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CN101136281B - 具有屏蔽环的高压变压器、屏蔽环及屏蔽环的制造方法 - Google Patents

具有屏蔽环的高压变压器、屏蔽环及屏蔽环的制造方法 Download PDF

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CN101136281B CN2007101030273A CN200710103027A CN101136281B CN 101136281 B CN101136281 B CN 101136281B CN 2007101030273 A CN2007101030273 A CN 2007101030273A CN 200710103027 A CN200710103027 A CN 200710103027A CN 101136281 B CN101136281 B CN 101136281B
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Abstract

一种高压变压器，其包括变压器壳体；配置在所述变压器壳体中的内部部件，如变压器芯、磁轭和绕组。所述内部部件浸没在变压器油中，并且配置有绝缘结构，所述绝缘结构包括用于绝缘高压绕组端(1)的装置。所述绝缘装置包括布置在绕组端(1)上的屏蔽环(4)和形成为Z形样式并布置在绕组端(1)和屏蔽环(4)周围的压制板结构(2)，所述屏蔽环(4)包括导电层(6)所覆盖的芯(5)，以及布置在所述导电层外的连续绝缘层(7)。根据本发明，绝缘层(7)包括形成整体的固体绝缘部分(701-708)，其中固体绝缘部分(701-708)中至少有一些具有不同的厚度。本发明还涉及一种屏蔽环和一种制作该屏蔽环的方法。

