CN101162642B - 大电流变压器绝缘套管 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种大电流变压器绝缘套管(18)，该绝缘套管具有一个用于固定在发电厂变压器(4)上的固定装置(32)、一个用于穿过变压器容纳壳体(22)的电导体(30、74、86)以及一个被围绕该导体(30、74、86)导引的电绝缘子(26)。在此建议，该电导体(30、74、86)具有两个相互嵌套地导引的管形部分导体(42、44)。可以将被导引穿过变压器容纳壳体(22)的电导体(30、74、86)的发热保持较小。

Description

大电流变压器绝缘套管

技术领域

本发明涉及一种大电流变压器绝缘套管，其具有一个用于在发电厂变压器上进行固定的固定装置、一个用于贯穿变压器容器外壳的电导体、以及一个围绕该导体导引的电绝缘子。

背景技术

用于发电厂变压器的馈电线是大电流馈线，其设计用于传输与高电压关联的非常大的电流。如果例如一种蒸汽轮机的发电机在21kV至27kV的输出电压下提供600MW至900MW的功率，那么就形成一个18kA至25kA的电流强度，必须对于该电流强度而设计至变压器的馈线。

困难的是，通过这种馈线的电流由于集肤效应而集中在导体的外部区域，使得在该处出现造成显著电流热损耗的非常高的横截面电流。集肤效应描述了这样一种情形：流经一个导体的交流电在该导体内部产生涡流，该涡流与发电机电流方向相反。因为，由交流电感生的磁场在该导体内部感应出比在边缘处更大的涡流，所以由此在导体内部产生的反向电压最大并向该导体边缘逐渐衰减。电流由于导体内部的较大的电抗而基本在边缘流动。在铜导体中，其中电流密度降到因子1/e以下的集肤深度，在50Hz下为约9毫米。因此，位于导体径向外表面下约20毫米以下的导体区域几乎对输电没有贡献。

为了向发电厂变压器馈送大电流，已知的是，将馈线设计为壁厚最大为20毫米的管形导体。这种管形导体可以具有高达1米的直径。不过，为将三相交流电导出的三相穿过发电厂变压器壳体的三根这种管形导体的实施，在电压绝缘方面是昂贵的且在空间需求上是不利的，因此用较细的管形导体构造穿过变压器壳体的绝缘套管。由此导致的导体中的较高电流密度以及与此相联系的较高发热由较昂贵的导体材料和利用变压器油对导体的冷却来至少部分地补偿，以便遵循按照IEC和ANSI标准要求的90°的导体最大许用温度、在较热的个别位置最高至115℃。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于，提供一种小型化的大电流变压器绝缘套管，利用该绝缘套管可以使被输送通过变压器容器壳体的电导体的发热保持较小。

这一技术问题通过本文开头所述类型的大电流变压器绝缘套管解决，其中，电导体具有两个被相互嵌套地导引的管形部分导体。变压器的电流可以由两个部分导体导引，并这样保持每个部分导体内的电流密度，使得部分导体的发热保持在一个期望的范围内。适当的是，以适当措施使两个部分导体的内部电阻相同，使得总电流在不受相应控制的情况下在两个部分导体上均匀分配。该两个部分导体优选在其端部相互连接，使得总电流可以被共同馈送到两个部分导体上，并由两个部分导体共同地输出。

如果两个部分导体同心地设置，那么流经两个部分导体的总电流的均匀分布可以特别简单地实现。由于集肤效应而造成的径向电流集中可以在径向上均匀地分布在两个部分导体上。

在本发明的一种优选设计中，沿着一条电流路径的两个部分导体借助径向交叉而既具有在另一部分导体内部的内部段又具有在另一导体外部的外部段。分别设置在另一部分导体内的部分导体具有比另一部分导体更高的内部电阻。由于两个部分导体在内、外同时延伸，因而这种升高的内部电阻分布在两个部分导体上，因为两个部分导体设有具有升高了的电阻的内部线路。因此可通过简单的方法来实现电流在两个部分导体上的平均分配。电流路径是一条在符合生产条件的电压施加于该导体上时沿着电压梯度的路径。

优选将两个部分导体通过轴向距离相互嵌套地导引，并将交叉设置在轴向距离的中心。以这种方式可以使两个部分导体的内部电阻特别可靠地、与运行条件无关地对称地并从而均匀地分布。在此充分的是，如果交叉的一个范围设置在轴向距离的中心。交叉设置在变压器壳体外是适当的。

部分导体的交叉可以与部分导体的导体横截面的减少相联系，并由此与一个升高的电阻和一个升高的发热相联系。为了克服在该处相对环境升高的发热并将所产生的热量有效地散发到环境中，优选的是，用冷却油环绕冲洗该交叉点。适当的是，冷却油是变压器油。

交叉可以通过对连接导体的布置产生，这些连接导体将部分导体的一个内部段与一个外部段相互连接。这些连接导体可以沿径向方向指向，或者被倾斜于轴向呈X形地导引。如果交叉具有在内部段和外部段之间S形隆起的连接导体，那么就可以简单地制成一种机械稳定且紧凑的交叉。

