CN107768114A - 一种高压复合绝缘供能变压器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高压复合绝缘供能变压器，本发明包括干式套管、器身罐体、高压线圈、低压线圈和铁心，高压线圈、低压线圈和铁心设置在器身罐体内，所述的高压线圈通过干式套管悬挂在器身罐体内，干式套管的下端从器身罐体的顶部穿入器身罐体，高压线圈悬挂在干式套管的下端，高压线圈全部重量由干式套管承载。本发明避免因设置高压线圈的绝缘支撑而造成的电气安全隐患，更好的提高了电气设备绝缘性能和可靠性能。并且本发明变压器结构紧凑、维护方便、电气性能稳定及防爆性能优异，本发明解决了当前直流输电系统中关键设备直流断路器的供能问题，从而更好的促进世界输电系统的良好发展。
Description
技术领域
本发明涉及一种供能变压器，尤其涉及一种高压复合绝缘供能变压器。
背景技术
当前，电网一次变电设备主要采用瓷绝缘油套管，在实际运行过程中已发生多起瓷套管的爆炸事故，以及变压器油燃爆事故，严重影响电网的安全稳定运行，同时爆炸带来的巨大破坏性严重威胁周围设备的安全以及作业人员的人身安全，迫切需要开展相关研究，确保设备安全和人身安全。
世界电力输电系统正朝着更加节能、环保的直流输电发展，为此科学家们正在开发相应的重大电力安全控制设备直流断路器，而直流断路器又必需要一种能解决供能问题的设备，现有变压器的高压线圈需要设置绝缘支撑来承载，绝缘支撑会带安全隐患，不适于直流断路器供能使用。
发明内容
本发明所要解决的技术问题：提供一种电气设备绝缘性能和可靠性能好的高压复合绝缘供能变压器。
为了解决上述技术问题，本发明包括干式套管、器身罐体、高压线圈、低压线圈和铁心，高压线圈、低压线圈和铁心设置在器身罐体内，所述的高压线圈通过干式套管悬挂在器身罐体内，干式套管的下端从器身罐体的顶部穿入器身罐体，高压线圈悬挂在干式套管的下端，高压线圈全部重量由干式套管承载。
为了进一步提高电气设备绝缘性能，所述的高压线圈包括开口金属屏蔽环、高压导线、玻璃钢筒、绝缘纸和连接法兰，高压导线绕制在玻璃钢筒上，每层绕线间使用绝缘纸隔离，玻璃钢筒及高压导线卡装在一个开口金属屏蔽环内部，开口金属屏蔽环包括两个半柱形壳体，两个半柱形壳体之间有间隙，形成开口，两个半柱形壳体的顶部开口处设置有连接法兰，开口金属屏蔽环内部通过环氧树脂将玻璃钢筒、高压导线、绝缘纸和开口金属屏蔽环固化成一个整体。
为了减少器身罐体的容积，所述的器身罐体顶部设置有外径小于器身罐体的过渡罐体，所述的干式套管从外到内依次为空心绝缘子、电容芯子和导电管，干式套管的上端设置有空气侧高压端屏蔽环和电源输出接线端子，空心绝缘子位于过渡罐体上方，过渡罐体和空心绝缘子之间通过套筒法兰连接，电容芯子和导电管从套筒法兰和过渡罐体伸入到器身罐体内，电容芯子和导电管的下端连接有导电管连接装置，导电管连接装置上设置有尾端屏蔽，导电管连接装置通过连接器连接高压线圈。
为了提高连接器处的电气安全性，所述的连接器处于尾端屏蔽的屏蔽范围内。
为了便于检测电容芯子的电气性能，所述的套筒法兰上设置有干式套管末屏装置。
为了防止连接器旋转造成高压线圈发生位移，所述的连接器包括金属圆管、锁紧块和环氧浇注法兰，金属圆管的中部的两侧各固定有一个锁紧块，金属圆管的下端通过环氧树脂浇注形成所述的环氧浇注法兰，导电管连接装置的两侧各设置有一个锁紧块的插接槽，连接器的金属圆管插在导电管连接装置中，两个锁紧块分别插在导电管连接装置的两个插接槽中，锁紧块与相应的插接槽通过螺栓连接，连接器的环氧浇注法兰与高压线圈的连接法兰连接。
为了提高安全性，所述的过渡罐体和器身罐体内填充有电气绝缘气体。
