CN1354883A - 电容控制的高压绕组 - Google Patents

Abstract

变压器的高压绕组尤其在其输入端通过电容控制而得以加强,由此使高压绕组能够经受住冲击式的脉冲电压。为此,所谓的控制导线(10)平行于一根主导线(5)地一起缠绕进高压绕组(1)。为了改进电容控制并且为了提高电容量,按照本发明,控制导线(10)在空间上设置在主导线(5)内部,但是控制导线(10)与主导线(5)在电流上是隔断的。

Description

电容控制的高压绕组

对于额定电压例如≥220kV和单位功率例如≥200MVA的所谓极限功率变压器来说，采用扭绞导线线圈绕组(Drilleiterspulenwicklungen)来代替由大量并联扁平线材制成的线圈绕组是比较有利的。由此，一方面减少由控制磁场引起的附加损失，另一方面通过更高的充填系数更好地利用可供使用的线圈腔。

额定电压≥220kV的变压器绕组的冲击耐压强度通常由此来实现，即，绕组仅仅由相互缠绕的线圈制成，或者在具有分级纵向电容的绕组输入区内减小冲击电压，使其余绕组可以由一般的双线圈电路、例如由扭绞导线制成的双线圈电路制成。

相互缠绕线圈的制造在各种情况下都需要钎焊连接。但在采用扭绞导线的情况下，要实现钎焊连接存在极大的困难性或者根本不能实现。因此，为了在采用扭绞导线的情况下避免钎焊，人们一直致力于一种可连续缠绕的双线圈电路。在这种双线圈电路中，通过一条特殊的控制导线来实现电容控制，控制导线的钎焊连接可以简便而经济地实现。

本发明涉及一种电容控制的高压绕组，它由用于大功率变压器的盘形线圈制成，该盘形线圈具有一条由扭绞导线构成的用于输送负载电流的主导线和一条在空间上平行于主导线的控制导线。

这种电容控制的高压绕组已由德国专利文献DE-OS 24 18230公开。其中，高压绕组具有多个沿轴向相互叠置的盘形线圈，这些盘形线圈连续地由一条设计成扭绞导线的主导线缠绕而成。一条控制导线在空间上平行于主导线，它连续地缠绕在至少四个盘形线圈的绕组分段上。这条控制导线在这个绕组分段的中部拆分开，并且其始端和终端在绕组外部相互电连接。该连接通过钎焊形成并且在实践中不存在任何问题，因为由实心导线制成的控制导线可以毫无困难地实现钎焊。

通过德国公开文献1 297 217已知另外一种绕组结构，该绕组包含有用于电容地控制一条实心主导线的控制导线。这种绕组由连续缠绕的双线圈组成，并且为了在双线圈中实现分级的纵向电容，控制导线被制成不同的长度。双线圈的主导线由两根并联电连接、且在空间上相互平行及由此相互电绝缘的实心导线构成，设计成金属薄膜的控制导线缠绕在这两根导线之间。

不仅在德国公开文献1 297 217所述的绕组结构中，而且在另一篇公开文献DT 24 18 230 A1所述的绕组结构中，纵向电容和绕组中的冲击电压分布也都与绕组密度有关。但是绕组密度以所不期望的方式随着所能达到的加工质量而变化。

由德国专利申请公开文献DE-OS 19 43 724已知一种用于变压器线圈的扭绞导线，该导线由多根并联且相互绝缘的扁平分导线所组成。在扭绞导线的横截面上看去，分导线的位置沿着扭绞导线通过折弯周期性地交换，这使得每根分导线在扭绞导线整个长度上周期性地占据扭绞导线横截面里的每个可能位置。

由德国专利DE-PS 23 23 304已知一种用于变压器的抽头绕组，该绕组具有多个串联电连接的分绕组。每个分绕组分别由一单根导线构成，对各单根导线分别设置有一条在空间上与之平行的控制导线。这些控制导线和各单根导线相互电绝缘。

