專利名稱：變壓器繞組和用于增強變壓器繞組的方法
變壓器繞組和用于增強變壓器繞組的方法
技術(shù)領(lǐng) 域本發(fā)明涉及用于電壓變換的變壓器領(lǐng)域，且更具體而言涉及變壓器繞組。
背景技術(shù)：
磁場中的載流導(dǎo)體將經(jīng)受對應(yīng)于電流和磁場之間的叉積(cross product)的作用 力，該力通常被稱為磁洛倫茲力。在變壓器中，磁洛倫茲力尤其導(dǎo)致內(nèi)部繞組上的向內(nèi)徑向 力和外部繞組上相應(yīng)的向外徑向力。在流經(jīng)變壓器中的電流短路的事件中，內(nèi)部變壓器繞組上的向內(nèi)徑向力極高，且 可能對變壓器產(chǎn)生嚴重損壞。這一現(xiàn)象在若干論文中有所討論，例如參見z. Liang等人 的文章"Stability of Transformer' s Whole Low Voltage Winding" , Electrical Machi nes and Systems, International Conference on Electrical Machines and Systems2003, Vol. 1，pp.302—304.

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明涉及的問題在于，怎樣改善變壓器繞組相對于例如在短路情形中由彎曲應(yīng) 力導(dǎo)致的變形的機械穩(wěn)定性。此問題通過具有以多匝纏繞的導(dǎo)體的變壓器繞組解決。該變壓器繞組包括增強 部件，以使得覆蓋大于180度的導(dǎo)體圓周的方式布置在繞組過渡處，藉此增強導(dǎo)體在繞組 過渡位置處的彎曲強度。由此改善變壓器繞組相對于例如在短路情形中發(fā)生的壓力導(dǎo)致的 彎曲應(yīng)力的可抵抗性。短路時在繞組過渡(其中導(dǎo)體路徑從正常繞組路徑偏離)處發(fā)生的 彎曲應(yīng)力通常是整個繞組尺寸的限制因素。因此，通過增強繞組過渡處的彎曲強度，可以有 利于更大的變壓器尺寸。在一個實施例中，增強部件的主要成分是纖維增強聚合物。纖維增強聚合物可以 方便地形成為合適的形狀，且提供適當(dāng)?shù)睦旌蛪嚎s強度。增強部件可以有利地定制尺寸，以使得導(dǎo)體在增強部件位置的彎曲強度至少增加 25%。通過使得導(dǎo)體在繞組過渡處的彎曲強度至少增加25%，通常能夠?qū)⑹沟迷摾@組過渡 不再是變壓器繞組的最薄弱點。在一個實施例中，增強部件在導(dǎo)體的軸向延伸一距離，該距離對應(yīng)于比繞組匝的 圓周小的距離。變壓器繞組可以包括沿著繞組的圓周方向以風(fēng)道隔離片距離間隔的多個徑向風(fēng) 道隔離片。在一個實施例中，增強部件在導(dǎo)體的軸向延伸一距離，該距離對應(yīng)于1-4個風(fēng)道 隔離片距離。在一個實施例中，增強部件包括向增強部件提供半導(dǎo)電屬性的成分，從而實現(xiàn)增 強部件的電屏蔽。當(dāng)生產(chǎn)增強部件時，在增強部件中存在形成氣泡的風(fēng)險。通過向增強部 件提供屏蔽，使得為避免在生產(chǎn)時在增強部件中形成氣泡而需要的措施較不苛刻。進一步公開了具有如上所述變壓器繞組的變壓器。變壓器繞組有利地可以形成變壓器的內(nèi)部繞組。而 且，變壓器繞組有利地可以形成變壓器的低壓繞組。該變壓器繞組可 以有益于任意類型的變壓器，且尤其有益于25MVA或更高額定電功率的變壓器，因為這種 變壓器在短路時承受極強的洛倫茲力。在一個實施例中，變壓器繞組的導(dǎo)體是連續(xù)換位線纜導(dǎo)體。這種導(dǎo)體通常用在變 壓器繞組中，例如25MVA或更高額定電功率的變壓器的低壓繞組中。連續(xù)換位線纜導(dǎo)體一 般并不像耐受壓應(yīng)力或拉應(yīng)力那樣耐受于彎曲應(yīng)力。因此，本發(fā)明可以提供這種繞組的改 進。還公開了增加具有導(dǎo)體的變壓器繞組的彎曲強度的方法。在繞組過渡處，以如下 方式布置熱固性聚合物中的增強纖維，該方式使得增強纖維形成在大于180度的導(dǎo)體圓周 周圍延伸的增強部件。本發(fā)明的其他方面將在下面的詳細描述和所附權(quán)利要求書中陳述。


