專利名稱：具有間隔器的油浸式變壓器和分隔并支撐層疊繞組的間隔器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于高電壓的油浸式變壓器，該油浸式變壓器具有包括若 干層疊的繞組層的線圏，這些繞組層包M絕緣導(dǎo)體的繞組，繞組層由用 作間隔和支撐構(gòu)件并優(yōu)選垂直于各導(dǎo)體布置的間隔器所分隔，這些間隔器 包括具有上平面和下平面的中心體。本發(fā)明還涉及間隔器，該間隔器用于分隔和支撐油浸式變壓器中變壓 器線團的被絕緣導(dǎo)體的層疊的繞組層，該間隔器包括具有上、下平面的伸 長的中心體。
背景技術(shù)：
油浸式變壓器中的間隔器的主要功能是機械分隔和支撐繞組。典型地，各間隔器在測試中也受到AC電場和高脈沖電場的電應(yīng)力，這往往限 定間隔器厚度的尺度。當(dāng)變壓器設(shè)計被優(yōu)化以達到最緊湊時，間隔器接受高電介質(zhì)應(yīng)力的能 力變得很重要。變壓器中線閨之間所允許的電壓往往受到間隔器外、沿間 隔器-油分界面的擊穿的開始出現(xiàn)的限制。該影響主要由于典型間隔器材料和變壓器油的不同介電常數(shù)而產(chǎn)生。 當(dāng)較高介電常數(shù)材料如絕緣紙板和變壓器油在導(dǎo)體處相遇時，油楔中的電 場增強了與M電常數(shù)的比值近似相等的倍數(shù)，或者，在絕緣紙板-油的 情況下為4.5/2.24近2的倍數(shù)。存在能夠發(fā)生這種場增強的若干幾何方 式。在盤繞間隔器與導(dǎo)體接觸的情況下，在該間隔器和導(dǎo)體的接觸區(qū)域中 產(chǎn)生油楔。在接觸區(qū)域中，該布置中的電場增大.接觸區(qū)域中的場是遠離 該導(dǎo)體的平均場的近似兩倍。還已知的是，沿間隔器的分界面是薄弱點， 且電擊穿更容易發(fā)生在間隔器的附近。膝露于該場增強的油量取決于間隔 器的幾何形狀且通常相當(dāng)小。另一個關(guān)鍵區(qū)域是盤繞導(dǎo)體和間隔器與被設(shè)置成垂直于導(dǎo)體的間隔器接觸的地方。該油楔沿變壓器的所有匝上的導(dǎo)體而存在，因此具有相當(dāng)大的容量， 并因此在脈沖測試期間更加可能觸發(fā)放電。如果在間隔器和導(dǎo)體之間生成 的這樣的放電發(fā)生在遠離間隔器邊緣的地方，那么它可能不是太危險，但 是如果它發(fā)生在間隔器邊緣的附近，那么將存在放電沿著間隔器 一油分界 面蔓延到下一個繞組層而引起擊穿的實質(zhì)風(fēng)險。實際測試中也觀察到擊穿 確實更容易發(fā)生在間隔器處。還有另 一個關(guān)鍵區(qū)域是軸向間隔器、導(dǎo)體拐角和徑向間隔器相遇的地 方。在盤形繞組的最外匝，導(dǎo)體與軸向絕緣紙板間隔器相遇，該軸向絕緣紙板間隔器限定到下一個壁障(barrier)的間隔。該壁障之后跟著另外的 間隔器、新的壁障等。結(jié)果是在軸向間隔器油楔處產(chǎn)生相似的場增強，且 在外導(dǎo)體邊緣出現(xiàn)相結(jié)合的軸向和徑向場增強。這是繞組的最脆弱的部 分，具有最高的故障概率。本發(fā)明尋求提供一種改進的油浸式變壓器和改進的間隔器，以獲得變 壓器的改進擊穿強度。發(fā)明內(nèi)容根據(jù)本發(fā)明的一方面，提供一種如權(quán)利要求l所述的油浸式變壓器。根據(jù)隨后的從屬權(quán)利要求2-7，將明白本發(fā)明的才艮據(jù)該第一方面的適 當(dāng)實施例。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供一種如權(quán)利要求8所述的間隔器。根據(jù)隨后的從屬權(quán)利要求9-17，將明白本發(fā)明的根據(jù)該第二方面的適 當(dāng)實施例。