CN110246663A - 一种油浸式空心电抗器及其油道结构 - Google Patents

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袁召
陈隽
陈立学
任劼帅
夏天
黄天顺
李心一
汪涛
谢齐家
涂亚龙
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JIANGSU SHENGHUA ELECTRIC CO Ltd
Huazhong University of Science and Technology
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Electric Power Research Institute of State Grid Hubei Electric Power Co Ltd
Xian XD Switchgear Electric Co Ltd
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Huazhong University of Science and Technology
State Grid Corp of China SGCC
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Xian XD Switchgear Electric Co Ltd
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Abstract

本发明提供一种油浸式空心电抗器及其油道结构，所述油道结构包括外壳、设于外壳内的多个电抗器线圈、设于电抗器线圈底部的绝缘填充层，多个电抗器线圈从上至下叠次排列，绝缘填充层与下方线圈的上表面之间形成一定高度的横向油道，横向油道内供绝缘油通过，顶部部分连续电抗器线圈间横向油道的宽度设计为底部线圈间横向油道的1.5‑1.8倍，顶部部分连续电抗器线圈底部的绝缘填充层两侧交错设有弧形油道挡板，以强制绝缘油在横向油道内沿径向流动。本发明可以改善油浸式空心电抗器顶层绝缘油的流动状态，降低油浸式空心电抗器顶层温度。

Description

一种油浸式空心电抗器及其油道结构
技术领域
本发明涉及电抗器技术领域，具体是一种油浸式空心电抗器及其油道结构。
背景技术
在现代社会中，电抗器广泛应用于工矿企业与民用建筑供配电系统中。按照冷却方式的不同，电抗器可分为油侵式电抗器和干式电抗器；而按照结构型式的不同，电抗器亦可分为铁心电抗器和电抗器两大类。
适用于串联谐振高压试验用的高压谐振电抗器因试验电压高、试验时间长、试验容量大，常采用油浸式空心电抗器，其为特高压GIS现场绝缘试验而设计的整体化一体式谐振电抗器，额定参数达到1200kV/12A，整体高度达到7.5m，外壳直径仅1m，较常规300kV/10A串联谐振电抗器的高度1.8m～2m、直径1.2m～1.4m，其顶层油温温升将显著增大，严重威胁电抗器的绝缘可靠性。
油浸式空心电抗器结构紧凑，常采用自然散热的方式，在高电压大电流的运行条件下温度较高的绝缘油由于其密度相对降低，因此温度较高的绝缘油聚集于电抗器的顶端附近，导致电抗器顶端绝缘油、线圈、绝缘材料温度过程，长时间运行情况下会导致该部位绝缘材料、绝缘油老化，对电抗器的正常运行造成极大隐患。因此针对电抗器顶部温度局部过高的问题，有必要提出进一步的解决方案。
发明内容
针对油浸式空心电抗器常出现的顶层热油聚集造成局部温度过高的问题，本发明提出一种油浸式空心电抗器及其油道结构，其目的在于改善油浸式空心电抗器顶层绝缘油的流动状态，降低油浸式空心电抗器顶层温度。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案:
一种油浸式空心电抗器油道结构，包括外壳、设于外壳内的多个电抗器线圈、设于电抗器线圈底部的绝缘填充层，多个电抗器线圈从上至下叠次排列，绝缘填充层与下方线圈的上表面之间形成一定高度的横向油道，横向油道内供绝缘油通过，顶部部分连续电抗器线圈间横向油道的宽度设计为底部线圈间横向油道的1.5-1.8倍，顶部部分连续电抗器线圈底部的绝缘填充层两侧交错设有弧形油道挡板，以强制绝缘油在横向油道内沿径向流动。
进一步的，顶部部分连续电抗器线圈间横向油道的宽度设计为底部线圈间横向油道的1.5倍。
进一步的，底部线圈间横向油道的宽度为10mm，顶部部分连续电抗器线圈间横向油道的宽度为15mm。
进一步的，所述顶部部分连续电抗器线圈为从顶向下的连续六层电抗器线圈。
进一步的，所述外壳为电抗环氧外壳。
进一步的，所述绝缘填充层采用环氧材料制成。
进一步的，所述绝缘填充层外形截面为矩形、或者经圆角或倒角处理后的矩形。
一种油浸式空心电抗器，包括如上所述的油浸式空心电抗器油道结构。
本发明具有如下有益效果：
(1)针对油浸式空心电抗器顶层线圈及绝缘填充层温度较高的问题同时兼顾电抗器整体高度，提出将顶部部分连续线圈(例如5层)间的横向油道宽度拓宽为原来的1.5-1.8倍，通过增大横向油道内油量的方式降低顶层线圈及绝缘填充层的温度；
(2)针对顶层线圈间横向油道内的绝缘油由于径向流动不充分导致横向油道内绝缘油温度较高的温度，在顶层线圈(例如26、28、30号线圈)底部的绝缘填充层右侧以及顶层线圈(例如27、29号线圈)左侧装弧形油道挡板，强制绝缘油由原本的轴向流动转变为在横向油道内的径向流动，并且油道挡板采用弧形结构，进一步改善横向油道内绝缘油的流动状态，降低顶层横向油道内绝缘油的温度。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例，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为本发明的油浸式空心电抗器油道结构其中一个实施例的剖面结构示意图；
图2为采用本发明改进油道结构后的温度分布图；
图3为采用本发明改进油道结构后1/2半径处温度轴向分布图。
图中标记分述如下：100—电抗器线圈，200—绝缘填充层，300—弧形油道挡板，400—绝缘油，500—横向油道，600—外壳。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图1对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1所示一种油浸式空心电抗器的油道结构，包括外壳600、设于外壳600内的多个电抗器线圈100、设于电抗器线圈100底部的绝缘填充层200，多个电抗器线圈100从上至下叠次排列，绝缘填充层200与下方线圈的上表面之间形成一定高度的横向油道500，横向油道500内有绝缘油400通过。如图1所示，将电抗器线圈100依次从下至上编号为1-30号线圈，底部部分电抗器线圈100之间的横向油道500宽度固定，顶部部分连续电抗器线圈100之间的横向油道500的宽度设计为底部线圈间横向油道的1.5-1.8倍。
具体到本实施例，鉴于电抗器运行时顶部由于绝缘油流动不充分导致热量累计，本实施例将顶层6层线圈间的横向油道的宽度增大至底部24层线圈间横向油道的1.5倍，并且增设如图1所示的弧形油道挡板300，弧形油道挡板300交错设于上下电抗器线圈100底部的绝缘填充层200两侧，鉴于顶层26-30号线圈温度较高，将25-29号线圈上部横向油道由原始的10mm增大至15mm，其余横向油道的高度不做变化，增大油道宽度后30号线圈顶部距离外壳600有足够的距离。应指出的是本发明提出的油道不等高设计可根据实际情况进行灵活调整，调整对象包括需要增大高度的横向油道位置以及需要增大的高度，即应根据实际情况对顶层温度较高的线圈进行调整，需要调整的高度建议为原来的1.5倍，但是任可根据现场实际情况进行一定程度的增宽。