本发明有益效果：本发明的高压线圈悬挂在干式套管下端，不需要其它绝缘支撑，从而避免因设置高压线圈的绝缘支撑而造成的电气安全隐患，更好的提高了电气设备绝缘性能和可靠性能。并且本发明变压器结构紧凑、维护方便、电气性能稳定及防爆性能优异，可有效防止该产品在运行中发生SF6等绝缘气体泄漏事故的发生，能显著的提高其电气绝缘性能，保证设备能长期稳定的可靠运行，也能更好的避免该类产品在发生绝缘击穿等故障时发生爆炸事故。本发明解决了当前直流输电系统中关键设备直流断路器的供能问题，从而更好的促进世界输电系统的良好发展。
附图说明
图１是本发明的主视结构示意图（干式套管处于半剖，过渡罐体和器身罐体处于全剖状态）；
图２是本发明的左视结构示意图（干式套管处于半剖，过渡罐体和器身罐体处于全剖状态）；
图３是本发明的高压线圈结构示意放大图；
图４是本发明的连接器全剖结构示意放大图；
图５是图２中Ａ局部放大图；
图中：1、空气侧高压端屏蔽环，2、干式套管，3、过渡罐体，4、压力防暴装置，5、器身罐体，6、导电管连接装置，7、充气装置及密度继电器，8、高压线圈，9、低压线圈，10、夹件屏蔽环，11、铁心夹件，12、铁心，13、罐体底部法兰，14、连接器，15、尾端屏蔽，16、套筒法兰，17、上法兰，18、电源输出接线端子，19、底座，20、电源输入端子盒，21、干式套管末屏装置，22、辅助安装孔，2-1、空心绝缘子，2-2、电容芯子，2-3、导电管，8-1、开口金属屏蔽环，8-2、高压导线，8-3、玻璃钢筒，8-4、绝缘纸，8-5、连接法兰，14-1、金属圆管，14-2、锁紧块，14-3、环氧浇注法兰。
具体实施方式
如图１和图２所示的高压复合绝缘供能变压器，它包括干式套管2、器身罐体5、高压线圈8、低压线圈9和铁心12，高压线圈８、低压线圈９和铁心12设置在器身罐体内，高压线圈8通过干式套管2悬挂在器身罐体5内，高压线圈8全部重量由干式套管2承载。
器身罐体5的顶部设置有外径小于器身罐体5的过渡罐体3，器身罐体5上设置有辅助安装孔22、充气装置及密度继电器7和压力防暴装置4。过渡罐体3是为了减小器身罐体5的整体体积，以及减少绝缘气体的使用量而专门设计的。过渡罐体3和器身罐体5内填充有绝缘介质，绝缘介质为SF6等电气绝缘气体。
如图１、图２和图５所示，干式套管2从外到内依次为空心绝缘子2-1、电容芯子2-2和导电管2-3，干式套管2的上端设置有空气侧高压端屏蔽环1和上法兰17，上法兰17上安装有电源输出接线端子18，空心绝缘子2-1位于过渡罐体3上方，过渡罐体3和空心绝缘子2-1之间通过套筒法兰16连接，电容芯子2-2和导电管2-3从套筒法兰16和过渡罐体3伸入到器身罐体5内，电容芯子2-2和导电管2-3的下端连接有导电管连接装置6，导电管连接装置6上设置有尾端屏蔽15，导电管连接装置6通过连接器14连接高压线圈。
电容芯子2-2可以是胶浸纸电容芯子或者是玻璃钢电容芯子，但不限于这两种，胶浸纸电容芯子由电力绝缘皱纹纸和铝箔按预设程序尺寸卷绕在导电管上，通过环氧树脂系统真空脱气后，在高真空、高压力下浸渍电力绝缘皱纹纸固化而成。玻璃钢电容芯子是由玻璃纤维和半导电胶带按预设程序尺寸卷绕在导电管上，然后通过环氧树脂系统真空脱气后，在高真空、高压力下浸渍玻璃纤维固化而成。
空心绝缘子2-1为硅橡胶复合空心绝缘子，空心绝缘子2-1是通过高温硫化硅橡胶整体注射在环氧玻璃钢筒上，高温硫化成型工艺实现的；在电压等级稍微低一点的产品上,也可以直接在电容芯子2-2上硫化成型硅橡胶伞群护套。
尾端屏蔽15通过螺栓可靠、牢固安装在干式套管的导电管连接装置6上，能很好的起到屏蔽干式套管的尾端电场强度和连接器电场强度的作用。
套筒法兰16和电容芯子2-2是通过环氧胶装工艺可靠、牢固胶装连接的。
套筒法兰16上设置有对电容芯子2-2进行电容量和介质损耗等参数测量的干式套管末屏装置21；空心绝缘子2-1内填充有SF6等电气绝缘气体或固体类绝缘介质（如树脂或橡胶）。