通過改變間隔器的形狀來對發(fā)生在間隔器邊緣的放電建立壁障，從而 加強絕緣系統(tǒng)。由此，放電流注(discharge streamer)被通過在間隔器 上附加"翼狀物"而建立的壁障所阻止。因為這些擴展翼狀物相對于總的間隔器厚度較薄，所以與現(xiàn)有技術(shù)的直間隔器不同，這些擴展翼狀物自身 基本上不增加油場。壁障可以繞上述關(guān)鍵拐角延伸。通過將間隔器翼狀壁障沿間隔器的長 度方向延伸，并將其繞拐角向上和/或向下彎曲以保護拐角和外線團邊緣 的朝向軸向間隔器的徑向部分，來實現(xiàn)這一點。所提出的間隔器形狀可以被應(yīng)用于各種可能的絕緣材料，包括所有纖 維素、陶瓷以及聚合材料。放電保護作用對于所有固體材料都是實質(zhì)性的。 延伸的翼狀物可以使用與間隔器自身相同或不同的材料來制造。
對于相比液體具有基本上更高的介電常數(shù)且因此導(dǎo)致最大耐壓降低 的間隔器材料，絕緣改進會尤其高。此外，所提出的形狀可以應(yīng)用于軸向 類型和徑向類型的間隔器以及變壓器中的其它類似元件。


通過附圖，僅以示例的方式示意性說明本發(fā)明的實施例，在附圖中
圖1示出根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的變壓器線團的制造；
圖2示出放置在被絕緣導(dǎo)體之間的常規(guī)間隔器；
圖3示出常規(guī)間隔器和導(dǎo)體的詳圖4示出垂直于導(dǎo)體設(shè)置的常規(guī)間隔器；
圖5示出圖4的詳圖6示出在常規(guī)間隔器和導(dǎo)體層處的油椒改電；
圖7示出設(shè)置在繞組層之間并與軸向絕緣紙板間隔器相遇的常規(guī)間 隔器；
圖8示出在現(xiàn)有技術(shù)間隔器處的油^L電；
圖9示出根據(jù)本發(fā)明實施例的間隔器的兩個例子；
圖IO示出根據(jù)本發(fā)明的間隔器的另一個實施例；
圖lla和圖lib示出根據(jù)本發(fā)明實施例的設(shè)置有彎曲的屏蔽的間隔
器；
圖12示出根據(jù)本發(fā)明實施例的被應(yīng)用來保護繞組的轉(zhuǎn)角的間隔器； 圖13示出設(shè)置在繞組層之間的根據(jù)本發(fā)明實施例的間隔器。
具體實施例方式
圖1示意性示出制造期間變壓器1的線團2。在制造處理期間，將被 絕緣導(dǎo)體3纏繞從而形成繞組層5 (稱為盤形繞組)。在繞組層5之間放置徑向間隔器6。這些間隔器的主要功能是機械分隔和支撐繞組4。通常， 各間隔器在測試中受到AC電場和高脈沖電場的電應(yīng)力，這往往限定間隔 器厚度的尺度。
當(dāng)變壓器設(shè)計被優(yōu)化以達到最緊湊時，間隔器接受高電介質(zhì)應(yīng)力的能 力變得重要。變壓器中線圏之間所允許的電壓往往受到間隔器外、沿間隔 器 - 油分界面的擊穿的開始出現(xiàn)的限制。存在若干可產(chǎn)生這種場增強的幾 何方式，如以下參照圖2~圖7所示。
圖2是放置在形成變壓器繞組的被絕緣導(dǎo)體3之間的徑向間隔器6 的示意圖。間隔器6包括具有上平面8和下平面9的中心體7。
圖3是沿徑向間隔器6的示意圖，該徑向間隔器6垂直于盤形繞組中 的導(dǎo)體3。在間隔器6和導(dǎo)體3的邊緣處產(chǎn)生導(dǎo)體油楔10。該布置中的電 場E隨著繞間隔器的拐角從點A沿分界面向B前進而增加。點B處的場 近似為遠離導(dǎo)體的點A處的平均場的兩倍。還已知的是，沿間隔器的分 界面是薄弱點，且電擊穿更容易發(fā)生在間隔器附近。曝露于該場增強的油 量取決于間隔器的幾何形狀且通常相當(dāng)小。
圖4中示出在導(dǎo)體3之間且位于間隔器6的表面的油楔10，圖4是 沿導(dǎo)體方向并垂直于間隔器的視圖。