Description

具有屏蔽环的高压变压器、屏蔽环及屏蔽环的制造方法
技术领域
本发明涉及高压变压器，其包括变压器壳体；置于变压器壳体中的内部部件，如变压器芯、磁轭和绕组，该内部部件浸没在变压器油中。其中，该内部部件配置有绝缘结构，该绝缘结构包括用于绝缘高压绕组端的装置，该绝缘装置包括布置在绕组端上方的屏蔽环和形成为Z形样式并布置在绕组端和所述屏蔽环周围的压制板结构，该屏蔽环包括芯，该芯被导电层覆盖，该导电层在电位上连接到绕组端，该屏蔽环还包括所述导电层外的连续固体绝缘层。
本发明还涉及用于电源变压器和电抗器并浸没在变压器油中的屏蔽环，其包括芯，该芯由导电外层所覆盖，还包括在该导电层外的连续外固体绝缘层。
本发明还涉及一种制造用于高压变压器和电抗器的屏蔽环的方法。
背景技术
大家知道，诸如高压电力变压器的电气装置和设备通常配备有基于纤维素材料和变压器油的绝缘系统。绝缘系统用于将变压器的连接到高电位的部分与连接到其它电压或地的部分绝缘。通常，油体积细分的方法用于增加油的抵抗强度。
芯型变压器中主要的绝缘难题是将高压绕组与芯以及与相邻的绕组绝缘的问题。在所使用的绕组绝缘方案中，一种称为屏蔽环的结构经常被用于帮助处理制作成柱形的绕组的角上的应力。
现在，参考图1简要描述适合于和高压电力变压器一起使用的现有技术屏蔽环的一个示例。
电力变压器中高压绕组的绕组端1由包括压制板障壁2的绝缘结构所屏蔽，该压制板障壁2在周围的变压器油3中形成Z形样式。
在绕组端1中，屏蔽环4用于增加绕组的角上的绝缘，这种增加的程度大于通过调整绕组自身的载流导体的绝缘而可能达到的程度。屏蔽环4从芯5逐步建立并且是环状的圆柱形。芯的外层以导电层6覆盖，导电层6在电位上与绕组联结。外层因此形成屏蔽环4的电极形状。在屏蔽环4的电极层6外是具有固体绝缘7的层，优选是纤维素材料。层7因此面向变压器油3。
将屏蔽环4的芯5上的导电层6覆盖的固体绝缘7的量是完全均匀地施加的。
屏蔽环4具有若干关键特性。最基本的一个是对绕组的角进行绝缘，但是，屏蔽环的设计也影响冷却绕组的油流，原因是油流经屏蔽环。而且，其传递从磁轭施加到绕组的弹簧力(图中为竖直)以使绕组稳固地固定。
像这样构成现有技术屏蔽环，使得固体绝缘材料7的量是均匀地施加的，其意味着屏蔽环的机械的、热的和电的特性是紧密联结在一起的。
发明内容
本发明寻求提供一具有屏蔽环的高压变压器，其在屏蔽环外的临界区域的变压器油中具有减小的电应力，在屏蔽环的经受高机械力以及对热特性具有高要求的部分处仍然具有高机械强度和热特性。
本发明还寻求提供一具有上述特性的屏蔽环。
此外，本发明寻求提供一种制造用于高压变压器的屏蔽环的方法。
本发明基于以下认识，即屏蔽环的机械的、热的和电的特性只可以与固体绝缘7在芯5上的非均匀施加相结合，原因是在均匀施加的情况下，该要求将相互矛盾；在均匀施加的情况下，如果需要实现绕组角的保护，则屏蔽环的角上的大量的固体绝缘将阻止油流并恶化机械特性。由于这个原因，与现有技术屏蔽环相比，根据本发明的屏蔽环具有更好的相关特性。
根据本发明的一方面，提供了一种高压变压器，其包括变压器壳体；配置在所述变压器壳体中的包括高压绕组的内部部件，所述内部部件浸没在变压器油中，其中，所述内部部件配置有绝缘结构，所述绝缘结构包括用于绝缘所述高压绕组的绕组端的装置，该用于绝缘所述高压绕组的绕组端的装置包括布置在所述绕组端上方的屏蔽环和形成为Z形样式并布置在所述绕组端和所述屏蔽环周围的压制板结构，该屏蔽环包括芯，所述芯被导电层覆盖，所述导电层在电位上连接到所述绕组端，该屏蔽环还包括所述导电层外的连续的固体绝缘层，所述连续的固体绝缘层包括构成整体的固体绝缘部分，其中形成上角的固体绝缘部分具有的厚度比形成上和下水平绝缘部分的固体绝缘部分的厚度大，以及其中面向所述变压器芯的内固体绝缘部分比外固体绝缘部分厚。
根据本发明的另一方面，提供了一种用于电力变压器和电抗器并且浸没在变压器油中的屏蔽环，包括由导电层所覆盖的芯和导电层外的连续的固体绝缘层，固体绝缘层包括的在用于限制所述屏蔽环的上角外的所述油中的电介质应力的地方的固体绝缘部分的量大，并且固体绝缘层包括的在作为对高机械强度的要求高的地方的所述屏蔽环的上侧和下侧的固体绝缘部分的量小。
根据本发明的又一方面，提供了一种制造用于高压变压器和电抗器的屏蔽环的方法，该屏蔽环具有导电层所覆盖的芯，以及布置在导电层外的连续的固体绝缘层，所述方法包括以下步骤：制造所述芯；在所述芯外施加导电层；在几个单独的操作中，在所述导电层上施加固体绝缘材料，形成连续的固体绝缘层；其中，在每个工序中所施加的绝缘材料的量以及工序的数目根据固体绝缘层包括的每个固体绝缘部分的厚度而变化，使得：在用于限制所述屏蔽环的上角外的所述油中的电介质应力的地方的所述固体绝缘部分的量大，并且在作为对高机械强度的要求高的地方的所述屏蔽环的上侧和下侧的所述固体绝缘部分的量小。
