CN114360873A - 一种电压等级为72.5kV的干式变压器 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种电压等级为72.5kV的干式变压器(100)，包括高压线圈组件(40)，其包括：导体层和绝缘层，导体层包括沿铁芯的轴向方向间隔分布的多个导体(41)，绝缘层沿铁芯的径向方向设置在导体层的一侧，且包括靠近多个导体中的每一个设置且使多个导体的一侧沿径向方向电绝缘的多个基础绝缘层(42)；相对于基础绝缘层远离设置且使多个导体的一侧沿径向方向电绝缘的多个增强绝缘层(43)，增强绝缘层的轴向高度大于基础绝缘层的轴向高度；相对于多个增强绝缘层远离设置且使多个导体的一侧沿径向方向电绝缘的支撑绝缘层(44)；环氧树脂件(45)，其与导体层和绝缘层形成一体化结构。本发明的干式变压器可满足绝缘要求。

Description

一种电压等级为72.5kV的干式变压器

技术领域

本发明涉及变压器技术领域，尤其涉及一种电压等级为72.5kV的干式变压器。

背景技术

在电力系统中，变压器是变电部分的核心部件。通常，按冷却方式可将变压器分为干式变压器和油浸式变压器，其中干式变压器是一种铁芯和线圈不浸在绝缘液体中的变压器，具有低耗高效、阻燃防爆、无污染和免维护等优点，在各行业中得到了广泛应用。

现有的干式变压器的绝缘系统通常采用空气绝缘加固体绝缘的组合方式，而电力市场上的干式变压器产品的绝缘等级往往被限定在35kV及以下的电压等级。当存在更高电压等级的绝缘需求时，加大干式变压器的空气绝缘和固体绝缘的厚度往往是使产品满足运行需求的直接、有效的方法，但这将会增加产品的材料成本、重量和损耗参数。另外，在某些应用场景中，甚至还会出现即使采用这种增加绝缘厚度的方式也难以满足技术要求的情形。所以，一般对于大于35kV的电压等级的变压器产品，通常还是选择油浸式变压器。

因此，需要对现有的干式变压器进行改进，以使干式变压器满足更高电压等级的运行需求，为电力市场提供更多可靠的选择。

发明内容

有鉴于此，本发明提出了一种电压等级为72.5kV的干式变压器，以满足当前对电压等级为72.5kV的变压器产品的绝缘要求，并优化干式变压器的结构设计。

因此，根据本发明的一方面，提供了一种电压等级为72.5kV的干式变压器，包括：铁芯，所述铁芯具有轴向方向和径向方向；低压线圈组件，所述低压线圈组件围绕所述铁芯同轴地设置；和高压线圈组件，所述高压线圈组件围绕所述低压线圈组件同轴地设置；其中，所述高压线圈组件包括：导体层和绝缘层，所述导体层包括沿所述轴向方向间隔分布的多个导体，所述绝缘层沿所述径向方向设置在所述导体层的一侧，其中所述绝缘层包括：靠近所述多个导体中的每一个设置且使所述多个导体的一侧沿所述径向方向电绝缘的多个基础绝缘层；相对于所述基础绝缘层远离所述多个导体中的每一个设置且使所述多个导体的一侧沿所述径向方向电绝缘的多个增强绝缘层，其中所述增强绝缘层的轴向高度大于所述基础绝缘层的轴向高度；和相对于所述多个增强绝缘层远离所述多个导体设置且使所述多个导体的一侧沿所述径向方向电绝缘的支撑绝缘层；以及环氧树脂件，所述环氧树脂件、所述导体层和所述绝缘层形成一体化结构。

根据本发明的一实施例，所述支撑绝缘层为多层结构，所述多层结构包括机械支撑层。

根据本发明的一实施例，所述环氧树脂件的一部分位于所述多层结构中的相邻的两层之间。

根据本发明的一实施例，所述低压线圈组件和所述高压线圈组件之间设有多个绝缘筒，所述多个绝缘筒中的相邻的两个绝缘筒彼此间隔开一定的间隙。

根据本发明的一实施例，所述干式变压器还包括出线端和调压分接端，所述出线端和调压分接端的外部包覆有绝缘保护件。

根据本发明的一实施例，所述干式变压器还包括上夹件和下夹件，所述铁芯、所述低压线圈组件和所述高压线圈组件被组装在所述上夹件和所述下夹件之间，其中所述上夹件和所述下夹件包括被倒圆的端部，且所述上夹件和所述下夹件包括形成弧形形状的弯曲部。

