CN108305764A - 一种干式高频变压器 - Google Patents

Abstract

本发明属于干式变压器技术领域，具体涉及一种能够提升干式高频变压器的绝缘性能、降低变压器局部放电量的具有绝缘结构的绕组。本发明通过在绕组线圈与绝缘层之间加设具有缓冲效果的过渡层，实现了绕组与绝缘层之间的良好衔接，避免了现有技术中绝缘层与绕组之间存在间隙和裂缝的现象，能够有效降低局部放电水平，并进一步的通过优选绝缘弹性材质和静电屏蔽材质作为过渡层，杜绝了高低压侧绝缘层局部放电量大的安全隐患，大大提升干式高频变压器的绝缘性能和使用寿命，提升电力电子变压器装置的长期运行可靠性。

Description

一种干式高频变压器

技术领域

本发明属于干式变压器技术领域，具体涉及一种能够提升干式高频变压器的绝缘性能、降低变压器局部放电量的具有绝缘结构的绕组。

背景技术

电力电子变压器(Power Electronic Transformer，简称PET)是一种新型变压器，其通过电力电子器件和电力电子变换技术进行能量的转换与控制。相较于传统变压器而言，电力电子变压器体积更小、重量更轻，具有节材和节能的优势。电力电子变压器在智能电网中具有广阔的应用前景，其不仅能够为微网、分布式能源和可再生能源提供柔性接入方案；还可以保证电力系统的电能质量，充分满足电力用户对供电可靠性、安全性、灵活性和经济性的需求；并且能够实现多端口交直流供电。

高频变压器是PET的核心器件，主要起隔离、变压和传输功率的作用。高频变压器由磁芯和缠绕于磁芯上的初级绕组与次级绕组构成，利用电磁感应原理，匝数不同的初级绕组与次级绕组的电压不同，从而实现电压的转换。应用于PET中的高频变压器必须采用干式绝缘技术来实现无油化设计、从而提升PET的整体可靠性。现有技术中的干式绝缘往往通过环氧树脂浇注来实现。

中国专利文献CN105810418A提供了一种高频变压器的绝缘结构，其通过在设置有绝缘层的铁芯外进行低、高压绕组的同心绕制，并在低压绕组和高压绕组中间，以及高压绕组和外壳之间浇注环氧树脂绝缘层，得到了高压高频变压器。该技术在制备变压器时，将环氧树脂浇注入预留的空隙中，然后再将其固化。然而，环氧树脂在固化时，会发生一定的收缩，这就使得高频变压器内部的不同介质之间的界面出现裂纹和气隙，发生沿面放电，从而导致干式绝缘结构的绝缘性能下降、变压器内局部放电量增大；甚至会在变压器长期运行时引起绝缘击穿、造成高低压侧短路而带来严重的安全事故。

可见，现有技术中仅由环氧树脂组成的干式绝缘结构并不能满足高频变压器的长期运行可靠性需求。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中仅由环氧树脂组成的干式绝缘结构并不能满足高频变压器的长期运行可靠性需求的问题，进而提供一种新型的具有绝缘结构的绕组。

本发明的发明目的是通过以下技术方案实现的：

一种具有绝缘结构的绕组，包括第一绝缘层、线圈和第二绝缘层，所述第一绝缘层设置于所述线圈围合而成的空间内，所述第二绝缘层设置于所述线圈围合而成的空间外；还包括至少一个过渡层，所述过渡层设置于所述线圈与所述第一绝缘层之间，和/或所述过渡层设置于所述线圈与所述第二绝缘层之间，所述过渡层用于填充所述线圈与所述第一绝缘层和/或所述绕组与所述第二绝缘层之间的间隙。

