專利名稱：干式、空芯、并聯(lián)筒式銅質(zhì)耐電沖擊電抗器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及干式、空芯、并聯(lián)筒式電抗器，特別是涉及用于電氣鐵道系統(tǒng)、電力系統(tǒng)、冶金系統(tǒng)中的無功補償裝置，諧波濾波裝置中串聯(lián)接入并聯(lián)電容器回路的高壓、干式，空芯、并聯(lián)筒式耐電沖擊的電抗器。
近年來，我國電氣化鐵道迅速發(fā)展，所需的牽引電能與日俱增，電力系統(tǒng)對牽引供電品質(zhì)提出了明確的要求。為了改善功率因數(shù)，解決對無功電能的占據(jù)和高次諧波治理等問題，廣泛采用由電容器組和電抗器串聯(lián)組成的無功補償裝置，電抗器在其中擔(dān)當(dāng)了重要作用，它使電容器組投入電網(wǎng)時限制其因合、分閘及機車駛?cè)牍╇姳蹠r造成的瞬時涌流和沖擊，吸收鐵道供電網(wǎng)中含量復(fù)雜且豐富的高次諧波，以使減少損耗及發(fā)熱。
過去所使用的電抗器不外乎有以下幾種類型(1)干式或油浸鐵芯電抗器。這種電抗器的鐵芯在約1.5倍額定電流時已飽和，沖擊電流可迅速增至20倍額定電流以上，產(chǎn)生嚴重的動熱沖擊破壞力，噪音大且制作成本高。對油浸式還需防油、防火設(shè)備，維護困難。對干式的則不可在戶外運行。
(2)空芯、串聯(lián)筒式電抗器。這種電抗器由于層間電位差高而體積大、成本高，且不得不采用大截面導(dǎo)線而增大了損耗。
(3)空芯、串聯(lián)餅式電抗器。這種電抗器有串聯(lián)式電抗器的缺點，必需采用輻向風(fēng)道，散熱條件差。線餅之間不易牢固固定。
本發(fā)明的目的是提供一種可在戶外運行、體積較小、制造成本及損耗較低、運行可靠、維護簡便的高壓、干式、空芯、并聯(lián)筒式耐電沖擊的電抗器。
本發(fā)明的電抗器由以下各部分組成支架、主線圈、位于主線圈下面的第一導(dǎo)電臂、及位于主線圈上面的第二導(dǎo)電臂。主線圈具有以下結(jié)構(gòu)在有高機械強度的浸潤了特制的絕緣膠的玻璃絲繞制、固化的絕緣筒體上用高強度絕緣電磁線繞制電感線圈，所述電感線圈由多層構(gòu)成，各層根據(jù)電感計算的數(shù)學(xué)模型計算結(jié)果所要求使用不同規(guī)格的電磁線，層間以適當(dāng)?shù)慕n玻璃布作絕緣，多層線匝層之外表面用浸膠玻璃絲捆扎包圍線匝的玻璃布封閉起來形成一個繞組包封單元。每臺電抗器含有一個或一個以上這樣的包封單元，通?？梢允?個以上，特別是15至30個，各繞組包封單元之間由引拔絕緣撐條隔開，形成縱向風(fēng)道。所有繞組包封單元的所有各層端頭分別連接在(通常為焊接)上述第一、第二導(dǎo)電臂上，形成各層線圈的并聯(lián)狀態(tài)。為了保證壽命，整臺電抗器外表涂以抗紫外線、抗老化絕緣漆。支架為高壓瓷絕緣子或無磁金屬結(jié)構(gòu)架支承電抗器繞組等部件。
上述絕緣玻璃絲為無捻無堿無臘，玻璃布為由此種玻璃絲制成，經(jīng)浸潤劑處理后增強了親和絕緣膠的能力。浸漬用絕緣膠為改性樹指型，耐壓強度高，0.05mm膜厚耐壓達70KV以上，水浸24小時后仍不低于40KV。上述線圈的絕緣結(jié)構(gòu)在耐壓、耐潮、抗裂性、抗剝離能力等方面性能均極為高超。
具有以上結(jié)構(gòu)特征的干式、空芯、并聯(lián)筒式電抗器相比現(xiàn)有技術(shù)中的串聯(lián)式電抗器避免了層間電位差較高，必需增大層間距離、加厚絕緣，以致體積大，成本高的缺點。并聯(lián)結(jié)構(gòu)其層間電位差在理論上為零，即使工藝上不能保證絕對層層對齊，也只會錯一、二匝，層間電位差只是匝間電位差的數(shù)量級。