由德国专利DE-PS 39 07 287 C2已知一种变压器具有由输送负载电流的主导线构成的绕组，该主导线通常由一种高传导性材料制成。至少在主导线的部分导线长度上，有一根由电阻材料制成的辅助导线在空间上平行于主导线设置。该辅助导线用于阻尼振荡。

由德国专利DE-PS 36 29 310已知一种用于绕组连接导线的大电流导线，在其旁边是一根在空间上与之平行的屏蔽导线。该屏蔽导线通过这种所谓的“电位连接”与导电导线电连接，使屏蔽导线中的总电流等于零。屏蔽导线用于屏蔽由流经主导线的电流所产生的磁场，以避免放置在电流磁场中的结构部件因其内部感应产生的涡旋电流而承受热负荷。

本发明的目的在于提供一种用于上述类型高压绕组的控制导线装置，这种控制导线装置具有较大的纵向电容并且可以简便而可靠地制造。此外，当高压绕组被装入一个变压器中时还保证有高的运行可靠性。

在此，纵向电容可以理解为是在构成绕组的主导线与控制导线之间与长度单位有关的电容。

上述目的在本文前言所述类型的高压绕组中这样来实现，即按照本发明，控制导线在空间上设置在主导线内部，但该控制导线在电流上与主导线隔断。

由于控制导线位于由扭绞导线构成的主导线内部，因此它在空间上非常靠近所有的分导线。这些分导线通常构成一条扭绞导线，由此得到一个大的纵向电容。此外，这个高压绕组的纵向电容与可能存在的轴向冷却通道无关。可以用这种主导线特别容易地制成高压绕组，因为可以同时缠绕主导线和控制导线。此外，通过将控制导线设置在主导线内部，亦即通过主导线来屏蔽控制导线，可以得到很高的运行可靠性。两个轴向相邻线圈之间的控制导线所能承受的最大电压负荷基于这个屏蔽总是只等于施加在盘形线圈上的电压的两倍。

按照本发明一相宜的扩展结构，控制导线在空间上设置在两堆相互扁平叠放、共同构成主导线的单根导线之间，并竖立在这两堆单根导线之间。这样设置的控制导线贴靠在两堆单根导线相应的侧面上。该侧面与扭绞导线的外表面相比非常平整，这使得在侧面与控制导线之间只有非常小的间距并由此得到一个很大的纵向电容。

按照本发明一个具有优点的结构，控制导线在横截面上构成一个长宽比为15∶1的矩形，而包封控制导线的主导线的整个横截面大约呈正方形。

控制导线最好由多根空间上相互平行、相互间电绝缘的单根导线构成。由此在控制导线中产生微小的涡流损失。

按照本发明的另一改进结构，控制导线在盘形线圈的一部分上延伸，并且在其余盘形线圈部分的主导线内充填有由绝缘材料制成的填充物。

盘形线圈内部配有控制导线的线圈匝数最好随着盘形线圈与高压绕组接头之间距离的增加而减少。由此使纵向电容从接头开始向着高压绕组里面减小，并且将接头上产生的电压脉冲分布在高压绕组里的多个线圈上。

最好在无控制导线的盘形线圈内的两堆构成主导线的分导线堆之间设置一个中间层，其横截面相当于包括控制导线绝缘层在内的控制导线的横截面。

按照本发明的另一结构，分别由一个具有一条控制导线的盘形线圈的最外匝圈引出控制导线的一个接线片，并且相邻盘形线圈的接线片分别通过一控制导线接线相互电连接，盘形线圈径向位于内部的主导线匝圈通过一线圈接线连接。

按照本发明的高压绕组是非常具有优点的，这是因为其纵向电容基于控制导线在空间上与主导线特别紧密地藕联而明显地大于所有前面已知的结构。与此同时，所需的加工费用相对于已公知的解决方案而言明显减少。通常在加工完高压绕组以后通过一个对绕组施加轴向夹紧力的夹具将高压绕组束紧。如果在主导线内部设有设计成扁平导线的控制导线并且缠绕主导线，使得扁平导线位于一个径向平面上，则尤其可得到这样一个优点，即，在控制导线与围绕在它两侧的主导线的分导线之间的距离总是恒定的，夹紧力随时间只有很小的变化。由此使高压绕组的纵向电容几乎总是恒定的。