根据本发明的一实施例，所述干式变压器还包括绝缘隔挡件，所述绝缘隔挡件位于所述低压线圈组件与所述上夹件和所述下夹件之间以及所述高压线圈组件与所述上夹件和所述下夹件之间。

根据本发明的一实施例，所述基础绝缘层、所述增强绝缘层和所述绝缘筒中的任一个由从聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚酯薄膜聚酯纤维非织布柔软复合箔、玻璃纤维预浸料和环氧树脂组成的组中选择的任意一种制成，且所述支撑绝缘层由从聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚酯薄膜聚酯纤维非织布柔软复合箔、玻璃纤维预浸料和环氧树脂组成的组中选择的任意一种或多种制成。

根据本发明的一实施例，所述基础绝缘层、所述增强绝缘层和所述支撑绝缘层由不同的材料制成。

从上述方案中可以看出，由于本发明的干式变压器的高压线圈组件可以包括多层、多种绝缘材料组合的内部绝缘设计，高压线圈组件和低压线圈组件之间设有多间隙分布的绝缘设计，外部带电结构采用全绝缘的方式进行绝缘，结构件的外形被设计成边沿钝化的形式，且低压、高压线圈组件与结构件之间设有绝缘隔挡件，因此可以充分满足72.5kV的电压等级的干式变压器产品的绝缘要求，从而为电力市场提供了更多可靠的选择。另外，本发明的干式变压器融合了普通干式变压器的阻燃防爆以及免维护等优点，且进一步优化了干式变压器的结构设计。

附图说明

下面将通过参照附图详细描述本发明的优选实施例，使本领域的普通技术人员更清楚本发明的上述及其它特征和优点，附图中：

图1为根据本发明的一实施例的电压等级为72.5kV的干式变压器的示意性剖视图；

图2为图1中所示的干式变压器的高压线圈组件的示意性局部剖视图；

图3为图1中所示的区域A的局部放大视图。

其中，附图标记如下：

10 铁芯

21 上夹件

22 下夹件

23 端部

24 弯曲部

30 低压线圈组件

40 高压线圈组件

41 导体

42 基础绝缘层

43 增强绝缘层

44 支撑绝缘层

45 环氧树脂件

50 绝缘筒

61 出线端和调压分接端

62 绝缘保护件

100 干式变压器

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，以下通过实施例对本发明进一步详细描述。本领域技术人员应当理解，这些示例性实施例并不意味着对本发明形成任何限制。此外，在不冲突的情况下，本发明的实施例中的特征可以相互组合。在不同的附图中，相同或相似的部件用相同的附图标记来表示，且为简要起见，省略了其它的部件，但这并不表明本发明的电压等级为72.5kV的干式变压器不可包括其它部件。应当理解，附图中部件的尺寸、比例关系以及部件的数目均不作为对本发明的限制。

下面参考图1至图3来描述根据本发明的一实施例的电压等级为72.5kV的干式变压器。

如图1所示，本发明的电压等级为72.5kV的干式变压器100包括铁芯10、低压线圈组件30和高压线圈组件40，其中铁芯10具有轴向方向X和径向方向(未示出)，低压线圈组件30围绕铁芯10同轴地设置，高压线圈组件40围绕低压线圈组件30同轴地设置。这样，形成了一种铁芯10在内，低压线圈组件30在中间，高压线圈组件40在外部的同轴嵌套结构。铁芯10可以由硅钢片、非晶合金带材等材料制成，低压线圈组件30可以由预浸绝缘材料、环氧树脂、铜(铝)箔(线)等制成，而高压线圈组件40可以由环氧树脂、铜(铝)箔(线)、绝缘薄膜、预浸绝缘材料等制成，然而，本发明不限于此，也可以采用本领域已知的任何合适的材料来形成铁芯10、低压线圈组件30和高压线圈组件40。应指出的是，在图1中所示的干式变压器中，低压线圈组件30包括上、下两个低压线圈，高压线圈组件40包括上、下两个高压线圈，然而，本发明不限于此，而是可以适用于任何类型的干式变压器。

