CN107112118A

CN107112118A - 用于具有中心第一绕组连接的电感装置的屏蔽

Info

Publication number: CN107112118A
Application number: CN201580068635.8A
Authority: CN
Inventors: K·瓦尔贝格; R·埃克隆德
Original assignee: ABB Technology AG
Current assignee: Hitachi Energy Co ltd
Priority date: 2014-12-17
Filing date: 2015-12-16
Publication date: 2017-08-29
Anticipated expiration: 2035-12-16
Also published as: BR112017012853B1; BR112017012853B8; BR112017012853A2; CN107112118B; ZA201704113B; EP3035348B1; EP3035348A1; US20170352472A1; US10026542B2; WO2016096960A1

Abstract

一种电感装置(TR)，其包括缠绕在电感装置的中心轴线周围的第一和第二同心绕组(W1，W2U，W2L)，其中第二绕组被放置在第一绕组外部，并且以两个分离部分、即第一上部(W2U)和第二下部(W2L)来提供，其中在第二绕组的第一和第二部分之间存在开口，并且第一绕组具有通过所述开口的第一绕组连接(W1C)，所述电感装置还包括围绕中心轴线且在第二绕组的上部和下部(W2U、W2L)之间一直伸展的同心电屏蔽元件(SH)，该屏蔽元件包括金属屏蔽层。

Description

用于具有中心第一绕组连接的电感装置的屏蔽

技术领域

本发明总体性地涉及高压应用装置。更特别地，本发明涉及一种包括第一和第二绕组的电感装置。

背景技术

在输电系统中使用的电压变得越来越高。已知将使用在600-1200kV范围内的电压等级。

在这些等级下，所使用设备的尺寸巨大，在使用诸如变压器之类的电感装置的情况下尤其如此。将在上述电压等级下操作的变压器可能如此巨大且笨重以致于难以运输。诸如绕组之类的不同组件可能因而变得沉重。

因此需要限制尺寸。同时，绝缘能够提供充分的绝缘也是重要的。通常通过使用纤维素和变压器油来提供绝缘。

虽然上述问题在高压等级下是重要的，但应认识到的是在较低电压等级下这可能也是所关心的。

在JPS 62-126609中公开了用以减小电感装置的尺寸的一种方式。JPS 62-126609公开了箔绕组变压器，其中围绕着高压绕组提供低压绕组。此外，高压引线从在外绕组的中心的内部高压绕组引出。

在上述类型的变压器中，还必须提供对引线所穿过的绕组的屏蔽。提供此类屏蔽的传统方式是，通过在绕组的顶部和底部处提供作为两个分离薄屏蔽环的屏蔽。然而，这样电场就在屏蔽环处是不均匀且高的。

还必须在中心导线与其所通过的绕组之间提供绝缘。此绝缘可能难以设计。

绝缘的设计所面临的一个问题是上述屏蔽系统在绝缘中引起高介电蠕变应力(dielectric creep stress)。

绝缘的设计可能面临的另一问题是，如何设计该绝缘以使得其还能够接收组装力以及外部绕组上的短路力。

在这方面，存在对于解决上述问题中的至少某些的改进屏蔽的需要。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种具有改进屏蔽的紧凑型电感装置。

根据本发明，通过一种电感装置来达到此目的，所述电感装置包括：第一和第二同心绕组，其缠绕在电感装置的中心轴线周围，其中第二绕组被放置在第一绕组外部，并且以两个分离部分、即第一上部和第二下部来提供，

其中在第二绕组的第一和第二部分之间存在开口，并且第一绕组具有通过所述开口的第一绕组连接，

所述电感装置还包括围绕中心轴线并在第二绕组的上部和下部之间一直伸展的同心电屏蔽元件，所述屏蔽元件包括金属屏蔽层。

本发明具有许多优点。其提供了一种紧凑型且不那么笨重的电感装置。此外，由于屏蔽元件从第二绕组的第一部分一直伸展到第二绕组的第二部分，所以在接近于第二绕组的任何部分的绝缘中不存在边缘。从而，避免了绝缘中的高介电蠕变应力(dielectriccreep stress)的问题。

