保电站安全运行；二是其环型铁芯31、线圈32与绝缘树脂331浇注为环形浇注体，内空外实，结构紧凑，散热性好；三是第三绕注体33上的第二安装板35为垂直布置结构，结构紧凑，占用空间小，方便电阻丝7接线。
如图1所示：箱体5内还安装有二次出线板7，二次出线板7与中间变压器1的外线171、补偿电抗器2的低压端外线29以及速饱和阻尼器从出线螺栓34处引出的导线38连接。箱体5的一侧还设有接地螺栓8。
整体而言，本实施例的CVT干式电磁单元具有以下优点：
（1）体积小，重量轻，可节省三分之一的硅钢片和铜材，每台电磁单元可节省优质变压油60-80kg，估计全国一年可节省油变压器几千吨；
（2）对电磁单元进行干燥处理，减少了二次能源的浪费，保护了环境；
（3）产品整体结构紧凑，磁路长度短，导磁性能好，漏磁量小，不易饱和，使其准确级的误差精度可达到0.2级以上，空载电流小于200mA；
（4）中间变压器1的一次绕组18分多段绕制，大为降低了层间电压强度，并采用可靠的有效的屏蔽工艺，保证电压场强均匀，降低了局部放电水平，不大于10PC；
（5）通过设置凹形调节盒，不仅能够增加爬电距离，加强绝缘强度，而且还能避免水路，不会产生漏电现象。

Claims (9)

1.一种CVT干式电磁单元，其特征在于，包括中间变压器、补偿电抗器和速饱和阻尼器；所述中间变压器的一次出线端经凸台连接电容分压器的中压端，中间变压器的二次出线端经第一凹形调节盒连接电容分压器的低压端；所述中间变压器、补偿电抗器和速饱和阻尼器均由绝缘树脂浇注封装成型并安装于箱体内；所述补偿电抗器包括第二浇注体和设于第二浇注体内的第二铁芯，所述第二铁芯为R型或阶梯型铁芯；所述第二铁芯的中部横向连接有紧固体，所述紧固体上套设有第一骨架，第二铁芯上套设有第二骨架；第一骨架和第二骨架上从内到外均依次绕制有主绕组和调节绕组。
2.根据权利要求1所述的CVT干式电磁单元，其特征在于，所述中间变压器包括第一浇注体和设于第一浇注体内的第一铁芯；所述第一铁芯呈口字型；所述第一铁芯的一侧边从内到外依次绕制有二次绕组和一次绕组，且第一铁芯、二次绕组和一次绕组之间均设有绝缘层。
3.根据权利要求2所述的CVT干式电磁单元，其特征在于，所述一次绕组分段绕制，分段绕制的结构为：每段绕制线圈的匝数相同，每段绕组代表一层，相邻层之间设有绝缘层。
4.根据权利要求1或2或3所述的CVT干式电磁单元，其特征在于，所述中间变压器的一次出线端经凸台出线，通过封闭式T型线夹与中压套管内的所述中压端连接；所述中间变压器的二次出线端经第一凹形调节盒出线，通过封闭式T型线夹与低压套管内的所述低压端连接。
5.根据权利要求1或2或3所述的CVT干式电磁单元，其特征在于，所述第一凹形调节盒的内腔呈凹形，第一凹形调节盒内设凸头调节螺栓。
6.根据权利要求1或2或3所述的CVT干式电磁单元，其特征在于，所述第二铁芯是由硅钢片绕制成的R型或阶梯型铁芯，经切割成对称相同的两块C型铁芯，并再次结合形成R型或阶梯型铁芯。
7.根据权利要求1或2或3所述的CVT干式电磁单元，其特征在于，所述调节绕组的线圈缠绕匝数占主绕组线圈缠绕匝数的20%。
8.根据权利要求1或2或3所述的CVT干式电磁单元，其特征在于，所述第二浇注体的上侧设有第二凹形调节盒，所述第二凹形调节盒内设凸头调节螺栓。
9.根据权利要求1或2或3所述的CVT干式电磁单元，其特征在于，所述箱体内还安装有与中间变压器、补偿电抗器和速饱和阻尼器的外线连接的二次出线板。
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