如图2所示，高压线圈组件40包括导体层和绝缘层，其中导体层包括沿轴向方向X间隔分布的多个导体41，且绝缘层沿径向方向设置在导体层的一侧，其中靠近多个导体41中的每一个设置有使多个导体41的一侧沿径向方向电绝缘的多个基础绝缘层42，相对于基础绝缘层42远离多个导体41中的每一个设置有使多个导体41的一侧沿径向方向电绝缘的多个增强绝缘层43，且相对于多个增强绝缘层43远离多个导体41设置有使多个导体41的一侧沿径向方向电绝缘的支撑绝缘层44，其中增强绝缘层43的轴向高度大于基础绝缘层42的轴向高度。也就是说，基础绝缘层42、增强绝缘层43和导体41以一对一的关系设置，而支撑绝缘层44和导体41以一对多的关系设置。基础绝缘层42可以起到使导体41电绝缘的基本作用，例如通过粘附在导体41的一侧或围绕导体41设置的有限尺寸的材料，比如导体41外部的包覆层。增强绝缘层43的轴向高度大于基础绝缘层42的轴向高度，因此可以起到进一步增强对导体41的电绝缘的作用，同时可以使基础绝缘层42保持较小的形状因数，降低基础绝缘层42的材料成本、重量和损耗参数。支撑绝缘层44可以起到支撑导体41、基础绝缘层42和增强绝缘层43的作用，同时也可以起到进一步增强对导体41的电绝缘的作用。在下文中，将对支撑绝缘层44进行更详细的描述。

虽然图2中示出的高压线圈组件40中的导体层和绝缘层似乎是分隔开的部件，但高压线圈组件30的导体层和绝缘层通过环氧树脂浇注而形成一体化结构。因此，高压线圈组件40还包括环氧树脂件45，其中环氧树脂件、导体层和绝缘层形成一体化结构。例如，对于图1中所示的干式变压器来说，高压线圈组件30可以被浇注成两个线圈，然后组装在上夹件21和下夹件22上。这样，高压线圈组件40的内部绝缘系统包括与环氧树脂件形成一体的多个绝缘层，因此可以增强绝缘性能和确保各绝缘层具有足够的机械性能和层间连接强度，从而提供更好的绝缘效果，以满足72.5kV的电压等级的绝缘要求，同时可以进一步降低绝缘材料的成本、重量和损耗参数。

应指出的是，图2中仅示出了高压线圈组件40的导体41的一侧(例如，面向低压线圈组件30的一侧)设置有如上所述的各个绝缘层，在这种情况下，当导体层和绝缘层一起被绕制成线圈时，导体层的两侧均布设有绝缘层，因此可以提供高压线圈组件40的内部绝缘。然而，本发明不限于此，也可以在导体41的相反两侧设置如上所述的各个绝缘层，从而进一步提高绝缘效果。应指出的是，各绝缘层的长度和高度可以分别大于导体41的长度和高度，从而在绕制时可以对高压线圈组件40的导体(尤其是最内圈或最外圈的导体)提供更全面的绝缘。

如图2所示，支撑绝缘层44可以为多层结构(例如，图2中示出了三层)，其中该多层结构可包括机械支撑层(未标示)，例如，玻璃纤维层，以提供机械支撑作用，同时提高绝缘效果。另外，环氧树脂件45的一部分位于该多层结构中的相邻的两层之间，以将支撑绝缘层44的各层连接在一起且可以与环氧树脂件45的其它部分形成为一体，从而可以进一步提高绝缘效果和结构强度。