在本发明的另一种优选实施形式中，在部分导体的内部段之间的轴向距离比部分导体的外部段之间的轴向距离小。可以在较窄的空间里建立交叉，使得具有较小导体横截面的导体距离可以保持较短并且电阻可以保持较小。

在该交叉处，一个部分导体被导引穿过另一个部分导体。如果一个部分导体具有若干切向段，这些切向段端部封闭并可以被导引穿过另一部分导体的连接导体，那么这可以在制造中特别简单地实施。在另一实施形式中建议，交叉具有在内部段和外部段之间沿轴向相互围绕地转动的连接导体对。可以省去端部封闭的段，除了在连接导体之间没有绝缘距离之外，并可以实现一个较大的实心导体横截面。

为了在这种交叉处实现在连接导体中的尽可能小的电流集中，优选的是，沿轴向相互围绕地转动的连接导体对的宽度最大为部分导体径向管壁厚度的三倍。另外，容易将这种连接导体加工成更宽的连接导体。为了平衡连接导体那的电流集中，可以将其中间区域设计得比其轴向端部更厚。

附图说明

下面借助附图中所示实施例详细解释本发明。在附图中：

图1示出了被封装的发电机引出线与具有大电流变压器绝缘套管的发电厂变压器之间的一种连接，

图2示出了图1所示大电流变压器绝缘套管的剖视图，

图3示出了大电流变压器绝缘套管的导体的第一横截面，

图4示出了该导体的另一横截面，

图5以透视图示出了具有两个部分导体的交叉的另一导体，而

图6示出了沿轴向相互围绕转动的连接导体对的交叉。

具体实施方式

图1示出了发电机引出线2，其为发电厂发电机的三相交流电引出线的三相中的一个。三相交流电引出线用于传输由发电厂发电机发出的三相交流电至图1中仅简要示出的发电厂变压器4。发电厂发电机的功率为900MW，而发电机引出线2和发电厂变压器4被相应地设计。发电机引出线2包括一个由纯铝制成的管形导体6，其直径为0.92米、壁厚为20毫米，该导体为进行封装而被护管8包围。导体6在法兰10处终止，该法兰通过弹性铜带12与变压器端子14电连接。变压器端子14通过法兰触点16与大电流变压器绝缘套管18相连，该绝缘套管和发电厂变压器4的变压器容器壳体22的法兰接头20相连，并被导引穿过该法兰接头和变压器容器壳体22。护管8包括弹性补偿块24，该补偿块与铜带12一样，用于补偿发电厂变压器4和发电机引出线2之间的波动。

在图2中示出大电流变压器绝缘套管18的纵向剖视图。该绝缘套管包括外部绝缘子26，其被设计为具有用于飞弧保护(

berschlagschutz)的肋状件28的陶管；还包括电导体30，该电导体与容器盖的接地的法兰接头20相隔开。导体30在上方起始于法兰触点16并在变压器容器壳体22的内部终止于一个实施为双导体法兰的、用于间接地固定在发电厂变压器4上的载流固定装置32。双导体法兰通过螺纹连接与接线的一个汇流排34相连接，该接线将导体30与发电厂变压器4的一个低压绕组电连接。下绝缘板36相对于变压器内部密封一个填充有变压器油的油室38，其中，该油室38充满了绝缘子26内部的绝大部分并包围了导体30的绝大部分，并且通过密封件40与外界密封。

导体30包括两个被相互嵌套地导引的由铜制成的管形部分导体42、44，其中，部分导体42具有一个外部段46和一个内部段48，而部分导体44具有一个内部段50和一个外部段52。段46、50和段48、52为管形，并分别绕中心轴线54同心地相互嵌套设置。外部段46、52的直径为340毫米、内部段48、50的直径为280毫米，其中，段46、48、50、52的壁厚被设计为16毫米，而相互之间的径向间距被设计为14毫米。段46、48、50、52的内部完全由油室38内用作冷却油的变压器油包围，段48、50的径向外侧完全地由变压器油包围，而段46、52的径向外侧则尽可能地完全由变压器油包围。为了允许变压器油的循环，在段46、48、50、52中分别引入多个开口56。

变压器油也环绕地冷却部分导体42、44的径向交叉58，该交叉将部分导体42的外部段46与内部段48电连接，将部分导体44的内部段50与外部段52电连接。交叉58设置在法兰触点16和固定装置32的法兰之间的轴向距离60的中心，使得内部段48、50和外部段52的尺寸设计得至少基本相同。

图3和图4示出了交叉58的不同横截面。四个连接导体62将外部段46与内部段48相连，四个连接导体64将内部段50和外部段52相连，使得沿导体30的电流路径总是延伸通过外部段46、52、连接导体62、64和内部段48、50。在连接导体62、64之间总有一个较小的切向距离66，该切向距离防止了部分导体42、44短路。连接导体62、64设有一个在上方和下方沿轴向导引的区段68、70，它们分别用于连接段46、48、50、52中的一个，还设有沿径向取向的中间区段72，其用于连接该区段68、70。连接导体62、64分别焊接在段46、48、50、52上。