由于本發(fā)明的電抗器各繞組包封單元內(nèi)層與層之間緊密繞制，空間互感得到充分利用，器身必將較小。由于上面所述及下面實施例中將要敘述的絕緣結(jié)構(gòu)也使得繞組包封單元十分緊湊。
利用本發(fā)明的絕緣結(jié)構(gòu)，線匝周圍充分地填滿了絕緣膠，線匝層的內(nèi)、外有浸潤了絕緣膠的玻璃絲固化形成堅固的、整體性的絕緣層，可以在100％濕度下安全可靠運行，即使在戶外淋雨、覆冰情況下也是安全的，達到在戶外安全使用的要求，排除了現(xiàn)有的干式電抗器不能在戶外工作的缺點，而相比于油浸式電抗器，本發(fā)明的電抗器省去了防油、防火、維護困難等復(fù)雜問題。
本發(fā)明電抗器保持了筒式結(jié)構(gòu)的軸向風(fēng)道，具有遠比輻向風(fēng)道要好的散熱效果。
本發(fā)明電抗器保持了空芯結(jié)構(gòu)不會飽和、線性伏安特性的優(yōu)點，過電流倍數(shù)不大，對限制沖擊電流作用良好。
多層并聯(lián)線圈組成的電抗器整體其高技術(shù)內(nèi)涵在于必須建立包括空間互感在內(nèi)的數(shù)學(xué)模型，充分利用并聯(lián)繞組之間的互感是本發(fā)明的特點之一，使整體重量和體積與老式結(jié)構(gòu)相比較約減少一半以上。為使達到這點的措施除了前述緊湊的線圈包封單元結(jié)構(gòu)外還在于上述數(shù)學(xué)模型中根據(jù)橢圓函數(shù)型各層電流分布規(guī)律計算確定從靠中心的里層輻向向外各層線匝截面逐層增大的規(guī)律，以及保持各層線匝高度相同。
本發(fā)明電抗器由于采用并聯(lián)結(jié)構(gòu)，使得可以采用較小截面電磁線，避免使用方扁線成為可能，此特征在抑制集膚效應(yīng)和渦流產(chǎn)生的損耗方面極為有利。
采用銅質(zhì)電磁線是本發(fā)明電抗器特點之一。銅電磁線在焊接、不易氧化、較少材質(zhì)先天性缺陷等方面較鋁線有無可比擬的優(yōu)點，還有極重要之處是建立在計算電感的數(shù)學(xué)模型上的本發(fā)明結(jié)構(gòu)安排要求并聯(lián)線圈各層從內(nèi)到外應(yīng)有不同直徑的導(dǎo)線，且各線圈高度應(yīng)該一致，采用銅電磁線因規(guī)格選擇裕度大而在保證電感量方面特別有利。此外，銅線電抗器將在機械強度、過載能力方面三倍優(yōu)于鋁質(zhì)的，而因為線膨脹系數(shù)卻約小于鋁40％而使導(dǎo)體和絕緣間分離的難題易于解決，至于因選用的導(dǎo)線截面縮小面縮小而降低集效應(yīng)及渦流損耗，尤其對高次諧波情況，是明顯的，所有這些使全銅質(zhì)的本發(fā)明電抗器性能更好。
但是，在現(xiàn)有技術(shù)中普遍使用的只是鋁電磁線電抗器，簡單地用銅線代鋁線所完成的電抗器將因為在體積、重量、價格等方面原因沒有竟?fàn)幜?，但?fù)雜的數(shù)學(xué)模型使體積小、有合理尺寸比、發(fā)熱均勻、空間互感利用好、從而價格低的銅質(zhì)電抗器迄今沒有開發(fā)出來。本發(fā)明成功地解決了這些難題，首先開發(fā)完成干式、空芯、并聯(lián)筒式、全銅質(zhì)電抗器。
本發(fā)明的電抗器可以有如下進一步構(gòu)型為了達到電抗器在預(yù)定電抗值內(nèi)可以調(diào)節(jié)，以使更好地與電容器組容抗值匹配，在第二導(dǎo)電臂之上設(shè)調(diào)整線圈，調(diào)整線圈之上設(shè)第三導(dǎo)電臂，第二導(dǎo)電臂成為中導(dǎo)電臂，調(diào)整線圈有若干抽頭分別引到調(diào)節(jié)開關(guān)的定觸點上，其動觸頭則接到第二導(dǎo)電臂，調(diào)整線圈的始端接第三導(dǎo)電臂，第三導(dǎo)電臂成為高壓進線端，調(diào)整線圈的結(jié)構(gòu)類似于主線圈，但通常為單層，使用多股電磁線絞合的電線繞制，由于截面分割及變位而使集膚效應(yīng)及渦流影響降至最小。