圖1是兩層變壓器繞組的示意性說明。圖2a是示意性說明具有兩個繞組的變壓器的透視圖。圖2b是示意性說明具有兩個繞組的變壓器的剖面圖。圖3a是沿著具有兩層的內(nèi)部繞組的實例的沿著軸的視圖。圖3b是在繞組遭受短路情形之后圖3a的內(nèi)部繞組的視圖。圖4a是一層內(nèi)部繞組的示意性說明。圖4b是在繞組遭受短路情形之后圖4a的內(nèi)部繞組的示意性說明。圖5a是內(nèi)部盤式繞組的示意性說明。圖5b是在繞組遭受短路情形之后圖5a的內(nèi)部繞組的兩個盤的示意性說明。圖6a是兩層變壓器繞組的示意性說明，其中層過渡以及出口 /入口過渡125借助 于增強部件而被增強。圖6b是盤式繞組的兩個盤的示意性說明，其中兩個盤之間的盤過渡通過增強部 件而被增強。圖7a是整個管道形狀的增強部件的示意性說明。圖7b是部分管道形狀的增強部件的示意性說明。圖8a_圖8d是用于增強矩形剖面的導(dǎo)體的增強部件的不同實施例的示意性剖面 圖。圖8e是用于增強CTC導(dǎo)體的示例的增強部件的實施例的示意性剖面圖。圖9a是示意性說明生產(chǎn)增強的繞組過渡的方法的示例的流程圖。圖9b是示意性說明圖9a的方法的實施例的流程圖。圖9c是示意性說明圖9a的方法的另一實施例的流程圖。圖10是包括屏蔽半導(dǎo)電屬性的成分的聚合物增強部件的示意性說明。
具體實施例方式圖1示意性說明變壓器繞組100的示例，該變壓器繞組100具有纏繞在鐵心 110 (鐵心一般不認為是變壓器繞組100的部件)周圍的導(dǎo)體105。導(dǎo)體105在至少一層120中在鐵心110周圍形成N匝115。僅以示例給出的圖1的變壓器繞組100具有劃分在 第一層120a和第二層120b之間的N匝。在圖1中示出兩個層120a和120b之間的層過渡 130。導(dǎo)體105還具有出口 /入口過渡125，該出口 /入口過渡125形成導(dǎo)體105的饋入部 分和組成線圈的導(dǎo)體105的部件之間的過渡。功率變壓器中的繞組路徑通常是圓形的，但 是備選地可以是其他形狀，例如，橢圓形、方形或矩形。導(dǎo)體105典型地是由若干平行導(dǎo)線 形成的線纜，但也可以是單導(dǎo)線導(dǎo)體。圖2a中給出具有內(nèi)部繞組IOOa和外部繞組IOOb的變壓器200的示意性透視圖。 圖2a的內(nèi)部繞組IOOa和外部繞組IOOb纏繞在圓形鐵心110周圍。圖2b是圖2a的變壓 器200的示意性剖面圖。圖2的變壓器200僅是示例，且變壓器200可以包括多于兩個繞組；繞組可以以不同于圖2所示的方式布置，等等。當(dāng)變壓器200操作時，外部繞組IOOb中的電流產(chǎn)生磁場，該磁場將在內(nèi)部繞組 IOOa的載流導(dǎo)體105上施加力，且反之亦然。這將導(dǎo)致內(nèi)部繞組IOOa的向內(nèi)徑向壓縮以 及外部繞組IOOb的向外徑向伸展。一般地，存在這種風(fēng)險由于在短路情形中的內(nèi)部繞組 IOOa的載流導(dǎo)體105上的力而引起的內(nèi)部繞組IOOa的壓縮將導(dǎo)致內(nèi)部繞組IOOa的不希望 變形。這種風(fēng)險在內(nèi)部繞組IOOa是變壓器繞組的低壓繞組時尤其明顯，這是因為流經(jīng)內(nèi)部 繞組IOOa的電流將大于內(nèi)部繞組IOOa是高壓繞組時的電流。因此，在短路情形中，內(nèi)部繞組IOOa將在鐵心110周圍受到擠壓。