CN111799073B - 一种大功率高频变压器高压绕组骨架 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种大功率高频变压器高压绕组骨架，是多槽多线包独立输出结构，即每个槽含一个线包，而每个线包都直接连接至一个单独的整流桥，最后多个整流桥串联输出得到高压。每个线包只需输出相对较低的电压，且有助于降低绕组电容。相邻线槽之间有一个等宽隔板，且每个隔板上留有导线口作为每个线槽内第一匝绕组的引出口，从而可避免该第一匝绕组与同线槽内其他绕组层间直接贴合引出的方式，有效增加两者之间的绝缘距离。爬电距离I是指第i‑1个线槽的第1 i‑1匝绕组和第i‑1个顶层绕组之间的最短路径，爬电距离II是指第1 i‑1匝绕组和第i个顶层绕组之间的最短路径，通过调节槽间隔板宽度和线槽深度来保证爬电距离II至少是爬电距离I的两倍。

Description

一种大功率高频变压器高压绕组骨架
技术领域
本发明属于电力电子技术领域，主要应用大功率高压直流变换器中，涉及一种大功率高频变压器高压绕组骨架。
背景技术
对于大型海上风电场，采用中压直流汇集方案可用功率密度更高的直流变换器取代传统中压交流汇集方案中笨重的交流工频变压器，减少了运输和安装成本。新能源中压直流汇集系统的容量通常比较大，所以需要通过大功率直流变换器来完成。在中压大功率场合，大部分大功率高升压比直流变换器会利用大功率高频变压器来实现中低压两侧之间的电气隔离和电压转换，是变换器的关键部件。为了实现高升压比，大功率高频变压器的变比一般会设计得比较大，导致高压绕组匝数多，有的可以高达数千匝，大量的高压绕组不仅绕制起来十分困难，还会带来不容忽视的绕组寄生电容问题，可能会影响整个直流变换器装置的正常运行。另外，高压绕组的绝缘耐压问题也是目前大功率高频变压器设计过程中面临的一个巨大挑战。除此之外，高频变压器运行过程中的爬电现象也不容忽视，这也是导致变压器故障的一个主要原因。
发明内容
针对大功率直流变换器中的大功率高频变压器设计和研制困难问题，本发明提供一种大功率高频变压器高压绕组骨架，可将大量的高压绕组平均分配并绕制在多个线槽内，从而实现降低绕组寄生电容和单个线槽绝缘难度的目的。另外，还充分考虑到了线槽间的电压分布和存在的爬电路径，并给出了相应的爬电距离设计指导，从而避免大功率高频变压器的爬电故障。
为达此目的，本发明提供一种大功率高频变压器高压绕组骨架，所述绕组骨架采用多槽多线包独立输出结构，高压绕组总匝数被均分为相应数量的线包，每个线槽里绕制一个具有相同高压绕组匝数的线包，且每个线包里的第一匝绕组和最后一匝绕组都直接作为一个独立整流桥的输入，各线包的整流桥串联输出得到高压，相邻线槽之间有一个等宽隔板，且每个隔板上留有导线口，第 i-1个导线口作为第 i-1个线槽内第1 i-1匝绕组的引出口，可避免第1 i-1匝绕组与第 i-1个线槽内其他绕组层间直接贴合沿着线槽内壁引出的方式，有效增加两者之间的绝缘距离，由于每个线包只需输出相对较低的电压，且每个线包的绕组电容也相对较小。
作为本发明进一步改进，相邻的两个线包之间存在两个爬电距离，爬电距离I是指第 i-1个线槽的第1 i-1匝绕组和第 i-1个顶层绕组之间的最短路径，爬电距离II是指第1 i-1匝绕组和第 i个顶层绕组之间的最短路径，通过设计线槽深度以及所述导线口与相邻两个线槽之间的距离来保证爬电距离I和爬电距离II均满足绝缘要求，且同时保证爬电距离II至少为爬电距离I的两倍，以此保证相应的绝缘要求。
本发明一种大功率高频变压器高压绕组骨架，本发明允许高压绕组分多个线包输出，有助于降低单个线包绝缘难度的同时还能降低线包绕组电容值。通过独特设计的导线口，可避免每个线槽内第一匝绕组与同线槽内其他绕组层间直接贴合沿着线槽内壁引出的方式，有效增加两者之间的绝缘距离。实际设计时，可灵活调节槽间隔板宽度和线槽深度来保证爬电距离满足相应的绝缘要求。
附图说明
图1是本发明的通用示意图；
图2是本发明含5个线槽总共能输出35kV的骨架设计实例图；