下面借助附图详细描述本发明的实施例，附图中：

图1为高压绕组的截面图，

图2为图1所示高压绕组的局部A处的放大示图，

图3为结合有控制导线的主导线的横截面图，

图4为具有填充物的主导线的横截面图，

图5为具有中间层的主导线的横截面图，

图6为具有由多个单根导线构成的控制导线的主导线的横截面图。

相互对应的部件在所有附图中均以相同的附图标记表示。

一个大功率变压器(例如额定功率大于200 MWA且额定电压大于等于220kV)的沿轴线16定向的高压绕组1具有接头2和3，其中，接头2构成高压接头(参见图1)。

高压绕组1由多个盘形线圈4A至4L组成(见图2)。这些盘形线圈4A至4L由具有最好接近正方形截面的主导线5缠绕而成，其中，主导线5在盘形线圈4A、4C，4E，4G，4I和4K中分别由外向里缠绕，而在4B，4D，4F，4H，4J和4L中则分别从里向外缠绕。盘形线圈4A至4L通过位于高压绕组1内部的线圈接线6并通过位于高压绕组1外周边上的线圈接线7串联电连接(参见图2)。盘形线圈4A至4L也可以成对(4A，4B)；(4C，4D)；(4E，4F)；(4G，4H)；(4I，4J)以及(4K，4L)地以双线圈形式组合在一起，其中每个双线圈可以分别由一根主导线缠绕而成。

主导线5(参见图3至5)由两堆16和17相互平行的分导线8组成，每堆分导线由多个以其宽侧相互贴靠的分导线8组成，这些分导线8相互间尽管绝缘但是均并联电连接。沿着主导线5，通过只示出一个的交叉9交替地将一根分导线8从分导线堆16引到另一个分导线堆17，从这另一个分导线堆17再引到分导线堆16。这种交替沿着主导线5周期性地进行，这使得主导线5长度段内的每根分导线8占据每个可能的分导线位置。由此形成一个所谓的扭绞导线，这在发电机结构中也称作勒贝儿导体(Roebelstab)。

在由多个单根导线8构成的导线堆16与17之间存在着一个单根导线8厚度数量级的间距。这个间距按照图3由一绝缘的控制导线10充填，按照图4由填充物11充填而按照图5由一中间层12充填。控制导线10具有接近矩形的横截面，其中矩形的长宽比为15∶1。控制导线10可以设计成绝缘的实心导线、尤其是扁平导线，或者象主导线5一样由多根径向相互叠置、相互绝缘的单根导线15制成(参见图6)。各单根导线15并联电连接。填充物11由绝缘材料制成，它具有与控制导线10一样的横截面并且与控制导线一样具有相同的绝缘包皮。中间层12具有与包括绝缘包皮在内的控制导线的横截面相同的横截面。

带有绝缘包皮的控制导线10、填充物11以及中间层12竖立在两堆单根导线8之间。由此使单根导线8在空间上尤其相对于控制导线10紧密布置。

一方面是并联且在空间上相互紧密贴靠的单根导线8而另一方面是控制导线10，由于它们相互之间很小的空间间距构成一个具有相对较大电容的电容器。

在图示实施例(参见图2)中，在第一和第二盘形线圈4A或4B中的每根控制导线10A或10B延伸经过所有5匝圈，第三和第四盘形线圈4C或4D中的每根控制导线10C或10D延伸经过3匝线圈，第五和第六盘形线圈4E或4F中的每根控制导线10E或10F延伸经过2匝线圈，而第七至第十盘形线圈4G至4J中的每根控制导线10G至10J延伸经过1匝线圈。在高压绕组1剩下的盘形线圈4K和4L中没有控制导线，仅仅充填有中间层12。在盘形线圈4A至4J中没有控制导线的匝圈中代替控制导线的是填充物11C至11J。