如图３所示，高压线圈8包括开口金属屏蔽环8-1、高压导线8-2、玻璃钢筒8-3、绝缘纸8-4和连接法兰8-5，高压线圈8主要由玻璃钢筒8-3作为骨架，使用高压导线8-2按设计要求匝数均匀的绕制在玻璃钢筒8-3上，高压导线8-2是铜扁线或者漆包线，每层绕线间使用绝缘纸8-4隔离，从而保证了足够的层间绝缘强度要求。然后将绕制好的线圈卡装入一个开口金属屏蔽环8-1内部，开口金属屏蔽环8-1包括两个半柱形壳体，安装时两个半柱形壳体留出间隙，形成开口状，两个半柱形壳体的顶部开口处设置有连接法兰8-5，连接法兰8-5的中心孔为电源线输出通道，在开口金属屏蔽环8-1内部还可以充入优质的环氧树脂将玻璃钢筒8-3、高压导线8-2、绝缘纸8-4和开口金属屏蔽环8-1固化成一个整体。
高压线圈8通过连接器14连接安装在干式套管2的尾端的导电管连接装置6上，从而形成悬臂吊装结构，避免使用了其它绝缘支撑结构，更好的提高了电气设备绝缘性能和可靠性能。
如图４所示，连接器14包括金属圆管14-1、锁紧块14-2和环氧浇注法兰14-3，金属圆管14-1的中部的两侧各固定有一个锁紧块14-2，金属圆管14-1的下端通过环氧树脂浇注形成一个环氧浇注法兰14-3，锁紧块14-2上设有安装孔。
导电管连接装置6的两侧各设置有一个锁紧块14-2的插接槽，插接槽的两侧槽壁上设置有螺栓孔。连接器14的金属圆管14-1插在导电管连接装置6中，两个锁紧块14-2分别插在导电管连接装置6的两个插接槽中，并通过螺栓将锁紧块14-2与相应的插接槽连接。从而能防止连接器14相对于导电管连接装置６转动。连接器14的环氧浇注法兰14-3与高压线圈8的连接法兰8-5通过螺栓连接。环氧浇注法兰14-3可避免造成高压导线8-2和开口金属屏蔽环8-1的短路。
低压线圈9主要由空心玻璃钢圆筒作为骨架套装在铁心12上面，使用铜扁线或者漆包线作为低压导线按设计要求匝数均匀的绕制在玻璃钢圆筒上，每层绕线间使用绝缘纸隔离，从而保证了足够的层间绝缘强度要求。然后将一个开口的金属屏蔽罩卡装在低压导线绕阻的外圆上，并且焊接连通低压导线与金属屏蔽罩，使它们形成等电位体，避免出现悬浮电位放电。
铁心12是通过优质电力硅钢片叠加在一起，形成一个矩形窗口，其截面为近似圆形。在矩形窗口的两端分别使用2根槽钢通过螺栓连接来夹紧硅钢叠片，从而保证设计所需求的硅钢磁路和有效截面，这些槽钢还起到与罐体底部法兰13安装连接的作用，槽钢即为铁心夹件11。在槽钢的内侧（面向高压线圈8的一侧）附着安装一层圆弧状的金属屏蔽环，即夹件屏蔽环10，从而改善此处的电场强度。
充气装置及密度继电器7通过三通充气阀和一个自封法兰使用螺栓可靠、牢固连接在器身罐体5上面的；
安装方法：首先是将所述的铁心12是通过优质电力硅钢片叠加在一起，形成一个矩形窗口，其截面为近似圆形。然后使用铁心夹件11在矩形窗口的两端分别使用2根槽钢通过螺栓连接来夹紧硅钢叠片，从而保证设计所需求的硅钢磁路和有效截面。在槽钢的内侧（面向高压线圈屏蔽侧）附着安装夹件屏蔽环10，从而改善此处的电场强度。再将所述的低压线圈9，主要由空心玻璃钢圆筒作为骨架套装在铁心12上面，在玻璃钢圆筒绕制低压导线，每层绕线间使用绝缘纸隔离，从而保证了足够的层间绝缘强度要求。然后安装金属屏蔽环卡装在低压导线绕阻的外圆上，并且焊接连通低压导线与金属屏蔽环，使它们形成等电位体。
低压导线可以通过顺着夹件屏蔽环10接出引至电源输入端子盒20。接着将所述的高压线圈用骨架玻璃钢筒8-3套装在低压线圈9的外侧，使用铜扁线或者漆包线作为高压导线按设计要求匝数均匀的绕制在玻璃钢筒8-3上，每层绕线间使用绝缘纸8-4隔离，从而保证了足够的层间绝缘强度要求。然后将绕制好的线圈卡装入开口金属屏蔽环8-1内部，在开口金属屏蔽环8-1内部充入优质的环氧树脂将玻璃钢筒8-3、高压导线8-2、绝缘纸8-4和开口金属屏蔽环8-1固化成一个整体，形成高压线圈8。装配时在高压线圈8与低压线圈9之间可以临时使用一个柔性支撑块隔离，以防止它们摩擦碰撞。