图3是本发明高压绕组端电压为正向时每个线槽的电压分布图；
图4是本发明高压绕组端电压为反向时每个线槽的电压分布图。
具体实施方式
下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述：
本发明提供一种大功率高频变压器高压绕组骨架，可将大量的高压绕组平均分配并绕制在多个线槽内，从而实现降低绕组寄生电容和单个线槽绝缘难度的目的。另外，还充分考虑到了线槽间的电压分布和存在的爬电路径，并给出了相应的爬电距离设计指导，从而避免大功率高频变压器的爬电故障。
图1是本发明的通用示意图,为了加深对本发明的理解，下面结合附图2~4对本实施案例做详细的说明。
实施案例：以需要输出35kV的高压且总高压绕组匝数为800匝为例，设计了相应的绕组骨架，如图2所示。整个绕组骨架分为5个线槽，则每个线槽含160匝（每层20匝，共8层）高压绕组，负责输出7kV的电压。根据大功率高频变压器的工作特性可知，在每个正半工作周期，高压绕组端电压为正向，每个线槽内的电压分布图3所示，此时爬电距离I和II的最短爬电路径上的爬电电压分别为7kV和0kV。但在每个负半工作周期，高压绕组端电压为反向，每个线槽内的电压分布图4所示，此时爬电距离I和II的最短爬电路径上的爬电电压分别为7kV和14kV。因此，设计爬电距离I和II时需要考虑的爬电电压分别是7kV和14kV，所以爬电距离II至少为爬电距离I的两倍。因为，整个大功率高频变压器采取油浸式绝缘和散热，所以根据GB/T7595《运行中变压器油质量标准》并考虑变压器油的品质等实际情况，变压器油的耐压强度选取为15kV/10mm。同时考虑一定的裕量，爬电距离I和II可分别设计为8mm和16mm。首先，线槽深度可设计为20mm，其中每个线包的高度约为14mm，还剩6mm为每个线包顶层绕组与相邻隔板顶部的距离。同时，第i-1（i=2，3，4，5）个导线口作为第i-1个线槽内第1i-1匝绕组的引出口，如果没有这个导线口，第1i-1匝绕组只能沿着第i-1个线槽的内壁引出，那第1i-1匝与第i-1个顶层绕组之间会直接贴合，难以实现两者之间7kV的绝缘。另外，第i-1个导线口与第i-1个线槽的距离设计为2mm，从而满足爬电距离I为8mm；而第i-1个导线口与第i个线槽的距离设计为10mm，从而满足爬电距离II为16mm，并保证了其为爬电距离I的两倍。
综上所述，本发明可将大量高压绕组平均分配绕制在多个线槽中，使得单个线槽内单个线包的匝数大大下降，能够降低单个线包绕组电容值。单个线包只需输出相对较低的电压，有助于降低单个线包绝缘难度。通过独特设计的导线口，可避免每个线槽内第一匝绕组与同线槽内其他绕组层间直接贴合沿着线槽内壁引出的方式，有效增加两者之间的绝缘距离。最后，可调整导线口与相邻这个线槽之间的距离和和线槽深度来优化设计两个爬电距离。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作任何其他形式的限制，而依据本发明的技术实质所作的任何修改或等同变化，仍属于本发明所要求保护的范围。

Claims (1)

1.一种大功率高频变压器高压绕组骨架,所述绕组骨架采用多槽多线包独立输出结构,高压绕组总匝数被均分为相应数量的线包,每个线槽里绕制一个具有相同高压绕组匝数的线包,且每个线包里的第一匝绕组和最后一匝绕组都直接作为一个独立整流桥的输入,各线包的整流桥串联输出得到高压,相邻线槽之间有一个等宽隔板,且每个隔板上留有导线口,第i-1个导线口作为第i-1个线槽内第Ⅰi-1匝绕组的引出口,相邻的两个线包之间存在两个爬电距离,爬电距离I是指第i-1个线槽的第Ⅰi-1匝绕组和第i-1个顶层绕组之间的最短路径,爬电距离Ⅱ是指第Ⅰi-1匝绕组和第i个顶层绕组之间的最短路径,通过设计线槽深度以及所述导线口与相邻两个线槽之间的距离来保证爬电距离I和爬电距离Ⅱ均满足绝缘要求,且同时保证爬电距离II至少为爬电距离I的两倍。
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