圖5是圖4的詳圖。在這里，油楔10發(fā)生在導(dǎo)體3之間靠近間隔器 6的區(qū)域中。油楔10沿變壓器的所有匝上的導(dǎo)體而存在，因此具有相當(dāng) 大的容量，并因此在脈沖測試期間更加可能觸發(fā)放電。如果在間隔器和導(dǎo) 體之間生成的這樣的放電發(fā)生在遠離間隔器邊緣的地方，那么它可能不是 太危險，但是如果它發(fā)生在間隔器邊緣的附近，那么將存在放電沿著間隔 器 - 油分界面蔓延到下一個繞組層而引起擊穿的實質(zhì)風(fēng)險。實際檢測中也 觀察到擊穿確實更容易發(fā)生在間隔器處。
圖6示出間隔器邊緣附i^L生的危險的油楔放電lla如何從一個繞組 層5蔓延到下一個繞組層，而遠離間隔器6的邊緣的較不危險的放電lib 不芟延。
在盤形繞組5的最外匝，導(dǎo)體3與限定距下一個壁障13的距離的軸 向絕緣紙板間隔器12a相遇。該壁障13之后是另外的間隔器12b、新的 壁障等，如圖7中所示。結(jié)果;l一在軸向間隔器油楔處相似的場增強，且在 外導(dǎo)體3邊緣發(fā)生相結(jié)合的軸向和徑向場增強。由于導(dǎo)體3的拐角半徑以 及間隔器6的原因，產(chǎn)生軸向和徑向場增強。這是繞組的最薄弱的部分，具有最高的故障概率。
在圖8中，示意性示出了現(xiàn)有技術(shù)間隔器6處的油楔放電11如何從 第一繞組層(未示出)蔓延到第二繞組層(未示出)。
在圖9中，示出了根據(jù)本發(fā)明實施例的間隔器6。根據(jù)本發(fā)明，集成 放電壁障14設(shè)置在間隔器6的外端，延伸到間隔器6的中心體7外。由 此保證油楔放電11不會從一個繞組層蔓延到下一個繞組層。因為集成放 電壁障14相對于中心體7的厚度較薄，所以它們自身基本上不增加油場。
在圖10中示出本發(fā)明的另一個實施例。放電壁障14在中心體7的外 端以及沿中心體7側(cè)邊突出到中心體7之外，且設(shè)置在中心體的每一側(cè)。 通過在間隔器的每一側(cè)上添加較寬的一層絕緣紙板或者通過將該層在導(dǎo) 體的下一階插入來提供如圖10中所示的形狀，從而所提出的間隔器形狀 能夠容易地得以實現(xiàn)。因為出于員化的原因而使間隔器一般由互相緊接 著的更薄間隔器組成，所以這應(yīng)該是間隔器制造工藝中的簡單且直接的修 改。
為了充分利用新的間隔器形狀，也可以將其繞關(guān)鍵拐角延伸。這可以 通過沿間隔器的長度方向延伸放電壁障并將其繞拐角向上和/或向下彎曲 形成彎曲屏蔽以保護拐角和朝向軸向間隔器的外線圏邊緣的徑向部分來 實現(xiàn)。圖lla和圖lib中示出了這種設(shè)計的例子，其中，圖lla示出間隔 器，該間隔器具有^L置在中心體7的上平面8并且從該平面沿向上方向突 出的彎曲屏蔽15，以及i殳置在下平面9并J^U玄平面沿向下方向突出的 彎曲屏蔽。圖11b示出具有^5U殳置在下平面的彎曲屏蔽的間隔器。
圖12示出被設(shè)置成保護繞組層5的轉(zhuǎn)角的間隔器。根據(jù)本發(fā)明，間 隔器6設(shè)置有彎曲屏蔽15。優(yōu)選地，屏蔽15的垂直高JL&本上對應(yīng)于繞 組層5的高度，從而覆蓋繞組層的軸向高度。優(yōu)選地，具有彎曲屏蔽的間 隔器設(shè)置在變壓器的高電壓入口處的繞組層。取決于變壓器的設(shè)計，高電 壓入口可以在線團的上端或下端，也可以在線團的中間。
圖13示出如何設(shè)置放電壁障屏蔽以保護電場較高的每個下一繞組層 5中的關(guān)鍵轉(zhuǎn)角。
所提出的間隔器形狀可以被應(yīng)用到各種可能的絕緣材料，包括所有纖 維素、陶瓷以及聚合材料。放電保護作用可實質(zhì)存在于所有的固體材料。 放電壁障和彎曲屏蔽可以使用與間隔器自身相同或不同的材料來制造。