利用本发明的装置，可以获得多个优点。在本发明中，屏蔽环的角上的固体绝缘的量相当高，因此，通过在固体绝缘自身上取得更高电压降，降低屏蔽环固体层外的油中的电介质应力(electric stress)(这是有利的，因为介电能力更强)。另一方面，为了将绕组的弹簧力高效地向磁轭传递，竖直方向上的固体绝缘的量被限制。
因此，通过本发明，可以改变每个方向上的固体绝缘的量以符合特定的要求。
更多的实施例在从属权利要求中限定。
附图说明
现在通过示例并参考附图来描述本发明，其中：
图1是现有技术屏蔽环和周围绝缘结构的示意性横截面图。
图2是根据本发明的屏蔽环和周围绝缘结构的示意性横截面图。
图3是具体示出了根据本发明的屏蔽环的示意性横截面图。
具体实施方式
下面给出本发明的优选实施例的说明。
在背景技术部分已经参考图1描述了现有技术的屏蔽环和周围绝缘结构，在这里，该图将不再进行更多的讨论。
在图2中，示出了根据本发明的屏蔽环4和周围绝缘结构的图，并且图3是具体示出了根据本发明的屏蔽环的示意性横截面图。
在图2中，1是电力变压器中高压绕组的绕组端1，其由包括压制板障壁2的绝缘结构所屏蔽，压制板障壁2在周围变压器油3中形成Z形样式。4是屏蔽环，用于增加绕组端1的角上的绝缘，该增加的程度大于通过改变绕组自身的载流导体的绝缘而可能达到的程度。屏蔽环4从芯5建立，芯5具有面向变压器芯(未示出)的内侧5a、面向磁轭(未示出)的上水平侧5b、外侧5c以及面向端绕组1的下水平侧5d。51和52表示芯5的上角。
芯的外层由导电层6所覆盖，导电层6优选是氧化铝箔，其在电位上与绕组联结。外层因此形成屏蔽环4的电极形状。在屏蔽环4的电极层6外是具有固体绝缘7的层，优选是纤维素材料。层7面向变压器油3。
在图3中，具体地示意性示出了根据本发明的屏蔽环4，其中，施加到芯5上的连续固体绝缘层7包括部分701-708，其中：
701是施加到芯5的上侧5b上的绝缘部分；
703是施加到芯5的竖直侧5c上的部分；
705是施加到芯5的水平侧5d上的部分；
707是施加到芯5的竖直侧5a上的部分；
而708和702是在芯5的周围形成上角的固体绝缘的部分，并且704和706是在芯5的周围形成下角的部分。
芯5通常具有0.5m-4.0m的水平直径，优选是1.5m-3.0m，以及10mm-100mm的高度。在图中，为便于理解，与芯的直径相比，层7的厚度和芯5的高度已经被夸大很多。
固体绝缘7的量被非均匀地施加到芯5的外层6，使得连续固体绝缘层7包括形成整体的固体绝缘部分701-708，其中至少有一些具有不同的厚度，从而适应屏蔽环4的特定的机械的、热的和电的要求。
电的要求通过增加背向绕组1的角708、702上的固体绝缘的量来优化。优选地，该厚度是绝缘部分701、705的最高厚度的至少两倍。通过这种方法，在固体绝缘中实现更高的电压降，其中，固体绝缘与油相比具有更高的耐电强度。
优选地，与外侧部分上施加的绝缘部分703相比更厚的固体绝缘层707被施加到内侧部分5a上，因此在屏蔽环和压制板障壁2a之间的通道8中产生较小的油体积，从而获得较高的耐电强度。在热方面，通过维持距绕组的外侧上的第一障壁2a的足够大的油隙，以便通过通道8为绕组的冷却油提供不受限的油流通道，仍然实现足够的特性。
在另一方面，基于机械方面，相当少量的固体绝缘被沿着竖直方向施加到屏蔽环的面向磁轭(未示出)的上部分5b上，形成固体绝缘部分701，并且，相当少量的固体绝缘也被沿着竖直方向施加到屏蔽环的面向绕组1的下部分5d，形成固体绝缘部分705。因此，可以使被传递到绕组的力最大化，而不会因压缩大量的软固体绝缘而损失压力。
通常，形成上角708、702的绝缘部分的最高厚度位于10mm-30mm之间，优选是位于15mm-20mm之间，并且形成上和下水平绝缘部分701、705的绝缘部分位于3mm-8mm之间，优选是在4mm-6mm之间。
芯5优选地由压制盘(presspan)制成。固体绝缘7由可以被变压器油浸渍的材料制成。这种材料的例子有纸、压制板、高熔点芳香族聚酰胺(Nomex)。用于绝缘高压变压器的装置优选地设计用于500kv以上的AC/DC电压，优选是800kv直到1200kv。
本发明还涉及用于高压变压器的屏蔽环的制造方法。
在屏蔽环的生产中，不均匀量的固体绝缘的施加要求若干步骤，其中，在若干步骤中施加不同量的绝缘材料。
该方法包括以下步骤：
-制造芯5，优选由压制盘制成；
-在芯5外施加导电层6；
-在几个单独的操作中，在导电层6上施加固体绝缘材料，如纸、压制板、高熔点芳香族聚酰胺，以便形成连续的固体绝缘层7。
因为固体绝缘层7包括具有不同厚度的绝缘的固体绝缘部分701-708，所以，在每个操作中所施加的绝缘材料的量以及操作的数目根据固体绝缘部分的厚度而变化，因此，与具有较薄绝缘层的部分相比，较多的绝缘材料被施加到具有较厚绝缘层的部分。
以上描述了高压屏蔽环装置和高压变压器的优选实施例。本领域技术人员应理解这些实施例可以在所附权利要求的范围内进行变化。尽管本发明思想是基于在高压变压器上使用屏蔽环，应理解，该屏蔽环还可以用于高压电抗器。