如果不采取特 殊的措施，繞組100的這種壓縮可能導(dǎo)致導(dǎo)體105壓曲。為了增加大功率變壓器200中導(dǎo) 體抗壓曲的機械強度，連續(xù)換位線纜(CTC)常用作導(dǎo)體105，其中，薄的單獨隔離的線束以 連續(xù)換位方式布置且典型地通過環(huán)氧樹脂鍵合在一起。然而，即使可以避免壓曲，仍然存在 內(nèi)部繞組IOOa的導(dǎo)體105在短路情形中變形的風(fēng)險。盡管環(huán)氧樹脂鍵合的CTC承受高的 壓應(yīng)力或拉應(yīng)力，但它一般并不耐受彎曲應(yīng)力。當(dāng)強磁洛倫茲力作用于內(nèi)部繞組IOOa時，內(nèi)部繞組IOOa的壓縮通常在導(dǎo)體路徑 從鐵心110周圍的正常繞組偏離的位置(這種位置此后稱為繞組過渡)在導(dǎo)體105中引起 彎曲應(yīng)力。繞組過渡的示例是多層繞組100中在兩個層120之間發(fā)現(xiàn)的層過渡130。在圖3a 中，示意性示出沿著內(nèi)部繞組IOOa的示例的沿著軸的視圖，其中繞組IOOa具有兩層120a 和120b，在層之間具有層過渡130。出于說明目的，在層過渡區(qū)域中通過虛線示意導(dǎo)體105。 在圖3b中示出在內(nèi)部繞組IOOa遭受短路情形之后相同內(nèi)部繞組IOOa的剖面圖。由于在 短路期間發(fā)生的向內(nèi)徑向洛倫茲力而引起的導(dǎo)體105中的彎曲應(yīng)力，圖3b的內(nèi)部繞組100 在層過渡130處已經(jīng)變形。繞組過渡的另一示例是線圈和變壓器繞組100的導(dǎo)體105的饋入部分之間的出口 /入口過渡125。磁洛倫茲力引入的彎曲應(yīng)力可以導(dǎo)致導(dǎo)體105在繞組出口 /入口過渡125 處形成可被稱作額外匝開始之物。出口 /入口過渡125處的短路彎曲應(yīng)力在稱為螺旋變壓 器繞組和層繞組的變壓器繞組類型中尤其明顯，其中導(dǎo)體105以螺旋或者螺轉(zhuǎn)方式(參考 圖1和2，其中，示出螺旋或分層的兩層變壓器繞組100)連續(xù)纏繞在鐵心110周圍。在圖 4a中示意性示出一層螺旋內(nèi)部繞組100a，且在圖4b中示意性說明在繞組遭受短路情形之 后的相同內(nèi)部繞組100a。由于短路情形中發(fā)生的彎曲應(yīng)力，導(dǎo)致導(dǎo)體105在出口 /入口過 渡125處已經(jīng)變形。
繞組過渡的又一示例是盤過渡，即，從盤式繞組中的一個盤到另一盤的過渡。在 圖5a中示意性說明包括多個盤的變壓器繞組100的示例。盤式繞組是常常用于較高電壓 的一種類型的變壓器繞組100，其中導(dǎo)體105以螺旋圖案纏繞多匝115，以形成變壓器分段 500，此后稱為盤500 (不管術(shù)語學(xué)如何，盤500可以是不同于圓形的其他形狀，諸如是矩形 或橢圓形)。很多這種盤500典型地軸向堆疊，以形成完整的繞組100。在兩個相鄰盤500 之間，導(dǎo)體105形成盤過渡505。在圖5b中示出了盤式變壓器繞組的一部分。示出的部分 包括經(jīng)由盤過渡505連接的兩個盤500，其中變壓器繞組100 (盤500形成其一部分)已經(jīng) 遭受短路情形。由于短路過程中引起的彎曲應(yīng)力，導(dǎo)體105在盤過渡區(qū)域中已經(jīng)變形。在圖5a和圖5b的情形中，多個徑向風(fēng)道間隔片通常布置在盤500之間，直接在變 壓器100的軸向方向中彼此堆疊，以便在軸向上機械支撐變壓器繞組100。徑向風(fēng)道間隔片 510通常布置在繞組圓周的不同位置。沿著繞組的圓周方向在兩個徑向風(fēng)道間隔片510之 間的距離被稱為風(fēng)道間隔片距離。