附图说明

下面将参考附图来描述本发明，在所述附图中：

图1示意性地示出了变压器，

图2示意性地示出了穿过图2中的变压器的横截面，

图3示意性地示出了穿过在变压器中使用的屏蔽元件的横截面，

图4示出了绝缘的各部分、屏蔽元件和屏蔽元件中的开口的一部分处的绕组的横截面图，其中围绕开口的屏蔽元件的一部分是开口对接部，以及

图5示出了屏蔽元件的开口对接部的详细横截面。

具体实施方式

本发明涉及一种可以在诸如高压转换器变压器之类的高压应用中使用的电感装置，例如变压器。作为示例，可以在超高压AC(UHVAC)和超高压DC(UHVDC)应用中使用该电感装置，其中，AC电压在750kV-1000kV的区域中，并且DC电压可以在600-800kV范围内。

然而，必须强调的是，这仅仅是其中可以使用本发明的一个领域。

然后可以为电感装置(诸如变压器)装配由第二绕组同心地围绕的第一绕组。

此类电感装置的功率传输能力可能需要是高的，这进而要求大绝缘距离和因此要求大绕组。

类似于电压器的电感装置可能因此而变得笨重，其中影响该笨重性的一个因素因此是所需绝缘距离。然而可以减小该尺寸。减小尺寸的一个方式是，通过使到第一绕组的连接通过电感装置的第二绕组的中心以物理方式抽出。

减小尺寸的一个方式因此是通过提供用于通过第二绕组的中间连接至第一绕组的第一绕组导体。

图1示出了具有此类实现的示意性变压器的透视图。图2示出了图1中的变压器的示意性剖面图。

如在图1和2中可以看到的，变压器TR具有圆筒形状，并且包括缠绕在芯部C周围的多个物理绕组。在这里存在有第一内绕组W1，并且在此第一绕组W1外部存在第二外绕组，该第二绕组是以两个分离部分提供的：第一上部W2U和第二下部W2L。芯部C从而形成或限定中心轴线，第一绕组W1和第二绕组缠绕在该中心轴线周围，其中第二绕组缠绕在第一绕组W1外部。绕组可以被相互电感耦合。因此绕组围绕着变压器芯部C同心地提供。芯部的下端被连接到第一磁轭Y1，并且上端被连接到第二磁轭Y2。

第一上部W2U和第二下部W2L此外被同心静电屏蔽元件SH分离，该同心静电屏蔽元件SH从第二绕组的上部W2U向其下部W2L一直伸展。该屏蔽此外被电(galvanically)连接至第二绕组。从而，围绕着中心轴线还同心地提供了静电屏蔽元件。

此外，如在图1和2中可以看到的，在此第一绕组W1的中间处提供了第一绕组连接W1C，即到第一绕组W1的电连接。第一绕组连接W1C还伸展或通过第二绕组的上部和下部W2U和W2L之间的开口。屏蔽元件HS进一步围绕该开口。在围绕开口的区域中，屏蔽SH提供有开口对接部。该开口对接部可以具有类似于半个圆管(toroid)的形状，其完全环绕所述孔。这意味着开口对接部可以具有类似于半圆形的剖面区域。

此外，可以以两半或两个部分提供屏蔽元件。可以存在从第二绕组的上部W2U开始伸展的上部SHU和从第二绕组的下部W2L开始伸展的下部SHL。然后屏蔽元件的第一和第二部分可以在中心轴线的方向上在开口处彼此相接。

通过以两个部分提供屏蔽元件，简化了变压器的组装。

虽然在图1和2中未示出，但在第一绕组W1、第二绕组与第一绕组连接W1C之间可以存在绝缘。于是通常还可以在屏蔽元件SH与第一绕组连接W1C之间的开口中提供此类绝缘。在芯部C与第一绕组W1之间也可以存在绝缘。此外可以在第二绕组的外部(即在背对中心轴线的侧面上)以及围绕着离开变压器TR的第一绕组连接W1C)提供绝缘。

