CN110637348A - 直接安装支架 - Google Patents
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Abstract
提供了一种用于电力传输和配电系统或电厂的电力系统的空心电抗器(200)。该空心电抗器(200)包括：电绝缘支撑结构(210)；绕组线圈(215)，被配置为在电势下工作，并且通过电绝缘支撑结构(210)与地或其它电势隔离；以及绝缘体安装支架(220)，其直接附接到线圈(215)。该绝缘体安装支架(220)被配置为线圈(215)与电绝缘支撑结构(210)之间的分界面。
Description
技术领域
本发明的各方面主要涉及在线圈与绝缘支撑结构之间的分界面，更具体地涉及直接附接到空心电抗器线圈以将空心电抗器线圈安装在空心电抗器的绝缘支撑结构上的直接安装支架。
背景技术
历史上，大约两个世代以前，变电站设备的结构要求是次要的考虑因素，因为电气功能高于一切。然而，从那时起，变电站设备的结构坚固性变得越来越重要，因为客户不能容忍服务中断(例如，魁北克的冰暴、加利福尼亚的地震)。目前的设计标准包括相对极端的故障、风、地震和冰/雪载荷的条件。
此外，空心电抗器建造的基本原理是在大约五十年前制定的，建造方法反映了那个时代的结构要求。所有的空心电抗器线圈(即绕组本身)在电势下工作，并且必须通过电绝缘结构与地或其它电势隔离。该结构可以是许多配置中的一种，但是为了简洁起见，仅讨论常规垂直柱结构。该结构可以包括基座，但必须始终包括绝缘体。
对空心电抗器设计特别是对于典型的结构材料有很大影响的因素是电抗器的固有磁场可能导致感应加热到有害的程度。直流(DC)应用不太容易发热，而交流(AC)应用可能产生极端发热。
现在绝大多数空心电抗器技术均共享早期的设计特征，称为“三脚架”的一组径向同心的金属臂(在某些情况下，它们被截断，然后称为“支脚”)。三脚架可以用作电功能(作为导体)和/或用作电抗器结构的结构分界面。对于大多数空心电抗器，三脚架通过两种主要方法附接到线圈(或绕组)—利用复合带或螺栓连接。这些三脚架的取向具体选择为同心径向模式，以最小化磁场效应。
从结构角度来看，理想的电气取向导致元件在一个轴上非常弱(这类似于在一系列“刀刃”上而不是在坚固的支撑件上平衡电抗器)。机械工程师将抵抗载荷的形状差异量化为称为惯性矩的量(因此，对于给定的材料横截面，刀片具有低惯性矩，而管具有高惯性矩)。一些制造商可以通过在AC线圈上使用三脚架的附件或者通过在DC应用中使用钢“护架”卸载三脚架，以适度的增益来补充三脚架的低惯性矩(护架通常是具有辐射臂的结构构件，不会形成大的循环电流路径)。
空心电抗器的尺寸在历史上有所增加，随着市场发展到不断增加的高kV解决方案，这一趋势可能会持续下去。三十年前，生产的最大的空心电抗器约为40,000lb，现在生产的单位超过110,000lb。较大的线圈通常导致较大的结构需求。现在的空心电抗器的尺寸使得它们是支撑在电站柱式绝缘体上的最大设备之一，因此将绝缘体技术推向结构极限。
过去半个世纪以来，变电站绝缘体(称为电站柱式绝缘体)的主要材料一直是陶瓷。虽然陶瓷具有突出的电特性，但是它们相对于大多数结构材料具有较差的属性。它们的张力弱，而且易碎。与机械缺陷相结合，存在限制瓷绝缘体的横截面积的制造限制。
在过去的二十年中，一种新的替代方案即复合绝缘体已获得业界的认可。在许多方面，复合绝缘体与瓷绝缘体相反。它们具有出色的机械性能和适中的电气特性。然而，如果客户接受复合技术的电气性能，则结构上的增益是优异的材料强度和更大范围的可能制造尺寸。这些后面的因素导致弯曲强度远高于类似的瓷绝缘体的弯曲强度。复合绝缘体的强度产生超过30,000lb的剪切能力，而常规三脚架系统，即使进行增强其剪切力也限制在约10,000lb。
通常需要提高变电站设备的结构能力，同时生产较大线圈的需求也在增加。常规空心电抗器技术使用三脚架系统，该系统具有相对适中强度的三脚架系统。三脚架充当绝缘支撑结构与空心电抗器线圈之间的结构分界面。新的复合绝缘体技术可以获得比常规空心电抗器三脚架系统的强度更大的强度。虽然存在一些设计解决方案(护架)可以将复合绝缘体的强度用于DC应用，但是针对AC应用还没有已知的解决方案。