控制导线10A-10J分别通过一个没有详细示出的接线片13A-13J从它们各自的盘形线圈4A-4J中引出并用于电接触。

通过线圈接线6直接相互连接的盘形线圈4A至4J的、即盘形线圈(4A，4B)；(4C，4D)；(4E，4F)；(4G，4H)和(4I，4J)的接线片13A至13J在高压绕组1外部分别通过一根控制导线接线14A至14E相互电连接。由此使控制导线10A和10B以及10C和10D以及10E和10F以及10G和10H以及10I和10J串联电连接。

如上所述，控制导线10A至10J延伸通过不同的匝圈数，由此盘形线圈4A至4J的纵向电容也相应不同。其中，盘形线圈4A和4B的纵向电容最大，而盘形线圈4I至4J的纵向电容最小。换句话说，从接头2开始纵向电容随着进入高压绕组1的主导线5而减小。由此，施加在接头2上的特别高频的电压脉冲就这样地被引导到高压绕组中，使得电压降被分布到许多匝圈上。在理想情况下(首先取决于电压脉冲的频率)，通过降低的纵向电容，迫使一冲击式的电压脉冲近似均匀地分布在高压绕组1上。

视不同的前提条件，即各盘形线圈4A至4L的线圈匝数和一个与高压绕组连接的电网的特性以及结构，也可以有利地进行其它分级。

位于图1所示高压绕组1局部A下方的没有详细示出的盘形线圈4A-4L可以通过一根设计成扭绞导线的、没有控制导线且没有填充物或中间层的主导线构成。

Claims (11)

1.一种尤其用于大额定功率变压器的电容控制的高压绕组，它由盘形线圈(4)制成，该盘形线圈具有一根由扭绞导线构成的用于负载电流的主导线(5)，以及一根在空间上与之平行的控制导线(10)，其特征在于，所述控制导线(10)在空间上设置在主导线(5)内部，且控制导线(10)与主导线(5)在电流上相互隔断。

2.如权利要求1所述的高压绕组，其特征在于，所述控制导线(10)在空间上设置在两堆(16，17)分导线(8)之间，各堆中的分导线(8)相互扁平叠放、并共同构成主导线(5)。

3.如权利要求1或2所述的高压绕组，其特征在于，所述控制导线(10)竖立地位于主导线(5)的两堆(16，17)分导线(8)之间。

4.如权利要求1至3中任一项所述的高压绕组，其特征在于，所述控制导线(10)在横截面上构成一个长宽比大约为15∶1的矩形。

5.如权利要求1至4任一项所述的高压绕组，其特征在于，所述控制导线(10)由多根在空间上相互平行排列且相互电绝缘的单根导线(15)构成。

6.如权利要求1至5中任一项所述的高压绕组，其特征在于，带有包封在内的控制导线(10)的所述主导线(5)的整个横截面大约呈正方形。

7.如权利要求1至6中任一项所述的高压绕组，其特征在于，所述控制导线(10A)延伸经过盘形线圈(4A)的一部分，并且在其余盘形线圈(4A)部分的主导线(5)中存在由绝缘材料制成的填充物(11)。

8.如权利要求7所述的高压绕组，其特征在于，各盘形线圈(4A-4J)内部配有控制导线(10A-10J)的线圈匝数随着各盘形线圈(4A-4J)与高压绕组(1)接头(2)距离的增加而减少。

9.如权利要求2至8中任一项所述的高压绕组，其特征在于，在没有控制导线的盘形线圈(4K，4L)内，两堆(16，17)构成主导线(5)的分导线(8)之间设置有一中间层(12)，其横截面相当于包括绝缘包皮在内的控制导线(10)的横截面。

10.如权利要求1至9中任一项所述的高压绕组，其特征在于，由具有控制导线(10A)的盘形线圈(4A)的最外面的匝圈引出控制导线(10A)的接线片(13A)。

11.如权利要求1至10中任一项所述的高压绕组，其特征在于，相邻盘形线圈(4A，4B)的接线片(13A，13B)通过一根控制导线接线(14A)相互电连接，而相邻盘形线圈沿径向位于内部的主导线匝圈通过一根线圈接线(6)连接。

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