徑向風(fēng)道間隔片510常常還用于其他類型的繞組，例如， 用于螺旋變壓器繞組100中各匝115之間，不過，一些變壓器繞組100并不具有任何徑向風(fēng) 道間隔片510。參考圖3-圖5討論的導(dǎo)體105的變形可能劣化繞組100的介電強度以及應(yīng)力耐 受度。而且，存在這種風(fēng)險如果繞組100的出口 /入口過渡125移動，用于支撐導(dǎo)體105 就位的任意支撐結(jié)構(gòu)的功能將劣化。為了減小向內(nèi)徑向力對變壓器繞組100的負面影響，可以在繞組過渡(這種力將 引入高彎曲應(yīng)力)處向?qū)w115應(yīng)用增強部件。在圖6a和圖6b中分別示出已經(jīng)向其應(yīng)用 增強部件600的變壓器繞組100的兩個示例。圖6a和圖6b中示出的變壓器繞組100僅是 示例，且其他類型的變壓器繞組也可以從具有一個或更多增強部件600受益。在圖6a中， 示出兩層螺旋變壓器繞組100，其中增強部件600被應(yīng)用于層過渡130以及導(dǎo)體出口 /入口 過渡125。在圖6b中，示出盤式變壓器100的部件，其中增強部件600應(yīng)用于兩個相鄰盤 500之間的盤過渡505。增強部件600可以由在拉伸和壓縮強度以及拉伸彈性方面具有合適屬性的絕緣 材料制成。如參考圖10所進一步討論的，還將包括向增強部件600提供半導(dǎo)電屬性的成 分。一般地，高抗屈強度和高楊氏模量值的材料將是合適的，以便有效地增加變壓器繞組 100的彎曲強度。高強度聚合物和纖維增強聚合物是合適材料的示例。有待增強的合適聚 合物例如是熱固性聚合器，諸如環(huán)氧物、乙烯基酯、聚酯、尼龍等。合適的增強纖維的示例是 玻璃纖維、碳纖維、對位芳綸纖維等?？梢杂欣卦诶@組過渡處，諸如在導(dǎo)體出口 /入口過渡125(例如，在螺旋或分層 繞組中)、多層繞組中的層過渡130處、盤式變壓器繞組中盤之間的過渡處，提供增強部件 600。還可以在增強彎曲強度將有利的繞組導(dǎo)體105的其他部分提供增強部件600。增強部件600可以是完整地或部分地沿其圓周環(huán)繞導(dǎo)體105的管道形狀。管道 形式的增強部件600可以是覆蓋360度的導(dǎo)體105圓周的完整管道形狀，或者是覆蓋小于 360度的導(dǎo)體105圓周的部分管道形狀。如果使用部分管道形狀的增強部件600，則增強部 件600優(yōu)選地布置為使得沿未被增強部件600覆蓋的導(dǎo)體圓周部分將承受彎曲應(yīng)力的最小 值。在圖7a中示例性示出完整管道形狀的增強部件600的示例，而圖7b中示出部分管道形 狀的增強部件600的示例。圖7a和圖7b的增強部件600示為具有均勻邊緣的光滑形狀。然而，也可以使用更粗糙的管道。增強部件600的內(nèi)圓周有利地可以具有與導(dǎo)體105的圓周相同或類似的形狀，使 得增強部件600靠近導(dǎo)體105定位。圖7a和圖7b的增強部件600示為圓形圓周。然而， 通常導(dǎo)體105的剖面是 非圓形形狀，諸如是矩形、橢圓形、近矩形形狀。例如，CTC導(dǎo)體典型 地具有近矩形形狀，其中從矩形剖面的偏離由線束的換位導(dǎo)致。用于增強矩形圓周的導(dǎo)體 105的彎曲強度的增強部件600有利地具有矩形(內(nèi))圓周等。在一個實施例中，增強部件 600粘合到導(dǎo)體105的表面，而在另一實施例中，導(dǎo)體105和增強部件600并不彼此粘合。在圖8a_圖8d中，示出用于增強矩形導(dǎo)體105的增強部件600的不同示例的剖面 圖。在圖中示出表示繞組100(導(dǎo)體形成其一部分)的軸方向的軸A以及表示繞組100的徑 向方向的軸r。在圖8a中，示出完整矩形管道形狀的增強部件。這種形狀的增強部件600 適于增強任意位置的矩形導(dǎo)體105。