對于相比液體具有基本上更高的介電常數(shù)且因此導(dǎo)致最大耐壓降低的間隔器材料，絕緣改進會尤其高。此外，所提出的形狀可以應(yīng)用于軸向 類型和徑向類型的間隔器以及變壓器中的其它類似元件。
根據(jù)本發(fā)明的油浸式變壓器是針對高電壓而設(shè)計的，適合于10kV以 上，尤其是36kV以上，優(yōu)選是大于72kV且直到非常高的傳輸電壓，諸 如400kV到800kV或更高。此外，該油浸式變壓器優(yōu)選是i殳計用于 0.5MVA以上的功率范圍，尤其是20MVA以上，優(yōu)選是大于100MVA直 到非常高的功率，如1000MVA及以上。
這樣的變壓器的芯的直徑大于300mm，且對應(yīng)的線團的直徑可以高 達4000mm，且導(dǎo)體橫截面的維度高x寬是從4 x 1.2mm到18 x 6mm。
如同本領(lǐng)域的技術(shù)人員通過理解這里的公開而可以明白的那樣，可以 在不失去效果的情況下，擴展或改變這里給定的任何范圍或設(shè)備度。
本申請要求2005年9月29日的瑞典專利申請No. 0502170-4的優(yōu)先 權(quán)，其公開內(nèi)^it過引用結(jié)合于此。
已經(jīng)說明了根據(jù)本發(fā)明實施例的油浸式變壓器和間隔器的優(yōu)選實施 例。本領(lǐng)域的技術(shù)人員認(rèn)識到，這些實施例也可以在所附權(quán)利要求書的范 圍內(nèi)變化。盡管變壓器被說明為油浸式變壓器，但A^當(dāng)理解，變壓器也 可以用不同于油/變壓器油的其它液體來填充，只要該液體具有關(guān)于電介 質(zhì)強度、電氣絕緣和冷卻的合適屬性。
權(quán)利要求
1.一種具有線圈(2)的用于高電壓的油浸式變壓器(1)，線圈(2)包括若干層疊繞組層(5)，所述層疊繞組層(5)包括被絕緣導(dǎo)體(3)的繞組(4)，且被間隔器(6)分隔，間隔器(6)用作間隔和支撐構(gòu)件并優(yōu)選地垂直于導(dǎo)體(3)設(shè)置，所述間隔器(6)包括具有上平面和下平面(8、9)的中心體(7)，其特征在于，所述變壓器包括間隔器(6)，間隔器(6)包括集成放電壁障(14)，所述壁障在間隔器與導(dǎo)體接觸的區(qū)域附近從所述間隔器(6)的中心體(7)延伸出。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的油浸式變壓器，其特征在于，所it改電壁 障(14)沿所述中心體(7)且并行于相應(yīng)的上平面和下平面(8、 9)而 延伸。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的油浸式變壓器，其特征在于，在中心 體(7)的外端，所逸故電壁障(14)包拾沒置在上平面和/或下平面(8、 9)的彎曲屏蔽(15)，并沿離開面對的平面的方向突出。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的油浸式變壓器，其特征在于，所述彎曲屏 蔽(15)設(shè)置在所述間隔器的兩個外端。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1~4所述的油浸式變壓器，其特征在于，具有集成 放電壁障(14)和/或屏蔽(15)的間隔器(6)被設(shè)置在所述變壓器線圍(2)的高電壓入口處。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1~5所述的油浸式變壓器，其特征在于，包括具有 集成放電壁障的間隔器(6)的所述線圏設(shè)計用于高電壓，適合于10kV 以上，尤其在36kV以上，優(yōu)選大于72kV并且直到非常高的傳輸電壓， 例如400kV到800kV或更高。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1~7所述的油浸式變壓器，其特征在于，所述變壓 器(1)設(shè)計用于0.5MVA以上的功率范圍，尤其是20MVA以上，且優(yōu) 選大于100MVA直到非常高的功率，如1000MVA及以上。