根据本发明的一实施例，基础绝缘层42和增强绝缘层43可以由从聚对苯二甲酸乙二醇酯(Polyethylene terephthalate，简称PET)、聚酯薄膜聚酯纤维非织布柔软复合箔(Dacron Mylar Dacron，简称DMD)、玻璃纤维预浸料和环氧树脂组成的组中选择的任意一种制成。支撑绝缘层44可以由从PET、DMD、玻璃纤维预浸料和环氧树脂组成的组中选择的任意一种或多种制成。基础绝缘层42、增强绝缘层43和支撑绝缘层44可以根据绝缘等级、生产工艺等需要而由相同或不同的材料制成。优选地，基础绝缘层42、增强绝缘层43和支撑绝缘层44可以由不同的材料制成。在这种情况下，通过采用多种绝缘材料，可以充分利用每种绝缘材料的特点，以优化组合的方式进一步增强绝缘性能。

继续参考图1，根据本发明的一实施例，为进一步提高低压线圈组件30和高压线圈组件40之间的绝缘效果，低压线圈组件20和高压线圈组件30之间可以设有多个绝缘筒50，且多个绝缘筒50中的相邻两个绝缘筒彼此间隔开一定的间隙。绝缘筒50可以由从PET、DMD、玻璃纤维预浸料和环氧树脂组成的组中选择的任意一种制成。这样在低压线圈组件30和高压线圈组件40之间形成了一种多间隙绝缘的分布方式，可以进一步提高空气或绝缘层的击穿强度。

应指出的是，基础绝缘层42、增强绝缘层43、支撑绝缘层44和绝缘筒50不限于由以上所述的材料制成，而是可以采用本领域已知的任何合适的材料来制成。

如图1所示，干式变压器100还包括出线端和调压分接端61，例如，高压线圈组件40的出线端和调压分接端。现有的出线端和调压分接端61通常是裸露的，因此可能会出现空气击穿现象。本发明的高压线圈组件40的出线端和调压分接端61的外部可以包覆有绝缘保护件62，可以进一步提高绝缘效果，减小空气绝缘距离。应指出是，本发明不限于在高压线圈组件40的出线端和调压分接端的外部设置绝缘保护件，而是可以在干式变压器100的任何带电结构上设置绝缘保护件62。

另外，图1还示出了干式变压器100还包括上夹件21和下夹件22，铁芯10、低压线圈组件30和高压线圈组件40被组装在上夹件21和下夹件22之间，例如通过垫块。上夹件21和下夹件22作为干式变压器100的结构件，在干式变压器的工作期间，也可能产生电场。在现有的结构件中，结构件的端部和弯曲部通常大致是尖角形状的，因此容易导致电流集中而产生尖端放电的现象。根据本发明的一实施例，上夹件21和下夹件22包括被倒圆的端部23，且上夹件21和下夹件22包括形成弧形形状的弯曲部24。这样可以使结构件的边沿钝化而具有流线型设计，可以优化电场的分布，降低电流集中的程度和产生击穿的风险。

为进一步提高绝缘效果，干式变压器100还包括绝缘隔挡件(图1中未示出)，例如绝缘的垫块或绝缘胶皮等，绝缘隔挡件位于低压线圈组件20与上夹件21和下夹件22之间以及高压线圈组件30与上夹件21和下夹件22之间

与现有的干式变压器相比，本发明的高压线圈组件40可以包括多层绝缘材料组合的内部绝缘设计、高压线圈组件40和低压线圈组件30之间的多间隙分布的绝缘设计、外部带电结构的全绝缘设计、结构件外形的钝化设计和线圈组件与结构件之间的绝缘隔挡设计，因此可以满足对72.5kV的电压等级的干式变压器产品的绝缘要求，为电力市场提供了更多可靠的选择，而且优化了干式变压器的结构设计。

综上，本发明提供一种电压等级为72.5kV的干式变压器100，包括高压线圈组件40，其包括：导体层和绝缘层，导体层包括沿铁芯的轴向方向间隔分布的多个导体41，绝缘层沿铁芯的径向方向设置在导体层的一侧，且包括靠近多个导体中的每一个设置且使多个导体的一侧沿径向方向电绝缘的多个基础绝缘层42；相对于基础绝缘层远离设置且使多个导体的一侧沿径向方向电绝缘的多个增强绝缘层43，增强绝缘层的轴向高度大于基础绝缘层的轴向高度；相对于多个增强绝缘层远离设置且使多个导体的一侧沿径向方向电绝缘的支撑绝缘层44；以及环氧树脂件45，其与导体层和绝缘层形成一体化结构。本发明的电压等级为72.5kV的干式变压器可满足绝缘要求。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种电压等级为72.5kV的干式变压器(100)，包括：

