CN2152286Y - 干式、空芯、并联筒式铜质耐电冲击电抗器 - Google Patents

Abstract

用于电气铁道电网中的无功补偿装置内的干式、 空芯、并联筒式铜质电抗器由分别位于第一、第二、第 三导电臂(2、4、及6)之间的主线圈(3)及调整线圈 (5)组成。主线圈包括同轴的、由纵向风道(12)隔开 的多个线圈包封单元(7)，每个包单元(7)由绕在绝缘 筒体(8)上多层的线匝层(9)及外表的绝缘层(11)构 成，所有各层线匝的始、末端分别接于第二、第一导电 臂(4、2)上形成各层线匝的并联状态。由里向外各层 线匝使用由细到粗不同线径的铜线。本实用新型电 抗器在体积、重量、寿命、可靠性等方面均优于现有同 类产品。

Description

本发明涉及干式、空芯、并联筒式电抗器，特别是涉及用于电气铁道系统、电力系统、冶金系统中的无功补偿装置，谐波滤波装置中串联接入并联电容器回路的高压、干式，空芯、并联筒式耐电冲击的电抗器。

近年来，我国电气化铁道迅速发展，所需的牵引电能与日俱增，电力系统对牵引供电品质提出了明确的要求。为了改善功率因数，解决对无功电能的占据和高次谐波治理等问题，广泛采用由电容器组和电抗器串联组成的无功补偿装置，电抗器在其中担当了重要作用，它使电容器组投入电网时限制其因合、分闸及机车驶入供电臂时造成的瞬时涌流和冲击，吸收铁道供电网中含量复杂且丰富的高次谐波，以使减少损耗及发热。

过去所使用的电抗器不外乎有以下几种类型：（1）干式或油浸铁芯电抗器。这种电抗器的铁芯在约1.5倍额定电流时已饱和，冲击电流可迅速增至20倍额定电流以上，产生严重的动热冲击破坏力，噪音大且制作成本高。对油浸式还需防油、防火设备，维护困难。对干式的则不可在户外运行。

（2）空芯、串联筒式电抗器。这种电抗器由于层间电位差高而体积大、成本高，且不得不采用大截面导线而增大了损耗。

（3）空芯、串联饼式电抗器。这种电抗器有串联式电抗器的缺点，必需采用辐向风道，散热条件差。线饼之间不易牢固固定。

本发明的目的是提供一种可在户外运行、体积较小、制造成本及损耗较低、运行可靠、维护简便的高压、干式、空芯、并联筒式耐电冲击的电抗器。

本发明的电抗器由以下各部分组成：支架、主线圈、位于主线圈下面的第一导电臂、及位于主线圈上面的第二导电臂。主线圈具有以下结构：在有高机械强度的浸润了特制的绝缘胶的玻璃丝绕制、固化的绝缘筒体上用高强度绝缘电磁线绕制电感线圈，所述电感线圈由多层构成，各层根据电感计算的数学模型计算结果所要求使用不同规格的电磁线，层间以适当的浸渍玻璃布作绝缘，多层线匝层之外表面用浸胶玻璃丝捆扎包围线匝的玻璃布封闭起来形成一个绕组包封单元。每台电抗器含有一个或一个以上这样的包封单元，通常可以是3个以上，特别是15至30个，各绕组包封单元之间由引拔绝缘撑条隔开，形成纵向风道。所有绕组包封单元的所有各层端头分别连接在（通常为焊接）上述第一、第二导电臂上，形成各层线圈的并联状态。为了保证寿命，整台电抗器外表涂以抗紫外线、抗老化绝缘漆。支架为高压瓷绝缘子或无磁金属结构架支承电抗器绕组等部件。

上述绝缘玻璃丝为无捻无碱无腊，玻璃布为由此种玻璃丝制成，经浸润剂处理后增强了亲和绝缘胶的能力。浸渍用绝缘胶为改性树指型，耐压强度高，0.05mm膜厚耐压达70KV以上，水浸24小时后仍不低于40KV。上述线圈的绝缘结构在耐压、耐潮、抗裂性、抗剥离能力等方面性能均极为高超。