所述第一绝缘层、所述第二绝缘层以及所述过渡层均为筒状结构，并与所述线圈同心设置。

当所述具有绝缘结构的绕组用作低压绕组时，位于所述线圈与所述第一绝缘层之间的所述过渡层的材质为弹性绝缘材料。

所述弹性绝缘材料为硅橡胶。

位于所述线圈与所述第二绝缘层之间的所述过渡层的材质为静电屏蔽材料。

当所述具有绝缘结构的绕组用作高压绕组时，位于所述线圈与所述第一绝缘层和/或位于所述线圈与所述第二绝缘层之间的所述过渡层的材质为静电屏蔽材料。

所述静电屏蔽材料为半导体皱纹纸和/或半导体自粘带。

在所述线圈与所述第一绝缘层之间还设置有第三绝缘层，所述第三绝缘层与所述线圈同心设置。

所述第三绝缘层的外壁上涂覆半导体漆，和/或覆盖半导体皱纹纸。

所述第一绝缘层的材质为环氧树脂；和/或所述第二绝缘层的材质为环氧树脂；和/或所述第三绝缘层的材质包括环氧树脂和增强纤维。

所述线圈由离子导体材料绕制而成。

一种干式高频变压器，包含如前所述的任一种具有绝缘结构的绕组。

一种干式高频变压器，包含如前所述的任一种用作低压绕组的具有绝缘结构的绕组、以及任一种用作高压绕组的具有绝缘结构的绕组。

上述干式高频变压器中，所述第一绝缘层、所述第二绝缘层以及所述过渡层均为筒状结构，并与所述线圈同心设置。

所述第一绝缘层的材质为环氧树脂；和/或所述第二绝缘层的材质为环氧树脂；和/或所述第三绝缘层的材质包括环氧树脂和增强纤维。

所述线圈由离子导体材料绕制而成。

本发明的技术方案具有以下有益效果：

1.本发明提供的具有绝缘结构的绕组，是一种绝缘性能好、局部放电量小的新式绕组结构。本发明通过在线圈与绝缘层之间设置能够起到缓冲作用的过渡层，实现了绝缘层与线圈之间的紧密衔接，有效避免了现有技术中绝缘层与线圈之间存在的间隙和裂缝现象，从而成功解决了变压器内部不同材质之间界面的沿面放电问题，大大提高了高频变压器的长期运行可靠性。

2.本发明提供的具有绝缘结构的绕组，通过选用弹性良好的硅橡胶作为低压绕组中线圈与第一绝缘层之间的过渡层的材料，在保证绝缘性能的同时，能够达到良好的缓冲效果；通过选用半导体皱纹纸等静电屏蔽材质作为低压绕组中线圈与第二绝缘层之间以及高压绕组中线圈与两侧绝缘层之间的过渡层，能够将其紧邻的线圈作为等电位体，屏蔽该线圈内、外部电场的影响，均匀电场，进一步降低局部放电水平，还能起到一定缓冲作用，从而杜绝高频变压器在长期运行时有可能发生的绝缘击穿而造成高低压侧短路的安全隐患。

3.本发明提供的具有绝缘结构的绕组，还可以根据工程需要和产品需求增设第三过渡层，该第三过渡层能够对高压绕组中的线圈起到固定和支撑作用，也更便于线圈的缠绕。

4.本发明提供的干式变压器，内部的局部放电量小，能够长期稳定的运行，有效避免绝缘击穿造成的高低压侧短路的安全隐患，提高了高频变压器的使用寿命，对提升电力电子变压器装置的长期运行可靠性具有重要意义。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式中的技术方案，下面将对具体实施方式描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例3所提供的干式高频变压器中具有绝缘结构的绕组的示意图。

上述附图中的附图标记说明如下：

1-绝缘层一；2-过渡层一；3-低压绕组线圈；4-过渡层二；5-绝缘层二；6-高压绝缘筒；7-过渡层三；8-高压绕组线圈；9-过渡层四；10-绝缘层三。

具体实施方式：

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

实施例1

本实施例提供的具有绝缘结构的绕组，依次包括第一绝缘层、过渡层一、线圈、过渡层二和第二绝缘层。该线圈采用离子导体材料作为导线绕制而成，线圈的匝间采用绝缘材料隔开，可选DMD绝缘复合材料，第一绝缘层和第二绝缘层采用浇注环氧树脂作为材料，过渡层一和过渡层二由硅橡胶板制成。