由于由图2至图4表示的导体30的布置，因而外部段46、52和内部段48、52由集肤效应造成的内部电阻或交流电阻相同。由于各个外部段46、52和外部段48、50具有相同的材料和相同的几何尺寸，因此，各个相同的段46、48、50、52以及连接导体62、64的欧姆电阻也相同。因为每个部分导体42、44具有一个外部段46、52和一个内部段48、50以及四个连接导体62、64，所以部分导体42、44的总电阻也相同，并且它们在大电流变压器绝缘套管18运行时流过相同电流强度的电流。

在图5的透视图中示出了用于大电流变压器绝缘套管的导体74另一实施例。下面的说明仅基本上限于与图1至图4所述实施例的不同之处，保持不变的特征和功能可以参考这些实施例。基本上保持不变的部件基本上以相同的附图标记标注。导体74类似于导体30地构造。段46和48以及段50和52(不过在图5中仅有它们中的外部段46、52可见)通过连接导体76、78相互连接，它们分别沿对角线导引并共同构成X形交叉80。此实施例在制造上尤其简单。不过作为替代亦可以考虑其它形状的交叉，如由S形、或者更普遍地由隆起的连接导体构成的交叉。

尽管图5所示实施例是容易制造的，但是根据图2至图4的实施例允许了交叉58的一种轴向紧凑的结构，这种结构允许部分导体42、44的内段48、50之间的轴向距离82小于部分导体42、44的外部段46、52之间的轴向距离84。内部段48、50之间的距离82仅为70毫米，而外部段46、52之间的距离84为100毫米。

在图1至图5中所示导体30、74中，外部段46、52终止于交叉58、80，导体横截面的一半以上是封闭的。各自的四个连接导体62、64、76、78的导体横截面仅占段46、48、50、52的导体截面的约40％。由此，在连接导体62、64、76、78中出现了与在段46、48、50、52中相比和更高一些的发热相联系的更高一些的电流密度。不过由于连接导体62、64、76、78的导体距离较小，因而可以将这些多余的热量由包围该连接导体62、64、76、78的变压器油的油浴带走。为此，变压器油通过所述开口56的有利对流是优选的。

在图6中以示意侧视图示出一种实施例，其中多余热量的产生被连接导体62、64、76、78的较小的导体截面保持较小。具有段46、48、50、52的导体86(在图6中仅外部段46、52可见)包括具有连接导体90、92的交叉88，这些连接导体沿导体86的轴向相互围绕地转动。为清楚起见，仅示出两个分别成对地相互围绕地转动的连接导体90、92对。在连接导体90、92之间，即使在转动时也总是留有与段46和50以及48和52之间相同的距离。为了使连接导体90、92不难制造，且为了使连接导体90、92内的集肤效应被保持得尽可能地小，连接导体90、92的宽度最大是段46、48、50、52的16毫米的径向管壁厚度的三倍。

Claims (7)

1.一种大电流变压器绝缘套管(18)，该绝缘套管具有一个用于固定在发电厂变压器(4)上的固定装置(32)、一个用于穿过变压器容纳壳体(22)的电导体(30，74，86)以及一个电绝缘子(26)，所述电绝缘子围绕该电导体(30，74，86)导引，其中，该电导体(30，74，86)具有两个相互嵌套地导引的管形部分导体(42，44)，其特征在于，沿着一条电流路径的两个部分导体(42，44)借助径向交叉(58，80，88)而既具有在另一部分导体(42，44)内部的内部段(48，50)又具有在另一部分导体(42，44)外部的外部段(46，52)。

2.根据权利要求1所述的大电流变压器绝缘套管(18)，其特征在于，所述两个部分导体(42，44)被同心地设置。

3.根据权利要求1或2所述的大电流变压器绝缘套管(18)，其特征在于，所述两个部分导体(42，44)被相互嵌套地导引通过一个轴向距离(60)，并且所述交叉(58，80，88)被设置在该轴向距离的中心。

4.根据权利要求1或2所述的大电流变压器绝缘套管(18)，其特征在于，所述交叉(58，80，88)是为了用冷却油环绕冲洗而设置的。

5.根据权利要求1或2所述的大电流变压器绝缘套管(18)，其特征在于，所述部分导体(42，44)的内部段(48，50)之间的距离(82)小于部分导体(42，44)的外部段(46，52)之间的距离(84)。

6.根据权利要求1或2所述的大电流变压器绝缘套管(18)，其特征在于，所述交叉(88)具有在内部段和外部段(46，48，50，52)之间沿轴向相互围绕地转动的连接导体对。

7.根据权利要求6所述的大电流变压器绝缘套管(18)，其特征在于，所述连接导体对的宽度最大是所述部分导体(42，44)的径向管壁厚度的三倍。

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