鉴于顶层25-29号线圈顶部横向油道内绝缘油由于沿径向流动不充分导致温度较高，在顶层26、28、30号线圈底部的绝缘填充层200右侧装设所述的弧形油道挡板300，在顶层27、29号线圈底部的绝缘填充层200左侧装设所述的弧形油道挡板300，强制绝缘油在横向油道内沿径向流动，改善电抗器顶层的温度分布情况，避免横向油道内由于绝缘油径向流动不充分导致的温度累积现象，抑制热点产生。采用弧形油道挡板300与常见的平板型油道挡板相比更有助于绝缘油从轴向流动转向为径向流动，更有益于改善横向油道内绝缘油的流动情况。应指出的是弧形油道挡板安装的位置以及数量均可根据电抗器实际运行中绝缘油热点分布位置进行调整。
所述电抗器线圈100均位于外壳600中间，所述外壳600可以为电抗环氧外壳，电抗器线圈100一共有30饼但不限于该数量，每一电抗器线圈100下方有所述绝缘填充层200，所述绝缘填充层200可以为环氧材料，起支撑与绝缘的作用，其外形截面可以为矩形或者经圆角/倒角处理后的矩形。绝缘填充层200下方与每一线圈饼的上方为所述横向油道500，横向油道500以及电抗器线圈饼的外侧与内侧均有所述的绝缘油400与之进行热交换。
图2和图3为改进油道结构后，电抗器的温度分布仿真计算结果；该仿真基于温度场-流场的耦合模型，采用ANSYS有限元分析软件，对电抗器在6A电流下工作1个小时后的温度分布进行了仿真计算，仿真计算的结果表明，采用改进油道结构设计的电抗器整体分布较之前更为均匀，电抗器内部绝缘油最高温升由52.3K降低至41.0K。
本发明针对油浸式空心电抗器顶层线圈及绝缘填充层温度较高的问题同时兼顾电抗器整体高度，提出将顶部部分连续线圈(例如5层)间的横向油道宽度拓宽为原来的1.5-1.8倍，通过增大横向油道内油量的方式降低顶层线圈及绝缘填充层的温度；另外，针对顶层线圈间横向油道内的绝缘油由于径向流动不充分导致横向油道内绝缘油温度较高的温度，在顶层线圈(例如26、28、30号线圈)底部的绝缘填充层右侧以及顶层线圈(例如27、29号线圈)左侧装弧形油道挡板，强制绝缘油由原本的轴向流动转变为在横向油道内的径向流动，并且油道挡板采用弧形结构，进一步改善横向油道内绝缘油的流动状态，降低顶层横向油道内绝缘油的温度，特别适用于整体高度较高(例如7.5m)，外壳直径较小(例如1m)的整体化一体式谐振电抗器。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何属于本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种油浸式空心电抗器油道结构，其特征在于：包括外壳(600)、设于外壳(600)内的多个电抗器线圈(100)、设于电抗器线圈(100)底部的绝缘填充层(200)，多个电抗器线圈(100)从上至下叠次排列，绝缘填充层(200)与下方线圈的上表面之间形成一定高度的横向油道(500)，横向油道(500)内供绝缘油(400)通过，顶部部分连续电抗器线圈(100)间横向油道(500)的宽度设计为底部线圈间横向油道(500)的1.5-1.8倍；顶部部分连续电抗器线圈(100)底部的绝缘填充层(200)两侧交错设有弧形油道挡板(300)，以强制绝缘油在横向油道内沿径向流动。
2.如权利要求1所述的油浸式空心电抗器油道结构，其特征在于：顶部部分连续电抗器线圈(100)间横向油道(500)的宽度设计为底部线圈间横向油道(500)的1.5倍。
3.如权利要求1或2所述的油浸式空心电抗器油道结构，其特征在于：底部线圈间横向油道(500)的宽度为10mm，顶部部分连续电抗器线圈(100)间横向油道(500)的宽度为15mm。
4.如权利要求1所述的油浸式空心电抗器油道结构，其特征在于：所述顶部部分连续电抗器线圈为从顶向下的连续六层电抗器线圈。
5.如权利要求1所述的油浸式空心电抗器油道结构，其特征在于：所述外壳(600)为电抗环氧外壳。
6.如权利要求1所述的油浸式空心电抗器油道结构，其特征在于：所述绝缘填充层(200)采用环氧材料制成。
7.如权利要求1所述的油浸式空心电抗器油道结构，其特征在于：所述绝缘填充层(200)外形截面为矩形、或者经圆角或倒角处理后的矩形。
8.一种油浸式空心电抗器，其特征在于，包括如权利要求1至7中任一所述的油浸式空心电抗器油道结构。
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