Claims (13)

1.一种高压变压器，其包括：变压器壳体；配置在所述变压器壳体中的包括高压绕组的内部部件，所述内部部件浸没在变压器油中，其中，所述内部部件配置有绝缘结构，所述绝缘结构包括用于绝缘所述高压绕组的绕组端(1)的装置，该用于绝缘所述高压绕组的绕组端(1)的装置包括布置在所述绕组端(1)上方的屏蔽环(4)和形成为Z形样式并布置在所述绕组端(1)和所述屏蔽环(4)周围的压制板结构(2)，该屏蔽环(4)包括芯(5)，所述芯(5)被导电层(6)覆盖，所述导电层(6)在电位上连接到所述绕组端，该屏蔽环(4)还包括所述导电层外的连续的固体绝缘层(7)，其特征在于所述连续的固体绝缘层(7)包括构成整体的固体绝缘部分(701-708)，其中，形成上角(708，702)的固体绝缘部分具有的厚度比形成上和下水平绝缘部分(701，705)的固体绝缘部分的厚度大，以及其中面向所述变压器芯的内固体绝缘部分(707)比外固体绝缘部分(703)厚。
2.根据权利要求1所述的高压变压器，其中，所述内部部件还包括变压器芯和磁轭。
3.根据权利要求2所述的高压变压器，其中，形成上角(708，702)的所述固体绝缘部分具有的最高厚度是形成上和下水平绝缘部分(701，702)的固体绝缘部分的最高厚度的至少两倍。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的高压变压器，其中，所述芯(5)具有在区间0.5m-4.0m内的水平直径以及在区间10mm-100mm内的高度。
5.根据权利要求4所述的高压变压器，其中所述芯(5)具有在区间1.5m-3.0m之间的水平直径。
6.根据权利要求1-3中任一项所述的高压变压器，其中，形成所述上角(708，702)的所述固体绝缘部分的最高厚度在区间10mm-30mm之间，并且形成上和下水平绝缘部分(701，705)的所述固体绝缘部分在区间3mm-8mm之间。
7.根据权利要求6所述的高压变压器，其中，形成所述上角(708，702)的所述固体绝缘部分的最高厚度在区间15mm-20mm之间，并且形成上和下水平绝缘部分(701，705)的所述固体绝缘部分在区间4mm-6mm之间。
8.根据权利要求1-3中任一项所述的高压变压器，其中，所述芯(5)由压制盘制成，并且固体绝缘层(7)由被变压器油所浸渍的材料制成。
9.根据权利要求8所述的高压变压器，其中所述材料为纸或压制板，或者由高熔点芳香族聚酰胺制成。
10.根据权利要求1-3中任一项所述的高压变压器，其中，所述用于绝缘所述高压绕组的绕组端(1)的装置被设计用于500kv以上的交流/直流电压。
11.根据权利要求10所述的高压变压器，其中，所述用于绝缘所述高压绕组的绕组端(1)的装置被设计用于800kv以上直到1200kv的交流/直流电压。
12.一种用于电力变压器和电抗器并且浸没在变压器油中的屏蔽环，包括由导电层(6)所覆盖的芯(5)和导电层(6)外的连续的固体绝缘层(7)，其特征在于，固体绝缘层(7)所包括的在用于限制所述屏蔽环的上角外的所述油中的电介质应力的地方的固体绝缘部分的量大，并且固体绝缘层(7)所包括的在作为对高机械强度的要求高的地方的所述屏蔽环的上侧和下侧的固体绝缘部分的量小。
13.一种制造用于高压变压器和电抗器的屏蔽环的方法，该屏蔽环具有导电层(6)所覆盖的芯(5)，以及布置在导电层(6)外的连续的固体绝缘层(7)，所述方法包括以下步骤：
-制造所述芯(5)；
-在所述芯(5)外施加导电层(6)；
-在几个单独的操作中，在所述导电层(6)上施加固体绝缘材料，形成连续的固体绝缘层(7)；
-其中，在每个工序中所施加的绝缘材料的量以及工序的数目根据固体绝缘层(7)包括的每个固体绝缘部分(701-708)的厚度而变化，使得：在用于限制所述屏蔽环的上角外的所述油中的电介质应力的地方的所述固体绝缘部分的量大，并且在作为对高机械强度的要求高的地方的所述屏蔽环的上侧和下侧的所述固体绝缘部分的量小。
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