然而，例如，由于簡化在導(dǎo)體105上安裝增強部件600 的原因，有時希望使用部分管道形狀的增強部件600。在圖8b中，示出增強部件600，矩形導(dǎo) 體105的三邊以如下方式被增強部件600至少部分地覆蓋，該方式使得導(dǎo)體600的短邊不 被覆蓋。這種形狀的增強部件600適于增強導(dǎo)體105中導(dǎo)體剖面的長邊具有更高遭受彎曲 應(yīng)力風(fēng)險的部分，諸如在盤過渡130中，或者當(dāng)導(dǎo)體105在繞組的軸向進入/退出繞組100 時在入口 /出口過渡125中。在圖8c中，說明了增強部件600，矩形導(dǎo)體105的三條邊以如 下方式被增強部件600至少部分地覆蓋，該方式使得導(dǎo)體600的長邊不被覆蓋。這種形狀 的增強部件600適于導(dǎo)體105中線纜剖面的短邊具有更高遭受彎曲應(yīng)力風(fēng)險的部分，諸如 在層過渡130中，或者當(dāng)導(dǎo)體105在繞組的徑向進入/退出繞組100時在入口 /出口過渡 125中。在圖8d中，示出了增強部件600，其具有如下形狀矩形導(dǎo)體105的所有4條邊都 以如下方式被至少部分地覆蓋，該方式使得導(dǎo)體105的一角不被增強部件600覆蓋。這種 形狀的增強部件600適用于在導(dǎo)體105的所有位置應(yīng)用。盡管圖8a_圖8d的導(dǎo)體105是矩形的，但上述討論也適用于諸如CTC導(dǎo)體的近矩 形導(dǎo)體105。在圖Se中示意性示出通過完整增強部件600而被增強的CTC導(dǎo)體105的示 例，該CTC導(dǎo)體105包括導(dǎo)電線束800。不管導(dǎo)體形狀如何，增強部件600 —般應(yīng)覆蓋至少180度的導(dǎo)體圓周，以便提供對 導(dǎo)體105的足夠增強。如果覆蓋360度的圓周，則在維持相同的增強改進的同時，增強部件 600的厚度和/或軸向長度典型地比使用部分管道小。在一個實施例中，增強部件包括兩個 或更多的部分管道，它們一起覆蓋至少180度的導(dǎo)體圓周，且形成分離增強部件600。這種 分離增強部件的部分管道其中一個或多個覆蓋小于180度的導(dǎo)體圓周。分離增強部件600 的這種部分管道例如通過導(dǎo)體105上的凹槽、通過強粘合帶等保持在適當(dāng)?shù)奈恢?。?dǎo)體105的彎曲強度是導(dǎo)體105發(fā)生破碎或過度塑性變形的法向應(yīng)力(normal stress)的上限，且可以定義為限制強度(屈服點或最終強度)和導(dǎo)體105的斷面模量的乘 積。彎曲強度例如可以通過3點彎曲測試或懸臂彎曲測試測量，這兩種測試在本領(lǐng)域中已 知。例如，依賴于導(dǎo)體105的尺寸；用于增強部件600的材料的拉伸和壓縮強度；以及 短路情形中預(yù)期的彎矩M的幅度，可以選擇合適厚度的增強部件600。通常，與未被增強的 導(dǎo)體105的部分相比，通常在繞組過渡中需要50%或更多的彎曲強度的增加，不過在一些 情形中，彎曲強度的較小增加便已足夠，且可以相應(yīng)地選擇增強部件600的尺寸。典型地，需要至少25%的彎曲強度的增加，以確保當(dāng)定制變壓器200尺寸時導(dǎo)體105的彎曲強度將 不是限制因素。已經(jīng)對尺寸為30mmX 18mm的導(dǎo)體105的繞組過渡執(zhí)行機械測試。這種測 試的導(dǎo)體105包裹以浸漬有半固化環(huán)氧樹脂隨后被固化的玻璃纖維增強帶。約2-3mm厚的 增強部件600幾乎使得該被增強導(dǎo)體在繞組過渡處的彎曲強度增強一倍。當(dāng)增強部件600應(yīng)用于繞組過渡(其中導(dǎo)體路徑從正常(通常為圓形的)繞組路 徑偏離以形成導(dǎo)體105中的彎曲)處時，增強部件600可以在導(dǎo)體105的軸向有利地延伸， 超出導(dǎo)體105的彎曲。