因此，需要变电站设备具有结构能力来处理对生产较大线圈的增加的需求。
发明内容
简而言之，本发明的各方面涉及一种绝缘体安装支架，其直接附接到空心电抗器的线圈，以用作线圈与电绝缘支撑结构之间的分界面，而代替使用三脚架。绝缘体安装支架可以由三个主要子部件形成。这三个子部件包括安装凸缘、主体和多个附件。绝缘体安装支架的优点包括强度增加、更好地处理加热和更多的设计灵活性。
根据本发明的一个说明性实施例，提供了一种用于电力传输和配电系统或电厂的电力系统的空心电抗器。空心电抗器包括电绝缘支撑结构、绕组线圈以及绝缘体安装支架，绕组线圈被配置成在电势下工作并且通过电绝缘支撑结构与地或其它电势隔离，绝缘体安装支架直接附接到线圈。绝缘体安装支架被配置为线圈与电绝缘支撑结构之间的分界面。
根据本发明的另一个说明性实施例，提供了一种用于电力传输和配电系统或电厂的电力系统的空心电抗器。空心电抗器包括绝缘体安装支架，该绝缘体安装支架直接附接到绕组线圈，该绕组线圈被配置成在电势下工作，并且通过电绝缘支撑结构与地或其它电势隔离。绝缘体安装支架被配置为线圈与电绝缘支撑结构之间的分界面。绝缘体安装支架包括安装凸缘、主体和多个附件。
根据本发明的另一个说明性实施方式，提供了一种将空心电抗器的线圈安装在电绝缘支撑结构上的方法。该方法包括提供绝缘体安装支架，该绝缘体安装支架直接附接到绕组线圈，该绕组线圈被配置成在电势下工作，并且通过电绝缘支撑结构与地或其它电势隔离。绝缘体安装支架被配置为线圈与电绝缘支撑结构之间的分界面。绝缘体安装支架包括安装凸缘、主体和多个附件。
附图说明
图1示出根据本发明示例性实施方式的绝缘体安装支架的透视图。
图2示出根据本发明示例性实施方式在具有复合绝缘体的空心电抗器中应用图1的绝缘体安装支架的透视图。
图3示出根据本发明示例性实施方式将空心电抗器的绕组线圈安装在电绝缘支撑结构上的方法的流程图。
具体实施方式
为了便于理解本发明的实施方式、原理和特征，在下文中参考说明性实施方式中的实现方式来解释它们。特别地，它们在绝缘体安装支架或直接安装支架的背景下被描述，用于在DC和/或AC应用中与空心电抗器一起使用来代替三脚架。然而，本发明的实施方式不限于在所描述的装置或方法中使用。
在下文中描述为组成各种实施方式的部件和材料是说明性的，而非限制性的。将执行与本文描述的材料相同或相似功能的许多合适的部件和材料旨在包含在本发明的实施方式的范围内。
根据本发明的一个实施方式，图1表示根据本发明示例性实施方式的绝缘体安装支架5的透视图。绝缘体安装支架5与空心电抗器(如图2所示)一起使用，该空心电抗器用于电力传输和配电系统或电厂的电力系统。绝缘体安装支架5被配置成直接附接到绕组的线圈(未示出)，该绕组的线圈被配置成在电势下工作并且通过电绝缘支撑结构(未示出)与地或其它电势隔离。绝缘体安装支架5被配置为线圈与电绝缘支撑结构之间的分界面。
在一个实施方式中，绝缘体安装支架5包括三个子部件。这三个子部件包括安装凸缘10、主体15和多个附件20(1-n)。安装凸缘10通过以下方式附接到主体15：两个部件之间的螺纹、多个螺纹紧固件、粘合剂、收缩或压配合、或这些的任意组合。
安装凸缘10包括包含铝、奥氏体不锈钢、或非金属材料的材料中的任一种。主体15包括非金属材料。根据另一个实施方式，主体15包括非金属材料，以便消除来自磁场的热量，并且安装凸缘10包括非金属材料，使得主体15和安装凸缘10被制成单件。
主体15包括具有环形物25的形式的封闭形状，该环形物具有多个孔30(1-n)，用于能够对流冷却封闭形状内的绕组区域。主体15包括由对邻接绝缘体的磁场效应决定的长度35，并且使用具有圆形螺栓图案40的螺栓连接。主体15包括第一凹槽37(1)和第二凹槽37(2)，以容纳三脚架。由于主体15靠近空心电抗器，因此主体的材料在大多数情况下是非金属的，以便消除来自磁场的加热。主体15可以具有任何形式，但是环形形状将是优选的形状，这是由于该形状在所有方向上的结构效率(还由于大多数绝缘体使用圆形螺栓图案来螺栓连接)。