具有以上结构特征的干式、空芯、并联筒式电抗器相比现有技术中的串联式电抗器避免了层间电位差较高，必需增大层间距离、加厚绝缘，以致体积大，成本高的缺点。并联结构其层间电位差在理论上为零，即使工艺上不能保证绝对层层对齐，也只会错一、二匝，层间电位差只是匝间电位差的数量级。

由于本发明的电抗器各绕组包封单元内层与层之间紧密绕制，空间互感得到充分利用，器身必将较小。由于上面所述及下面实施例中将要叙述的绝缘结构也使得绕组包封单元十分紧凑。

利用本发明的绝缘结构，线匝周围充分地填满了绝缘胶，线匝层的内、外有浸润了绝缘胶的玻璃丝固化形成坚固的、整体性的绝缘层，可以在100％湿度下安全可靠运行，即使在户外淋雨、覆冰情况下也是安全的，达到在户外安全使用的要求，排除了现有的干式电抗器不能在户外工作的缺点，而相比于油浸式电抗器，本发明的电抗器省去了防油、防火、维护困难等复杂问题。

本发明电抗器保持了筒式结构的轴向风道，具有远比辐向风道要好的散热效果。

本发明电抗器保持了空芯结构不会饱和、线性伏安特性的优点，过电流倍数不大，对限制冲击电流作用良好。

多层并联线圈组成的电抗器整体其高技术内涵在于必须建立包括空间互感在内的数学模型，充分利用并联绕组之间的互感是本发明的特点之一，使整体重量和体积与老式结构相比较约减少一半以上。为使达到这点的措施除了前述紧凑的线圈包封单元结构外还在于上述数学模型中根据椭圆函数型各层电流分布规律计算确定从靠中心的里层辐向向外各层线匝截面逐层增大的规律，以及保持各层线匝高度相同。

本发明电抗器由于采用并联结构，使得可以采用较小截面电磁线，避免使用方扁线成为可能，此特征在抑制集肤效应和涡流产生的损耗方面极为有利。

采用铜质电磁线是本发明电抗器特点之一。铜电磁线在焊接、不易氧化、较少材质先天性缺陷等方面较铝线有无可比拟的优点，还有极重要之处是建立在计算电感的数学模型上的本发明结构安排要求并联线圈各层从内到外应有不同直径的导线，且各线圈高度应该一致，采用铜电磁线因规格选择裕度大而在保证电感量方面特别有利。此外，铜线电抗器将在机械强度、过载能力方面三倍优于铝质的，而因为线膨胀系数却约小于铝40％而使导体和绝缘间分离的难题易于解决，至于因选用的导线截面缩小面缩小而降低集效应及涡流损耗，尤其对高次谐波情况，是明显的，所有这些使全铜质的本发明电抗器性能更好。

但是，在现有技术中普遍使用的只是铝电磁线电抗器，简单地用铜线代铝线所完成的电抗器将因为在体积、重量、价格等方面原因没有竟争力，但复杂的数学模型使体积小、有合理尺寸比、发热均匀、空间互感利用好、从而价格低的铜质电抗器迄今没有开发出来。本发明成功地解决了这些难题，首先开发完成干式、空芯、并联筒式、全铜质电抗器。