通过在线圈与绝缘层之间设置过渡层，能够起到缓冲作用，减少绝缘层与线圈之间的界面出现气隙和裂缝的现象，避免沿面放电，从而提高绝缘性能，减小局部放电水平。绝缘弹性材质为优选的过渡层材质。

实施例2

本实施例提供的具有绝缘结构的绕组，结构上与实施例提供具有绝缘结构的绕组相同，不同之处在于本实施例的过渡层二为静电屏蔽材料半导体皱纹纸制成，这样，过渡层二既能够起到一定的缓冲作用，又能够屏蔽线圈外部的电场，达到均匀电场的效果，进一步的降低局部放电水平，从而杜绝发生击穿短路的情况。

实施例3

本实施例提供的具有绝缘结构的绕组，依次包括第一绝缘层、过渡层一、线圈、过渡层二、第二绝缘层。其中，过渡层一和过渡层二均采用静电屏蔽材料制成。

通过选用静电屏蔽材质作为过渡层一和过渡层二的材料，能够很好的将线圈内、外部的电场屏蔽，使得此具有绝缘结构的绕组更加适合用作高压绕组，具有更优的绝缘性能，最大限度的减小局部放电水平，保证该具有绝缘结构的绕组在长期运行过程中安全可靠。

本实施例中采用半导体自粘带作为静电屏蔽材料，采用弹性绝缘材质硅橡胶板作为过渡层；采用离子导体材料作为线圈导线。

实施例4

本实施例提供了一种具有绝缘结构的绕组，其为在实施例3提供的绕组结构基础上，在第一绝缘层和过渡层一之间增设一个能够对线圈起到固定和支撑作用的第三过渡层。

本实施例中选用环氧树脂和增强纤维制得的高压绝缘筒作为第三绝缘层，该高压绝缘筒的接口处采用半导体皱纹纸进行包裹固定。并在该高压绝缘筒外刷涂一层半导体漆，当然也可以选用包裹半导体皱纹纸的方式代替刷涂半导体漆，或者可以在高压绝缘筒外同时刷涂半导体漆和包裹半导体皱纹纸。

实施例5

本实施例提供的干式高频变压器，包括如图1所示的具有绝缘结构的绕组。该具有绝缘结构的绕组由低压绕组和高压绕组共同组成，二者与磁芯同心设置。该具有绝缘结构的绕组自磁芯起由内至外依次包括绝缘层一、过渡层一、低压绕组线圈、过渡层二、绝缘层二、高压绝缘筒、过渡层三、高压绕组线圈、过渡层四、绝缘层三。该低压绕组和高压绕组的线圈均接有引线，并且过渡层二接地。

本实施例中采用铁芯作为磁芯，采用环氧树脂作为绝缘层一、绝缘层二和绝缘层三，采用离子导体材料作为绕组线圈，采用硅橡胶板作为过渡层一，采用半导体皱纹纸作为过渡层二、过渡层三和过渡层四以起到屏蔽电场的作用。所述高压绝缘筒是采用环氧树脂与玻璃纤维共同制成的，其外部还刷有半导体漆并包裹半导体皱纹纸，该高压绝缘筒的接口处也采用半导体皱纹纸进行了包裹固定。

上述图1仅为本实施例提供的干式高频变压器的结构示意图，并未画出高频变压器中所有的组件，并且在实际生产中，低压绕组与高压绕组的线圈的相对缠绕位置是根据工程需要和产品需求设计的，图1并未给出准确的缠绕情况。

对比例

本对比例提供了一种干式高频变压器，由低压绕组和高压绕组共同组成，二者与磁芯同心设置。自铁芯起由内至外依次包括绝缘层一、低压绕组线圈、绝缘层二、高压绕组线圈、绝缘层三。该低压绕组和高压绕组的线圈均接有引线。

本对比例中采用采用环氧树脂作为绝缘层一、绝缘层二和绝缘层三，采用离子导体材料作为绕组线圈。

实验例

本实验例对实施例5和对比例提供的干式高频变压器进行局部放电量的测量，测量方法为：

分别将实施例5和对比例中的所有高压绕组的接线端子连接在一起施加电压，并将低压绕组与铁芯接地，施加电压的从0kv上升到18kV，持续30s，然后再降至13kV，并持续3min。测量此过程中的局部放电量，然后将施加电压降回至0kV，试验结束。