通过第二绕组的上部W2U和W2L之间的开口离开变压器TR的第一绕组连接W1C，这一上述实现具有提供更加紧凑的变压器的优点。因而，变压器TR运输起来更为容易，并且搬运起来也更为容易。这还提供了经济、具有低损耗和高可靠性的变压器。此外，由于不均匀的绝缘系统，所以在轴向方向上从第一绕组W1(即经由第一或第二磁轭Y1和Y2)取出的电压具有比第一绕组连接W1C的电位显著更低的电位。

然而，除非特别注意屏蔽的实现，否则可能发生与围绕着第二绕组提供的绝缘相关联的许多问题。

通常地将发生的问题中的一个是由不均匀电场引起的介电高蠕变应力的问题。

由于屏蔽元件SH在第二绕组的上部和下部W2U和W2L之间一直伸展这一事实，所以该屏蔽在第二绕组的上部和下部中的任一个处均不具有边缘。因此这从介电观点出发是有益的，因为电场是均匀的，并且可以避免高介电应力。

与绝缘相关联的另一问题是绕组将被暴露于组装力和短路力。这些可能使第二绕组的上部和下部W2U和W2L之间的绝缘设计变得复杂。

本发明的一个变型涉及此该进一步问题。根据本变型，屏蔽元件SH搁置在第二绕组的下部W2L上，第二绕组的上部W2U搁置在屏蔽元件上。从而，屏蔽元件SH接收所有的组装和短路力。由于屏蔽元件SH接收到所有力，所以在开口中提供的用于在第二绕组与第一绕组导体W1C之间绝缘的绝缘并未接收到此力。因此，只须将此绝缘尺寸确定为用于提供良好的绝缘性质。不需要考虑来自组装和短路的力，这简化了绝缘的构造。

图3示意性地示出了穿过适合于接收第二绕组的上部的力的屏蔽元件SH的横截面，该横截面是在与围绕孔的区域分开的区域处截取的。

屏蔽元件包括被设计成接收并承受第二绕组的力的支撑材料层SUM、围绕支撑材料层SUM的绝缘材料层INM和在支撑材料层SUM与绝缘材料层INM之间的屏蔽材料层SHM。支撑材料SUM层或支撑层从而比屏蔽材料层SHM或屏蔽层更厚，并且有利地比屏蔽层和绝缘材料层INM或绝缘层一起更厚。

支撑层可以由能够承受力的材料制成。其因此可以有利地是丝绕玻璃纤维。

屏蔽层进而被设计成用于具有良好的屏蔽能力。出于此原因，其可以是电绝缘材料的，诸如具有良好电传导能力的金属。因此其可以是铝箔或铝膜，这另外是轻质的。从而还可以看到屏蔽必须是电屏蔽。

绝缘层可以是常规绝缘层，诸如一层纤维素。

此类结构具有承受机械力的良好能力。

上文提到了开口对接部被成形为是具有圆形横截面的圆管的半部分。这可以略微改变。

图4示出了绝缘IS的各部分、屏蔽元件SHL的下部的开口对接部OIS的部分以及开口区域中的第二绕组的下部W2L的一部分的横截面图。在图5中更详细地示出了开口对接部OIS的横截面。

可以看到的是，开口对接部OIS不是完全圆形的，而是具有偏离圆形的弯曲部分。该弯曲部分此外从与中心轴线成直角地面向第一绕组W1的第一点FP向与中心轴线成直角地背对第一绕组W1的第二点SP伸展一百八十度。