本发明的电抗器可以有如下进一步构型：为了达到电抗器在预定电抗值内可以调节，以使更好地与电容器组容抗值匹配，在第二导电臂之上设调整线圈，调整线圈之上设第三导电臂，第二导电臂成为中导电臂，调整线圈有若干抽头分别引到调节开关的定触点上，其动触头则接到第二导电臂，调整线圈的始端接第三导电臂，第三导电臂成为高压进线端，调整线圈的结构类似于主线圈，但通常为单层，使用多股电磁线绞合的电线绕制，由于截面分割及变位而使集肤效应及涡流影响降至最小。由于调整线圈处于高压进线端，将承受过电压主要部分，因此，除绝缘水平应加强外（例如匝间耐压应达到5kv以上），绝缘结构可以和主线圈相似。调整线圈用高强度浸胶玻璃丝绑扎，结构稳固。试验表明，加到线圈上的雷电冲击试验电压200kv中约70kv由高压进线端头20匝担当，因此将上述调整线圈放在高压进线一端并加强绝缘水平以承受过电压是适宜的，试验证明，有这种附加调整线圈的本发明电抗器，在合闸、分闸时主线圈上不出现过电压，这样的结构安排使本发明电抗器中作为主体的主线圈更紧凑，体积更小，运行安全可靠。

上述调整线圈可以仅利用其承受过电压的性质而成为一种防护线圈，此种防护线圈不设抽头，不换接，不具备调整电感值的功能。

调整线圈也可以设在主线圈外边，靠近处在低电位的第一导电臂，这种方案的调整线圈将不起防护作用，单纯起调整电感的作用。结构上藉引拔撑条与主线圈隔开。

图1为本发明电抗器第一实施例的整体图。

图2为本发明电抗器第一实施例的接线图。

图3为本发明电抗器第一实施例的主线圈、剖面图。

图4为本发明电抗器第一实施例的立体图。

图5为本发明电抗器第二实施例的整体图。

以下结合附图说明本发明电抗器的实施例。

第一实施例为一台用于电气化铁道供电网的无功补偿装置中与电容器组串联的电抗器，其所在系统额定电压275kv，电抗器额定电压3.955kv，额定电流70.1A。

图1为其总体布置图，其中1为支柱，使用瓷瓶，泄漏比不小于25mm／kv，2、4分别为第一、第二导电臂，黄铜材质制成，有辐射状（参见图4）。在第一，第二导电臂之间是主线圈3，主线圈3的结构可见图3，它由多个线圈包封单元7组成，每个所述线圈包封单元7有在里面的绝缘筒体8，绕在筒体8上的多层圆电磁线构成线匝层9，层间为浸胶玻璃布层10，由中心向外各层使用的电磁线直径不同，逐层加大，且各层线匝高度相等，线匝层9外表面是浸胶玻璃丝捆扎包围于线匝层外的玻璃布并经固化而成的封闭绝缘层11。二个线圈包封单元7之间由绝缘引拔撑条12隔开形成纵向风道。筒体8及封闭层11的材料玻璃丝（布）为无捻无碱无腊，经浸润剂处理后有较强的对树指亲和能力，再浸润过改性树脂绝缘胶24小时以上，线匝层9缠绕时电磁线通过浸胶槽边浸边绕，因此形成的线圈包封单元内部充满绝缘胶，经155℃固化后形成的线圈包封单元成为坚固整体，机械强度高，散热好，耐环境条件变化，如遭潮湿、淋雨、覆冰等的能力极高，完全可以适应于户外运行。

本实施例设有调整线圈5，置于第一导电臂2之上，在调整线圈5之上部另设第三导电臂6。调整线圈5的结构相似于主线圈3，由于它设于高压进线端，绝缘水平加强，在本实施例中，调整线圈5线匝层为单层安排，使用多股绝缘绞合线绕制，主线圈3电感值精度在额定值±1％范围内，调整线圈5按额定电感值±5％范围调整，每1％抽头，其接线方式见图2，即调整线圈5的始端接到第三导电臂6，为高压进线端，各抽头接于图2中仅为示意性表示的换接开关定触点，而其动触点接于第二导电臂4。

本第一实施例的上述调整线圈5兼有防护过电压的功能，在不设抽头，不换接的场合下它将成为单纯作防护用的防护线圈。

图3为本发明的第二实施例，它是在第一实施例基础上所作的改型，在第二、三导电臂之间设不抽头的防护线圈13，在主线圈3之外套装调整线圈14，二者用绝缘撑条隔开，调整线圈14可以有与第一实施例中调整线圈5相似的结构，有抽头，线圈14始端接于第一导电臂，各抽头及线圈14末端分别接到换接开关（图中未出）静触头上，而其动触头则引出或接地。