测量结果如下：对比例中的高频变压器的局部放电测试水平为1781pc，而实施例5所提供的高频变压器的局部放电测试结果为21.21pc，此测试条件下，测试背景的局部放电量为20pc，可见，将背景的局部放电量作为空白对照，则本申请中实施例5所提供的高频变压器局部放电趋近于0，绝缘效果得到极大改善。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。

Claims (16)

1.一种具有绝缘结构的绕组，包括第一绝缘层、线圈和第二绝缘层，所述第一绝缘层设置于所述线圈围合而成的空间内，所述第二绝缘层设置于所述线圈围合而成的空间外；其特征在于，

还包括至少一个过渡层，所述过渡层设置于所述线圈与所述第一绝缘层之间，和/或所述过渡层设置于所述线圈与所述第二绝缘层之间，所述过渡层用于填充所述线圈与所述第一绝缘层和/或所述绕组与所述第二绝缘层之间的间隙。

2.根据权利要求1所述的具有绝缘结构的绕组，其特征在于，所述第一绝缘层、所述第二绝缘层以及所述过渡层均为筒状结构，并与所述线圈同心设置。

3.根据权利要求1或2所述的具有绝缘结构的绕组，其特征在于，当所述具有绝缘结构的绕组用作低压绕组时，位于所述线圈与所述第一绝缘层之间的所述过渡层的材质为弹性绝缘材料。

4.根据权利要求3所述的具有绝缘结构的绕组，其特征在于，所述弹性绝缘材料为硅橡胶。

5.根据权利要求3所述的具有绝缘结构的绕组，其特征在于，位于所述线圈与所述第二绝缘层之间的所述过渡层的材质为静电屏蔽材料。

6.根据权利要求1或2所述的具有绝缘结构的绕组，其特征在于，当所述具有绝缘结构的绕组用作高压绕组时，位于所述线圈与所述第一绝缘层和/或位于所述线圈与所述第二绝缘层之间的所述过渡层的材质为静电屏蔽材料。

7.根据权利要求5或6所述的具有绝缘结构的绕组，其特征在于，所述静电屏蔽材料为半导体皱纹纸和/或半导体自粘带。

8.根据权利要求6所述的具有绝缘结构的绕组，其特征在于，在所述线圈与所述第一绝缘层之间还设置有对所述线圈起固定和支撑作用的第三绝缘层，所述第三绝缘层与所述线圈同心设置。

9.根据权利要求8所述的具有绝缘结构的绕组，其特征在于，所述第三绝缘层的外壁上涂覆半导体漆，和/或覆盖半导体皱纹纸。

10.根据权利要求1-9任一项所述的具有绝缘结构的绕组，其特征在于，所述第一绝缘层的材质为环氧树脂；和/或所述第二绝缘层的材质为环氧树脂；和/或所述第三绝缘层的材质包括环氧树脂和增强纤维。

11.根据权利要求1-10任一项所述的具有绝缘结构的绕组，其特征在于，所述线圈由离子导体材料绕制而成。

12.一种干式变压器，其特征在于，包含权利要求1-11任一项所述的具有绝缘结构的绕组。

13.根据权利要求12所述的干式变压器，其特征在于，包含权利要求3-5任一项所述的具有绝缘结构的绕组、以及权利要求6-9任一项所述的具有绝缘结构的绕组。

14.根据权利要求13所述的干式变压器，其特征在于，所述第一绝缘层、所述第二绝缘层以及所述过渡层均为筒状结构，并与所述线圈同心设置。

15.根据权利要求13或14所述的干式变压器，其特征在于，所述第一绝缘层的材质为环氧树脂；和/或所述第二绝缘层的材质为环氧树脂；和/或所述第三绝缘层的材质包括环氧树脂和增强纤维。

16.根据权利要求12-15任一项所述的干式变压器，其特征在于，所述线圈由离子导体材料绕制而成。