8. —種間隔器，用于在油浸式變壓器中分隔并支撐變壓器線團的被 絕緣導(dǎo)體的層疊繞組層，所述間隔器(6)包括伸長的中心體(7)，中心 體(7)包括上平面和下平面(8、 9)，其特征在于，所述間隔器包括突出 到所述中心體(7)之外的集成放電壁障(14)。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的間隔器，其特征在于，所逸故電壁障(14)沿所述中心體(7)側(cè)面在平行于相鄰平面(8、 9)的方向上突出。
10. 根據(jù)權(quán)利要求8或9所述的間隔器，其特征在于，所逸故電壁障 (14)被設(shè)置在所述中心體(7)的上部和/或下部。
11. 根據(jù)權(quán)利要求8~10所述的間隔器，其特征在于，所i^電壁障 (14)被設(shè)置在所述中心體(7)的外端。
12. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的間隔器，其特征在于，在外端的所M 電壁障(14)包括在離開相對的平面的方向上突出的彎曲屏蔽(15)。
13. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的間隔器，其特征在于，所述彎曲屏蔽(15 ) 被i更置在所述間隔器的兩個外端。
14. 根據(jù)權(quán)利要求12或13所述的間隔器，其特征在于，所述彎曲屏 蔽^Li殳置在所述中心體(7)的上部和下部。
15. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的間隔器，其特征在于，所述彎曲屏蔽(15 ) 的垂直高JL^本上對應(yīng)于一個繞組層的高度。
16. 根據(jù)權(quán)利要求13~15中的任一項所述的間隔器，其特征在于， 所述中心體(7)的厚度為2mm-9mm，長度為20mm-500mm且寬度為 20mm-100mm,且所逸故電壁障(14)的厚度在O.lmm-lOmm之間，優(yōu) 選在0.2mm-0.5mm之間，且所述壁障(14)和/或所述彎曲屏蔽(15 )的 寬度在3mm國20mm之間，優(yōu)選是10mm。
17. 根據(jù)權(quán)利要求8 16中的任一項所述的間隔器，其特征在于，所 述間隔器體(7)和所述集成放電壁障(14)和/或所述彎曲屏蔽(15)由 纖維素材料，如絕緣紙板，陶瓷材料或聚合材料制成。
全文摘要
具有線圈的用于高電壓的油浸式高功率變壓器(1)，線圈包括總體同軸的、被絕緣導(dǎo)體(3)的若干層疊層(4)，形成變壓器線圈(2)。繞組層被優(yōu)選與導(dǎo)體垂直設(shè)置的間隔器(6)分隔。一個或多個間隔器(6)設(shè)置有至少一個集成放電壁障(14)，該集成放電壁障(14)在間隔器與繞組(4)接觸的區(qū)域附近從間隔器的中心體(7)伸出。沿間隔器且在間隔器-油分界面?zhèn)让娴膿舸p少，從而獲得油浸式變壓器的改進的擊穿強度。
文檔編號H01F27/32GK101273420SQ200680035808
公開日2008年9月24日 申請日期2006年9月29日 優(yōu)先權(quán)日2005年9月29日
發(fā)明者揚·哈耶克, 阿爾內(nèi)·約特斯貝里 申請人:Abb技術(shù)有限公司