绝缘体安装支架5到线圈本身的附接是经由紧固件实现的。紧固件可以由奥氏体不锈钢或复合螺栓制成。可以采用多个附件20(1-n)以将绝缘体安装支架5附接到线圈。多个附件20(1-n)的实例是在构造过程中嵌入线圈绕组的复合带。此类复合带可以被形成为主体15的一部分，或者附接到主体15上的附接装置(例如，结构件)(模制/机械加工的突起或施加的突起(栓、螺柱等))。复合带可以通过主体15的横截面附接到附接装置，在这类情况下必须提供用以允许在制造过程中附接复合带的途径。
本文描述的技术对于使用支架可能是特别有用的。虽然根据安装支架描述了特定的实施方式，但是本文描述的技术不限于安装支架，而是也可以使用其它结构诸如从基座突出的支撑件等来保持或承受线圈的重量。
参考图2，其示出根据本发明示例性实施方式的在具有复合绝缘体205(1-n)的空心电抗器200中应用图1的绝缘体安装支架5的透视图。空心电抗器200用于电力传输和配电系统或电厂的电力系统。
如本文所使用的，“空心电抗器”是指用于电力传输和配电系统或电厂的电力系统的空心电抗器。除了上面的示例性硬件描述之外，“空心电抗器”是指被配置为提供变电站设备电气功能的系统。空心电抗器可以包括多个相互作用的装置，无论这些装置位于一起还是分开，它们都一起执行如本文所描述的过程。
通过仔细选择材料和形状，可以在AC应用和DC应用中使用直接安装支架(诸如图1的绝缘体安装支架5)，在AC应用中之前不存在适当的解决方案，并且在DC应用中通常使用可以省去的护架。通过分配或最小化与三脚架的关系，支撑结构的新颖配置是可能的。通过消除三脚架元件或减小三脚架尺寸，可以使三脚架的电损耗和/或发热最小化。
空心电抗器200包括电绝缘支撑结构210，该电绝缘支撑结构包括复合绝缘体205(1-n)。空心电抗器200还包括绕组线圈215，该绕组线圈被配置为在电势下工作并且通过电绝缘支撑结构210与地或其它电势隔离。空心电抗器200还包括直接附接到线圈215的绝缘体安装支架220。绝缘体安装支架220被配置为在线圈215与电绝缘支撑结构210之间的分界面。
直接安装支架(诸如绝缘体安装支架220)的主要结构优势在于：与空心电抗器的结构连接比传统技术的结构连接更加分散。这些连接从理论中性轴线的扩展使部件的惯性矩增加大约2的幂。惯性矩与应力成反比(例如，惯性矩越大，应力越小)。因此，对于给定的材料，有可能增加分界面的能力，使得其充分利用复合绝缘体205(1-n)的提高的能力。
绝缘体安装支架220适用于生产的超过110,000lb的空心电抗器。这些较大的线圈通常导致较大的结构需求，这些结构需求可以通过绝缘体安装支架220来处理。这些空心电抗器的尺寸使得它们是支撑在电站柱式绝缘体上的最大设备之一。复合绝缘体205(1-n)的强度产生超过30,000lb的剪切能力，而常规三脚架系统，即使进行增强其剪切力也限制在约10,000lb。
绝缘体安装支架220提供变电站设备的结构能力，以处理对生产较大线圈的增加的需求。复合绝缘体205(1-n)可以获得比常规空心电抗器三脚架系统的强度更大的强度。绝缘体安装支架220可以将复合绝缘体205(1-n)强度用于DC应用和AC应用。
空心电抗器200包括称为“三脚架”225的一组径向同心的金属臂。三脚架用作电功能(作为导体)和/或用作电抗器结构的结构分界面。三脚架225通过两种主要方法附接到线圈215(或绕组)—利用复合带或螺栓连接。这些三脚架225的取向被具体选择为同心径向模式，以最小化磁场效应。
虽然在绝缘体安装支架220与三脚架之间没有结构关系，但是使用三脚架作为绝缘体安装支架220的定位特征可能有益。空心电抗器200包括三脚架225，该三脚架用作绝缘体安装支架220的定位特征。
现在转向图3，其示出根据本发明示例性实施方式的将空心电抗器200的绕组线圈215安装在电绝缘支撑结构210上的方法300的流程图。参考图1-图2中描述的元件和特征。应当理解，不需要以任何特定的顺序执行一些步骤，并且一些步骤是可选的。