增強部件600并不需要自繞組過渡在兩個方向中延伸相同的距離， 不過通常如此。然而，增強部件600典型地沿導(dǎo)體105的軸向在每個方向中延伸至少一個 導(dǎo)體直徑。(當(dāng)導(dǎo)體105是矩形剖面時，對角線的長度可以看作直徑。)在一些實現(xiàn)中，增 強部件600將在每個方向中從繞組過渡開始延伸一距離，該距離對應(yīng)于匝115的四分之一 (或者更多)；在其他實現(xiàn)中，增強部件將在每個方向中延伸匝115的1/40(或更少)。典型 地，對于較大的繞組100，增強部件600應(yīng)在匝115的一小部分上延伸。在風(fēng)道間隔片510 用于分離不同的盤500或匝115的變壓器繞組100中，增強部件600例如可延伸出風(fēng)道間 隔片510，該風(fēng)道間隔片510與待增強的繞組過渡相鄰，使得增強部件600延伸大約對應(yīng)于 圓周風(fēng)道間隔片距離的1至4倍的長度。這樣，增強部件600將覆蓋導(dǎo)體105在短路情形 中承受最高彎曲應(yīng)力的部分。風(fēng)道間隔片510為導(dǎo)體105提供機械支撐，使得在遠離繞組 過渡的一個風(fēng)道間隔處的彎曲應(yīng)力明顯降低。如果增強部件600例如在定位于兩個風(fēng)道間 隔片505之間的繞組過渡處增強導(dǎo)體105，如果增強部件延伸約1-4個風(fēng)道間隔片距離，增 強部件將覆蓋導(dǎo)體105在短路情況承受最高彎曲應(yīng)力的部分。通過覆蓋約2個風(fēng)道間隔片 距離的增強部件600，風(fēng)道間隔片通常為導(dǎo)體105提供足夠的支撐。依賴于增強部件600和導(dǎo)體105的彎曲屬性以及短路情況中期望的彎矩M的幅 度，可以使用比上面給定示例更短或更長的其他長度的增強部件600。為了形成纖維增強熱固性聚合物的增強部件600，例如可以通過向?qū)w105應(yīng)用 預(yù)浸漬熱固性聚合物的纖維帶、纖維層或類似物，來形成增強部件600。備選地，增強纖維 和熱固性聚合物可以單獨地應(yīng)用于導(dǎo)體105，在這種情況下通常首先例如以粗紗、單向纖維 線、編織纖維等形式應(yīng)用纖維。典型地在應(yīng)用纖維之后，可以通過刷子、油漆滾子、噴射、注 射、灌注臨時結(jié)構(gòu)等來應(yīng)用該熱固性聚合物。圖9a是示意性說明生產(chǎn)由纖維增強聚合物制成的增強繞組過渡的方法的示例的 流程圖。在步驟900，在繞組過渡處布置熱固性聚合物中的增強纖維，以形成適當(dāng)形狀的增 強部件600。在步驟910，熱固聚合物被固化。熱固聚合物的固化例如與繞組100或完成的 變壓器(通常，在繞組100放置就位之后干燥變壓器鐵心110)的熱干燥在同時執(zhí)行。因此， 典型地不再需要附加的固化步驟。 圖9b是示意性說明圖9a中示出的方法的實施例的流程圖。在該實施例中，步驟 900包括在繞組過渡處布置已預(yù)浸漬熱固性聚合物的增強纖維的步驟910。然后進入步驟 905。預(yù)浸漬增強纖維例如可以是與浸漬纖維帶或纖維層的形式。圖9c是示意性說明圖9a 中示出的方法的另一實施例的流程圖，其中步驟900包括步驟915和920。在步驟915中， 在繞組過渡處布置增強纖維，而在步驟920，熱固性聚合物應(yīng)用于增強纖維。增強纖維例如 可以是粗紗、單向纖維線、編織纖維或類似的形式。增強部件600備選地可以在向繞組過渡應(yīng)用增強部件之前固化，S卩，圖9a的步驟905先于步驟900執(zhí)行。步驟905之前，將是將纖維增強聚合物形成為增強部件600的形 狀的另一步驟。例如，將以常規(guī)方式在模具中制備適當(dāng)形狀的增強部件600。然后，在增強 部件600固化之后，向?qū)w600應(yīng)用增強部件600。