铁芯(10)，所述铁芯(10)具有轴向方向(X)和径向方向；

低压线圈组件(30)，所述低压线圈组件(30)围绕所述铁芯(10)同轴地设置；和

高压线圈组件(40)，所述高压线圈组件(40)围绕所述低压线圈组件(30)同轴地设置；

其特征在于，所述高压线圈组件(40)包括导体层和绝缘层，所述导体层包括沿所述轴向方向(X)间隔分布的多个导体(41)，所述绝缘层沿所述径向方向设置在所述导体层的一侧，其中所述绝缘层包括：

靠近所述多个导体(41)中的每一个设置且使所述多个导体(41)的一侧沿所述径向方向电绝缘的多个基础绝缘层(42)；

相对于所述基础绝缘层(42)远离所述多个导体(41)中的每一个设置且使所述多个导体(41)的一侧沿所述径向方向电绝缘的多个增强绝缘层(43)，其中所述增强绝缘层(43)的轴向高度大于所述基础绝缘层(41)的轴向高度；和

相对于所述多个增强绝缘层(43)远离所述多个导体(41)设置且使所述多个导体(41)的一侧沿所述径向方向电绝缘的支撑绝缘层(44)；

其中，所述高压线圈组件(40)还包括环氧树脂件(45)，所述环氧树脂件、所述导体层和所述绝缘层形成一体化结构。

2.根据权利要求1所述的电压等级为72.5kV的干式变压器(100)，其特征在于，所述支撑绝缘层(44)为多层结构，所述多层结构包括机械支撑层。

3.根据权利要求2所述的电压等级为72.5kV的干式变压器(100)，其特征在于，所述环氧树脂件(45)的一部分位于所述多层结构中的相邻的两层之间。

4.根据权利要求1所述的电压等级为72.5kV的干式变压器(100)，其特征在于，所述低压线圈组件(30)和所述高压线圈组件(40)之间设有多个绝缘筒(50)，所述多个绝缘筒(50)中的相邻的两个绝缘筒彼此间隔开一定的间隙。

5.根据权利要求1所述的电压等级为72.5kV的干式变压器(100)，其特征在于，所述干式变压器(100)还包括出线端和调压分接端(61)，所述出线端和调压分接端(61)的外部包覆有绝缘保护件(62)。

6.根据权利要求1所述的电压等级为72.5kV的干式变压器(100)，其特征在于，所述干式变压器(100)还包括上夹件(21)和下夹件(22)，所述铁芯(10)、所述低压线圈组件(30)和所述高压线圈组件(40)被组装在所述上夹件(21)和所述下夹件(22)之间，其中所述上夹件(21)和所述下夹件(22)包括被倒圆的端部(23)，且所述上夹件(21)和所述下夹件(22)包括形成弧形形状的弯曲部(24)。

7.根据权利要求1所述的电压等级为72.5kV的干式变压器(100)，其特征在于，所述干式变压器(100)还包括绝缘隔挡件，所述绝缘隔挡件位于所述低压线圈组件(30)与所述上夹件(21)和所述下夹件(22)之间以及所述高压线圈组件(40)与所述上夹件(21)和所述下夹件(22)之间。

8.根据权利要求4所述的电压等级为72.5kV的干式变压器(100)，其特征在于，所述基础绝缘层(42)、所述增强绝缘层(43)和所述绝缘筒(50)中的任一个由从聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚酯薄膜聚酯纤维非织布柔软复合箔、玻璃纤维预浸料和环氧树脂组成的组中选择的任意一种制成，且所述支撑绝缘层(44)由从聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚酯薄膜聚酯纤维非织布柔软复合箔、玻璃纤维预浸料和环氧树脂组成的组中选择的任意一种或多种制成。

9.根据权利要求8所述的电压等级为72.5kV的干式变压器(100)，其特征在于，所述基础绝缘层(42)、所述增强绝缘层(43)和所述支撑绝缘层(44)由不同的材料制成。

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