由于調(diào)整線圈處于高壓進線端，將承受過電壓主要部分，因此，除絕緣水平應(yīng)加強外(例如匝間耐壓應(yīng)達到5kv以上)，絕緣結(jié)構(gòu)可以和主線圈相似。調(diào)整線圈用高強度浸膠玻璃絲綁扎，結(jié)構(gòu)穩(wěn)固。試驗表明，加到線圈上的雷電沖擊試驗電壓200kv中約70kv由高壓進線端頭20匝擔(dān)當(dāng)，因此將上述調(diào)整線圈放在高壓進線一端并加強絕緣水平以承受過電壓是適宜的，試驗證明，有這種附加調(diào)整線圈的本發(fā)明電抗器，在合閘、分閘時主線圈上不出現(xiàn)過電壓，這樣的結(jié)構(gòu)安排使本發(fā)明電抗器中作為主體的主線圈更緊湊，體積更小，運行安全可靠。
上述調(diào)整線圈可以僅利用其承受過電壓的性質(zhì)而成為一種防護線圈，此種防護線圈不設(shè)抽頭，不換接，不具備調(diào)整電感值的功能。
調(diào)整線圈也可以設(shè)在主線圈外邊，靠近處在低電位的第一導(dǎo)電臂，這種方案的調(diào)整線圈將不起防護作用，單純起調(diào)整電感的作用。結(jié)構(gòu)上藉引拔撐條與主線圈隔開。
圖1為本發(fā)明電抗器第一實施例的整體圖。
圖2為本發(fā)明電抗器第一實施例的接線圖。
圖3為本發(fā)明電抗器第一實施例的主線圈、剖面圖。
圖4為本發(fā)明電抗器第一實施例的立體圖。
圖5為本發(fā)明電抗器第二實施例的整體圖。
以下結(jié)合
本發(fā)明電抗器的實施例。
第一實施例為一臺用于電氣化鐵道供電網(wǎng)的無功補償裝置中與電容器組串聯(lián)的電抗器，其所在系統(tǒng)額定電壓275kv，電抗器額定電壓3.955kv，額定電流70.1A。
圖1為其總體布置圖，其中1為支柱，使用瓷瓶，泄漏比不小于25mm／kv，2、4分別為第一、第二導(dǎo)電臂，黃銅材質(zhì)制成，有輻射狀(參見圖4)。在第一，第二導(dǎo)電臂之間是主線圈3，主線圈3的結(jié)構(gòu)可見圖3，它由多個線圈包封單元7組成，每個所述線圈包封單元7有在里面的絕緣筒體8，繞在筒體8上的多層圓電磁線構(gòu)成線匝層9，層間為浸膠玻璃布層10，由中心向外各層使用的電磁線直徑不同，逐層加大，且各層線匝高度相等，線匝層9外表面是浸膠玻璃絲捆扎包圍于線匝層外的玻璃布并經(jīng)固化而成的封閉絕緣層11。二個線圈包封單元7之間由絕緣引拔撐條12隔開形成縱向風(fēng)道。筒體8及封閉層11的材料玻璃絲(布)為無捻無堿無臘，經(jīng)浸潤劑處理后有較強的對樹指親和能力，再浸潤過改性樹脂絕緣膠24小時以上，線匝層9纏繞時電磁線通過浸膠槽邊浸邊繞，因此形成的線圈包封單元內(nèi)部充滿絕緣膠，經(jīng)155℃固化后形成的線圈包封單元成為堅固整體，機械強度高，散熱好，耐環(huán)境條件變化，如遭潮濕、淋雨、覆冰等的能力極高，完全可以適應(yīng)于戶外運行。
本實施例設(shè)有調(diào)整線圈5，置于第一導(dǎo)電臂2之上，在調(diào)整線圈5之上部另設(shè)第三導(dǎo)電臂6。調(diào)整線圈5的結(jié)構(gòu)相似于主線圈3，由于它設(shè)于高壓進線端，絕緣水平加強，在本實施例中，調(diào)整線圈5線匝層為單層安排，使用多股絕緣絞合線繞制，主線圈3電感值精度在額定值±1％范圍內(nèi)，調(diào)整線圈5按額定電感值±5％范圍調(diào)整，每1％抽頭，其接線方式見圖2，即調(diào)整線圈5的始端接到第三導(dǎo)電臂6，為高壓進線端，各抽頭接于圖2中僅為示意性表示的換接開關(guān)定觸點，而其動觸點接于第二導(dǎo)電臂4。