這例如適合將應(yīng)用于出口 /入口過渡 125的增強部件600，其中在纏繞變壓器繞組100的匝115之后導(dǎo)體105能夠經(jīng)過增強部件 600 ；或者適合應(yīng)用于可滑到導(dǎo)體105上的部分管道形狀的增強部件600。增強部件600備選地可以由非固化和/或未經(jīng)纖維增強的聚合物制成。此外，其 他絕緣材料可以用作增強部件600的主要成分。在一個實施例中，增強部件600包括向增強部件600提供半導(dǎo)電屬性的成分。一 般地，在將聚合物形成為合適形狀時，存在在聚合物內(nèi)形成氣泡的風(fēng)險。氣泡的存在將增加 當(dāng)變壓器繞組100承受高壓時局部放電的風(fēng)險。聚合物增強部件600的屏蔽屬性例如可以 通過將聚合物與向增強部件600提供半導(dǎo)電屬性的成分混合來實現(xiàn)，使得聚合物中的氣泡 (如果存在)將被該成分屏蔽。因而減小了聚合物中氣泡的局部放電的風(fēng)險。因此，通過將 聚合物與提供半導(dǎo)電屬性的成分相混合，聚合物應(yīng)用或鑄模工藝的要求可以較不苛刻。半 導(dǎo)電聚合物例如可以在將聚合物形成為合適的形狀之前，通過將聚合物與碳粉、金屬粉末 或類似物混合實現(xiàn)。在圖10中示出了聚合物增強部件600的示例，其中聚合物與提供半導(dǎo) 電屬性的粉末1000相混合。提供半導(dǎo)電屬性的成分應(yīng)被預(yù)添加到纖維增強聚合物帶、粗紗 或類似物的聚合物中(參考圖9的步驟910)，或者應(yīng)在執(zhí)行圖9的步驟920之前添加到聚 合物中。獲得增強部件600的屏蔽屬性的備選方式是在增強部件600周圍提供一層合適的 半導(dǎo)電材料，例如，一層碳紙。增強部件600的半導(dǎo)電屬性優(yōu)選地應(yīng)獲得足夠的導(dǎo)電性，以 用于相對于增強部件600外部的電場提供電勢均衡。然而，增強部件600的導(dǎo)電性不應(yīng)大 得足以有助于引起電壓。當(dāng)增強部件600呈現(xiàn)半導(dǎo)電屬性時，有利地可以在增強部件600和導(dǎo)體105之間 形成電接觸，使得增強部件將與導(dǎo)體105處于相同的電勢。例如，在由增強部件600覆蓋的 位置處可去除覆蓋導(dǎo)體105的絕緣涂層。本發(fā)明可應(yīng)用于遭受由彎曲應(yīng)力導(dǎo)致的繞組導(dǎo)體105變形風(fēng)險的所有變壓器 200。本發(fā)明例如在大功率變壓器中是有用的，諸如具有25MVA或更高額定功率的功率變壓 器中是有用的，在額定為100MVA或更高的發(fā)電機升壓變壓器中是有用的，但是在一些小變 壓器中也是有用的。在上文中，主要結(jié)合短路情形中磁洛倫茲力引入的彎曲應(yīng)力給出描述。 然而，本發(fā)明還可用于減小由其他情形中的彎曲應(yīng)力導(dǎo)致的變壓器繞組100的導(dǎo)體105的 變形的風(fēng)險。盡管在所附獨立權(quán)利要求中陳述了本發(fā)明的各個方面，但本發(fā)明的其他方面包括 在上述描述和/或所附權(quán)利要求書中表現(xiàn)的任意特征的組合，且不單單是所附權(quán)利要求書 中特別指出的組合。本領(lǐng)域技術(shù)人員將意識到，此處提出的技術(shù)不限于附圖和上面詳細描述中公開的 實施例，附圖和上面的詳細描述僅用于說明目的，本發(fā)明可以以各種不同方式實施，且其由 所附權(quán)利要求書限定。
權(quán)利要求