调整线圈14可以有另一种构造，它用裸铜线绕成螺旋圈，滑动触块在其上滑动接触，该螺旋圈的始端接到第一导电臂，而滑动触块则引出或接地。本构型藉滑动触块的移动变化串接于主线圈的匝数而调整电抗器的电感量，此种调整是连续的，因此可以微调电感量，对诸如冶金系统中要求电抗器与串联电容器组精确调谐的场合更为适合。

主线圈和调线圈的最外表面涂覆抗紫外线、抗老化漆、，以达到增强防晒、防湿、防水、耐紫外线性能。

以上电抗器结构运行寿命可达20年以上。

对本发明的技术方案，本领域的技术人员可以做出变更而不背离由权利要求书限定的本发明构思精神。

Claims (11)

1、一种干式、空芯、并联筒式电抗器，其特征是其主线圈由位于第一及第二导电臂之间的线圈包封单元构成；所述线圈包封单元包括绕在绝缘筒体上的一层以上电磁线，特别是铜质电磁线，形成线匝层，所述线匝层外表覆有外绝缘层；所述线匝层中每一层的线圈之始端连接到位于线圈包封单元上部的第二导臂上，而其末端连接到位于所述线圈包封单元下部的第一导电臂上；所述包封单元内靠中心的里层沿辐向向外各层线匝层电磁线截面逐层增大。

2、根据权利要求1所述的电抗器，其特征是所述的主线圈含有多个所述的线圈包封单元，且互相同轴安置；靠电抗器中心的里层沿辐向向外所有各层线匝层电磁线截面逐层增大；相邻线圈包封单元间有圆周上均布的多个绝缘质引拔撑条互相隔开，形成纵向风道。

3、根据权利要求2所述的电抗器，其特征是所述绝缘筒体浸润过绝缘胶；所述外绝缘层为浸绝缘胶的玻璃布捆扎浸绝缘胶玻璃丝后固化所形成；所述线匝层中电磁线经浸渍绝缘胶绕制而成。

4、根据权利要求2所述的电抗器，其特征是在所述的第二导电臂之上设置有中间抽头的调整线圈或不设中间抽头的防护线圈。第三导电臂设于所述调整或防护线圈之上且和该调整或防护线圈之始端相连接；所述第二导电臂可转换地与调整线圈的末端或其中间抽头相连接，或者所述第二导电臂与防护线圈的末端相连。

5、根据权利要求4所述的电抗器，其特征是所述调整或防护线圈为绝缘筒体上绕制的单层或多层浸胶电磁线形成线匝层，外表上再封闭以浸胶玻璃布捆扎以玻璃丝的外绝缘层。

6、根据权利要求5所述的电抗器，其特征是所述调整或防护线圈中的浸胶电磁线为由多股绝缘导线绞合的多股绞合铜电磁线。

7、根据权利要求2－6所述的电抗器，其特征是主线圈之外由引拔撑条隔开套装有调整线圈，所述调整线圈的始端连接于第一导电臂，其中间抽头可转换地接向电抗器外端子。

8、根据权利要求2－6所述的电抗器，其特征是在主线圈之外套装有调整线圈，所述调整线圈为螺旋圈，与螺旋圈的导体有滑动触块可滑动地接触，滑动触块引向电抗器外端子，螺旋圈的一个始端与第一导电臂相连接。

9、根据权利要求1－6所述的电抗器，其特征是所述主线圈、调整线圈及防护线圈的外表面涂覆抗紫外线、抗老化漆。

10、根据权利要求1－6所述的电抗器，其特征是所述主线圈各线匝层线匝高度相同。

11、根据权利要求2－6所述的电抗器，其特征是所述线圈包封单元数为15－30。

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