方法300包括在步骤305中提供直接附接到绕组线圈215的绝缘体安装支架220，绕组线圈被配置成在电势下工作并且通过电绝缘支撑结构210与地或其它电势隔离。绝缘体安装支架220被配置为在线圈215与电绝缘支撑结构210之间的分界面。方法300包括在步骤310中将空心电抗器200的绕组线圈215安装在电绝缘支撑结构210上。
虽然本发明的实施方式已经以示例性的形式公开，但是对于本领域技术人员来说显而易见的是，在不脱离本发明的精神和范围及其等同物的情况下，可以对其进行许多修改、添加和删除，如在以下权利要求中所阐述的。
参考在附图中示出并在随附说明书中详细描述的非限制性实施方式，更全面地解释实施方式及其各种特征和有利细节。省略对公知的起始材料、加工技术、部件和设备的描述，以免不必要地混淆实施方式的细节。然而，应当理解的是，详细描述和具体示例虽然指示优选实施方式，但是仅通过说明而非限制的方式给出。根据本公开，本领域技术人员将清楚在本发明基本概念的精神和/或范围内的各种替换、修改、添加和/或重新布置。
如本文所使用的，术语“包括”、“包含”、“具有”或其任何其它变体旨在覆盖非排他性的包含。例如，包括元素列表的过程、物品或装置不一定只限于那些元素，而是可以包括未明确列出的或此类过程、物品或装置固有的其它元素。
此外，本文给出的任何实例或说明不应以任何方式被视为对使用它们的任何一个或多个术语的约束、限制或明确定义。相反，这些实例或图示应被视为针对一个特定实施方式进行描述，并且仅是说明性的。本领域普通技术人员将理解，使用这些实例或说明的任何一个或多个术语都将包括可能或可能不随其或在说明书中其它地方给出的其它实施方式，并且所有此类实施方式都旨在包括在该一个或多个术语的范围内。
在前述说明书中，已经参考特定实施方式描述了本发明。然而，本领域普通技术人员理解，在不脱离本发明范围的情况下，可以进行各种修改和变化。因此，说明书和附图应被视为说明性的，而非限制性的，并且所有此类修改都旨在包括在本发明的范围内。
尽管已经参考本发明的特定实施方式描述了本发明，但是这些实施方式仅是说明性的，而不是对本发明的限制。本文对本发明所示实施方式的描述并不旨在穷举或将本发明限制于本文公开的精确形式(特别是，包括任何特定实施方式、特征或功能并不旨在将本发明的范围限制于此实施方式、特征或功能)。相反，该描述旨在描述说明性实施方式、特征和功能，以便使本领域普通技术人员理解本发明，而不是将本发明限制于任何具体描述的实施方式、特征或功能。虽然本文仅出于说明的目的描述了本发明的特定实施方式和示例，但是在本发明的精神和范围内，各种等同修改是可能的，如相关领域的技术人员将认识和理解的。如所指出的，根据本发明所示实施方式的前述描述，可以对本发明进行这些修改，并且这些修改将包括在本发明的精神和范围内。因此，虽然本文已经参考本发明的特定实施方式描述了本发明，但是一定范围的修改、各种变化和替换旨在上述公开内容中，并且将理解的是，在某些实例中，在不脱离所阐述的本发明的范围和精神的情况下，将采用本发明的实施方式的某些特征而不对应使用其它特征。因此，可以进行许多修改以使具体情况或材料适应本发明的基本范围和精神。
贯穿本说明书的短语“在一个实施方式中”、“在实施方式中”或“在特定实施方式中”或类似术语在各个地方的相应出现不一定都指代相同的实施方式。另外，任何具体实施方式的具体特征、结构或特性可以以任何合适的方式与一个或多个其它实施方式相结合。应当理解，根据本文的教导，本文描述和示出的实施方式的其它变化和修改是可能的，并且被认为是本发明的精神和范围的一部分。
在本文的描述中，提供许多特定细节诸如部件和/或方法的示例，以提供对本发明实施方式的透彻理解。然而，相关领域的技术人员将认识到，可以在没有特定细节中的一个或多个的情况下，或者利用其它装置、系统、组件、方法、部件、材料、零件等来实施实施方式。在其它情况下，没有具体示出或详细描述公知的结构、部件、系统、材料或操作，以避免混淆本发明实施方式的方面。虽然可以通过使用具体实施方式来说明本发明，但是这不是并且不将本发明限制于任何具体实施方式，并且本领域普通技术人员将认识到附加实施方式是容易理解的并且是本发明的一部分。