接下来将干式套管2与过渡罐体3对接组装（将套筒法兰16的下法兰与过渡罐体3上法兰对接组装），再利用连接器14将导电管连接装置6和高压线圈8的连接法兰8-5分别对接，并用螺栓牢固、可靠的固定，将所述的干式套管2、连接器14和高压线圈8装配形成悬臂吊装结构，避免使用了其它绝缘支撑结构，更好的提高了电气设备绝缘性能和可靠性能。电源输出线可以通过高压线圈8、连接器14和干式套管2引出至干式套管顶部的电源输出接线端子18。将干式套管２的尾端屏蔽15通过螺栓可靠、牢固安装在干式套管２尾端的导电管连接装置6上，能很好的起到屏蔽干式套管的尾端电场强度和连接器14电场强度的作用。接着将铁心12及铁心夹件11以及低压线圈9通过吊带挂吊在过渡罐体3上，使用车间行吊将它们居中吊入器身罐体5内，将罐体底部法兰13与器身罐体５的底座19对接，将铁心夹紧槽钢与罐体底部法兰13安装连接。通过辅助安装孔22撤走临时使用的柔性支撑块以及各部位吊具。在各需要密封的部位的法兰上安装双层密封圈后，通过螺栓连接过渡罐体3和器身罐体5的法兰，连接器身罐体5与罐体底部法兰13。在过渡罐体3上安装压力防暴装置4，在器身罐体侧面安装充气装置及密度继电器7，封装好辅助安装孔22，完成设备整体安装。最后通过充气装置及密度继电器7的充气装置的三通阀进行抽高真空，并给设备充入SF6绝缘介质。
本发明中低压线圈、铁心及屏蔽环可采用其它现有技术代替，干式套管也可以采用其它形式，本发明的创新点在于①设计出了一种整体式高压线圈及其开口屏蔽装置；②设计出了一种防转动的连接器；③采用干式套管将高压线圈悬挂在器身罐体内，从而使得高压线圈不需要设置绝缘支撑，提高此类产品的安全性和长期运行的可靠性。
Claims (7)
1.一种高压复合绝缘供能变压器，包括干式套管、器身罐体、高压线圈、低压线圈和铁心，高压线圈、低压线圈和铁心设置在器身罐体内，其特征在于：所述的高压线圈通过干式套管悬挂在器身罐体内，干式套管的下端从器身罐体的顶部穿入器身罐体，高压线圈悬挂在干式套管的下端，高压线圈全部重量由干式套管承载。
2.根据权利要求1所述的高压复合绝缘供能变压器，其特征在于：所述的高压线圈包括开口金属屏蔽环、高压导线、玻璃钢筒、绝缘纸和连接法兰，高压导线绕制在玻璃钢筒上，每层绕线间使用绝缘纸隔离，玻璃钢筒及高压导线卡装在一个开口金属屏蔽环内部，开口金属屏蔽环包括两个半柱形壳体，两个半柱形壳体之间有间隙，形成开口，两个半柱形壳体的顶部开口处设置有连接法兰，开口金属屏蔽环内部通过环氧树脂将玻璃钢筒、高压导线、绝缘纸和开口金属屏蔽环固化成一个整体。
3.根据权利要求２所述的高压复合绝缘供能变压器，其特征在于：所述的器身罐体顶部设置有外径小于器身罐体的过渡罐体，所述的干式套管从外到内依次为空心绝缘子、电容芯子和导电管，干式套管的上端设置有空气侧高压端屏蔽环和电源输出接线端子，空心绝缘子位于过渡罐体上方，过渡罐体和空心绝缘子之间通过套筒法兰连接，电容芯子和导电管从套筒法兰和过渡罐体伸入到器身罐体内，电容芯子和导电管的下端连接有导电管连接装置，导电管连接装置上设置有尾端屏蔽，导电管连接装置通过连接器连接高压线圈。
4.根据权利要求3所述的高压复合绝缘供能变压器，其特征在于：所述的连接器处于尾端屏蔽的屏蔽范围内。
5.根据权利要求3所述的高压复合绝缘供能变压器，其特征在于：所述的套筒法兰上设置有干式套管末屏装置。
6.根据权利要求３所述的高压复合绝缘供能变压器，其特征在于：所述的连接器包括金属圆管、锁紧块和环氧浇注法兰，金属圆管的中部的两侧各固定有一个锁紧块，金属圆管的下端通过环氧树脂浇注形成所述的环氧浇注法兰，导电管连接装置的两侧各设置有一个锁紧块的插接槽，连接器的金属圆管插在导电管连接装置中，两个锁紧块分别插在导电管连接装置的两个插接槽中，锁紧块与相应的插接槽通过螺栓连接，连接器的环氧浇注法兰与高压线圈的连接法兰连接。
7.根据权利要求3-6中任何一项所述的高压复合绝缘供能变压器，其特征在于：所述的过渡罐体和器身罐体内填充有电气绝缘气体。
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