此外，横截面的弯曲部分的半径R改变。半径R在径向向内(即朝向第一绕组W1)的方向上比从变压器径向向外更高。

开口对接部OIS的结缘层INM此外从第一点朝着第二点SP伸展近似一百二十度。

开口对接部OIS的此实现具有优点，即相对于绝缘且尤其是在介电应力的减小方面提供了进一步改善。

其中本发明有利的一个明显领域与高压下的输电相关，因为在此领域中尺寸限制是令人关心的。然而，尺寸限制在其它电压范围内也可以是令人关心的。因此必须认识到的是，本发明局不限于高压应用。此外，即使已相对于变压器描述了本发明，应知道的是，其可以在包括至少两个同心绕组的任何电感装置中实现。

根据先前的讨论显而易见的是，可以用许多方式来改变本发明。

因此应认识到的是本发明仅受到以下权利要求的限制。

Claims

1.一种电感装置(TR)，包括：

-第一同心绕组和第二同心绕组(W1，W2U，W2L)，其缠绕在所述电感装置的中心轴线周围，其中所述第二绕组被置于所述第一绕组外部，并以两个分离部分、即第一上部(W2U)和第二下部(W2L)来提供，

-其中在所述第二绕组的所述第一部分和所述第二部分(W2U、W2L)之间存在开口，并且所述第一绕组具有通过所述开口的第一绕组连接(W1C)，

-所述电感装置还包括同心电屏蔽元件(SH)，其围绕所述中心轴线并在所述第二绕组的所述上部(W2U)和所述下部(W2L)之间一直伸展，所述屏蔽元件包括金属屏蔽层。

2.根据权利要求1所述的电感装置，所述屏蔽元件(SH)搁置在所述第二绕组的所述第二部分(W2L)上，所述第二绕组的所述第一部分(W2U)搁置在所述屏蔽元件上，使得所述屏蔽元件接收所述第二绕组的所述上部(W2U)的重力，所述屏蔽元件进一步围绕所述开口。

3.根据权利要求1或2所述的电感装置，其中所述屏蔽元件包括从所述第二绕组的所述上部(W2U)伸展的上部(SHU)和从所述第二绕组的所述下部(W2L)伸展的下部(SHL)，所述屏蔽元件的所述第一部分和第二部分在所述开口处在所述中心轴线的方向上彼此相接。

4.根据前述权利要求任一项所述的电感装置，其中所述屏蔽元件包括被设计成接收并承受所述第二绕组的所述上部的重力的支撑层(SUM)和围绕所述支撑层的绝缘层(INM)，其中所述屏蔽层(SHM)被提供在所述支撑层与所述绝缘层之间。

5.根据权利要求4所述的电感装置，其中所述支撑层是丝绕玻璃纤维。

6.根据权利要求4或5所述的电感装置，其中所述屏蔽层是金属箔，诸如铝箔。

7.根据前述权利要求任一项所述的电感装置，其中所述屏蔽元件具有围绕所述开口的开口对接部(OIS)，所述开口对接部(OIS)是弯曲的，弯曲部分从与中心轴线成直角地面向第一绕组(W1)的第一点(FP)向与中心轴线成直角地背对第一绕组(W1)的第二点(SP)伸展一百八十度。

8.根据权利要求7所述的电感装置，其中所述弯曲部分具有在朝向所述第一绕组(W1)的方向上比在远离所述第一绕组(W1)的方向上更高的半径(R)。

9.根据从属于权利要求4时的权利要求8所述的电感装置，其中所述开口对接部的所述绝缘层从所述第一点朝着所述第二点伸展一百二十度。

10.根据前述权利要求任一项所述的电感装置，还包括位于所述屏蔽元件(SH)与所述第一绕组连接(W1C)之间的所述开口中的绝缘(IS)。

11.根据权利要求10所述的电感装置，还包括位于所述第一绕组、所述第二绕组以及所述第一绕组连接之间的绝缘。

12.根据前述权利要求任一项所述的电感装置，其中所述电感装置被设计成用于600-1200kV范围内的操作。

13.根据前述权利要求任一项所述的电感装置，其中所述电感装置为变压器(TR)。

14.根据权利要求1-12中的任一项所述的电感装置，其中所述电感装置为电抗器。