还应当理解，附图/图中描述的元件中的一个或多个也可以以更加分离或集成的方式实现，或者甚至在某些情况下被移除或呈现为不可操作，正如根据具体应用是有用的。
在上面参照特定实施方式已经描述了益处、其它优点和问题的解决方案。然而，益处、优点、问题的解决方案以及可能使得任何益处、优点或解决方案出现或变得更加明显的任何(一个或多个)部件不应被解释为关键的、必需的或必要的特征或部件。
Claims (15)
1.一种用于电力传输和配电系统或电厂的电力系统的空心电抗器(200)，所述空心电抗器(200)包括：
电绝缘支撑结构(210)；
绕组线圈(215)，被配置为在电势下工作，并且通过所述电绝缘支撑结构(210)与地或其它电势隔离；以及
绝缘体安装支架(220)，其直接附接到所述线圈(215)，所述绝缘体安装支架(220)被配置为所述线圈(215)与所述电绝缘支撑结构(210)之间的分界面。
2.根据权利要求1所述的空心电抗器(200)，其中，所述绝缘体安装支架(220)包括三个子部件。
3.根据权利要求2所述的空心电抗器(200)，其中，所述三个子部件包括：
安装凸缘(10)；
主体(15)；以及
多个附件(20(1-n))。
4.根据权利要求3所述的空心电抗器(200)，其中，所述安装凸缘(10)包括包含铝、奥氏体不锈钢、或非金属材料的材料中的任一种。
5.根据权利要求3所述的空心电抗器(200)，其中，所述主体(15)包括非金属材料。
6.根据权利要求3所述的空心电抗器(200)，其中，所述主体(15)包括非金属材料，以便消除来自磁场的热量，并且所述安装凸缘(10)包括非金属材料，使得所述主体(15)和所述安装凸缘(10)被制成为单件。
7.根据权利要求3所述的空心电抗器(200)，其中，所述主体(15)包括具有环形物(25)的形式的封闭形状，所述环形物具有多个孔(30(1-n))，用于能够对流冷却所述封闭形状内的绕组区域。
8.根据权利要求3所述的空心电抗器(200)，其中，所述主体(15)包括由对邻接绝缘体的磁场效应决定的长度，并且使用具有圆形螺栓图案(40)的螺栓连接。
9.根据权利要求3所述的空心电抗器(200)，其中，所述安装凸缘(10)通过以下方式附接到所述主体(15)：两个部件之间的螺纹、多个螺纹紧固件、粘合剂、收缩或压配合、或这些的任意组合。
10.根据权利要求3所述的空心电抗器(200)，其中，所述绝缘体安装支架(220)到所述线圈(215)本身的附接是经由紧固件实现的。
11.根据权利要求10所述的空心电抗器(200)，其中，所述紧固件由奥氏体不锈钢制成或者是复合螺栓。
12.根据权利要求3所述的空心电抗器(200)，其中，所述绝缘体安装支架(220)到所述线圈(215)本身的附接是经由复合带实现的，在构造过程中所述复合带被嵌入所述线圈(215)的绕组中。
13.根据权利要求3所述的空心电抗器(200)，其中，三脚架(225)被用作所述绝缘体安装支架(220)的定位特征。
14.一种用于电力传输和配电系统或电厂的电力系统的空心电抗器(200)，所述空心电抗器(200)包括：
绝缘体安装支架(220)，其直接附接到绕组线圈(215)，所述绕组线圈被配置为在电势下工作，并且通过电绝缘支撑结构(210)与地或其它电势隔离，
其中，所述绝缘体安装支架(220)被配置为所述线圈(215)与所述电绝缘支撑结构(210)之间的分界面，
其中，所述绝缘体安装支架(220)包括：
安装凸缘(10)；
主体(15)；以及
多个附件(20(1-n))。
15.根据权利要求14所述的空心电抗器(200)，其中，所述安装凸缘(10)包括包含铝、奥氏体不锈钢、或非金属材料的材料中的任一种，其中，所述安装凸缘(10)通过以下方式附接到所述主体(15)：两个部件之间的螺纹、多个螺纹紧固件、粘合剂、收缩或压配合、或这些的任意组合。
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