1.一種變壓器繞組(100)，具有以多匝(11 纏繞的導(dǎo)體(105)，該變壓器繞組包括 增強部件(600)，以使得該增強部件覆蓋大于180度的導(dǎo)體圓周的方式布置在導(dǎo)體的繞組過渡(125 ；130 ；505)處，由此增加導(dǎo)體在繞組過渡位置處的彎曲強度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的變壓器繞組，其中該增強部件的主要成分是纖維增強聚合物。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的變壓器繞組，其中該增強部件使得導(dǎo)體在繞組過渡位置 處的彎曲強度至少增加25%。
4.根據(jù)上述權(quán)利要求其中任一項所述的變壓器繞組，其中該增強部件在導(dǎo)體的軸向延 伸一距離，該距離對應(yīng)于比繞組匝的圓周小的距離。
5.根據(jù)上述權(quán)利要求其中任一項所述的變壓器繞組，其中該變壓器繞組包括沿著所述繞組的圓周方向以風(fēng)道隔離片距離間隔的多個徑向風(fēng)道 隔離片(510)，且其中該增強部件在導(dǎo)體的軸向延伸對應(yīng)于1-4個風(fēng)道隔離片距離的距離。
6.根據(jù)上述權(quán)利要求其中任一項所述的變壓器繞組，其中該增強部件包括向該增強部件提供半導(dǎo)電屬性的成分(1000)，從而實現(xiàn)對該增強部件 的電屏蔽。
7.根據(jù)上述權(quán)利要求其中任一項所述的變壓器繞組，其中該導(dǎo)體是連續(xù)換位線纜導(dǎo)體。
8.一種變壓器，包括權(quán)利要求1-7其中任一項所述的變壓器繞組。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的變壓器，其中該變壓器繞組形成該變壓器的內(nèi)部繞組。
10.根據(jù)權(quán)利要求8或9所述的變壓器，其中該變壓器繞組形成該變壓器的低壓繞組。
11.根據(jù)權(quán)利要求8-10所述的變壓器，其中該變壓器是設(shè)計為具有25MVA或更高額定 電功率的功率變壓器。
12.一種增強具有導(dǎo)體(105)的變壓器繞組(100;100a;100b)的彎曲強度的方法，其 中在繞組過渡處(125 ；130 ；505)，以如下方式布置(900 ；910 ；915 ；920)熱固性聚合物中的 增強纖維，該方式使得增強纖維在繞組過渡的至少一部分處形成在大于180度的導(dǎo)體圓周 周圍延伸的增強部件(600)。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中所述布置的步驟包括在繞組過渡處布置已被預(yù)浸漬熱固性聚合物的增強纖維，以形成 所述增強部件。
14.根據(jù)權(quán)利要求12或13所述的方法，其中該熱固性聚合物包括布置為向該增強部件提供電屏蔽的半導(dǎo)電組件(1000)。
15.根據(jù)權(quán)利要求12-14其中任一項所述的方法，其中在變壓器繞組或變壓器繞組形成其一部分的變壓器O00)的熱干燥時，執(zhí)行該增強部 件的固化(905)。
全文摘要
公開了一種變壓器繞組和用于增強變壓器繞組的方法。該變壓器繞組具有以多匝纏繞的導(dǎo)體，其中該變壓器繞組包括增強部件，其以使得該增強部件覆蓋大于180度的導(dǎo)體圓周的方式布置在繞組過渡處，由此增加導(dǎo)體在增強部件位置處的彎曲強度。因此，改善變壓器繞組相對于彎曲應(yīng)力的可抵抗性。
文檔編號H01F27/28GK102054566SQ20101053695
公開日2011年5月11日 申請日期2010年11月4日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月5日
發(fā)明者B·斯坎森, C·埃格馬克, C·埃里克森, E·弗斯伯格, H·佩爾森, J·安吉, K·阿格倫, L·奧爾森, S·雅唐, T·埃里克森 申請人:Abb技術(shù)有限公司