本第一實施例的上述調(diào)整線圈5兼有防護過電壓的功能，在不設(shè)抽頭，不換接的場合下它將成為單純作防護用的防護線圈。
圖3為本發(fā)明的第二實施例，它是在第一實施例基礎(chǔ)上所作的改型，在第二、三導(dǎo)電臂之間設(shè)不抽頭的防護線圈13，在主線圈3之外套裝調(diào)整線圈14，二者用絕緣撐條隔開，調(diào)整線圈14可以有與第一實施例中調(diào)整線圈5相似的結(jié)構(gòu)，有抽頭，線圈14始端接于第一導(dǎo)電臂，各抽頭及線圈14末端分別接到換接開關(guān)(圖中未出)靜觸頭上，而其動觸頭則引出或接地。
調(diào)整線圈14可以有另一種構(gòu)造，它用裸銅線繞成螺旋圈，滑動觸塊在其上滑動接觸，該螺旋圈的始端接到第一導(dǎo)電臂，而滑動觸塊則引出或接地。本構(gòu)型藉滑動觸塊的移動變化串接于主線圈的匝數(shù)而調(diào)整電抗器的電感量，此種調(diào)整是連續(xù)的，因此可以微調(diào)電感量，對諸如冶金系統(tǒng)中要求電抗器與串聯(lián)電容器組精確調(diào)諧的場合更為適合。
主線圈和調(diào)線圈的最外表面涂覆抗紫外線、抗老化漆、，以達到增強防曬、防濕、防水、耐紫外線性能。
以上電抗器結(jié)構(gòu)運行壽命可達20年以上。
對本發(fā)明的技術(shù)方案，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以做出變更而不背離由權(quán)利要求書限定的本發(fā)明構(gòu)思精神。
權(quán)利要求1.一種干式、空芯、并聯(lián)筒式電抗器，其特征是其主線圈由位于第一及第二導(dǎo)電臂之間的線圈包封單元構(gòu)成；所述線圈包封單元包括繞在絕緣筒體上的一層以上電磁線，特別是銅質(zhì)電磁線，形成線匝層，所述線匝層外表覆有外絕緣層；所述線匝層中每一層的線圈之始端連接到位于線圈包封單元上部的第二導(dǎo)臂上，而其末端連接到位于所述線圈包封單元下部的第一導(dǎo)電臂上；所述包封單元內(nèi)靠中心的里層沿輻向向外各層線匝層電磁線截面逐層增大。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電抗器，其特征是所述的主線圈含有多個所述的線圈包封單元，且互相同軸安置；靠電抗器中心的里層沿輻向向外所有各層線匝層電磁線截面逐層增大；相鄰線圈包封單元間有圓周上均布的多個絕緣質(zhì)引拔撐條互相隔開，形成縱向風(fēng)道。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電抗器，其特征是所述絕緣筒體浸潤過絕緣膠；所述外絕緣層為浸絕緣膠的玻璃布捆扎浸絕緣膠玻璃絲后固化所形成；所述線匝層中電磁線經(jīng)浸漬絕緣膠繞制而成。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電抗器，其特征是在所述的第二導(dǎo)電臂之上設(shè)置有中間抽頭的調(diào)整線圈或不設(shè)中間抽頭的防護線圈。第三導(dǎo)電臂設(shè)于所述調(diào)整或防護線圈之上且和該調(diào)整或防護線圈之始端相連接；所述第二導(dǎo)電臂可轉(zhuǎn)換地與調(diào)整線圈的末端或其中間抽頭相連接，或者所述第二導(dǎo)電臂與防護線圈的末端相連。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的電抗器，其特征是所述調(diào)整或防護線圈為絕緣筒體上繞制的單層或多層浸膠電磁線形成線匝層，外表上再封閉以浸膠玻璃布捆扎以玻璃絲的外絕緣層。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的電抗器，其特征是所述調(diào)整或防護線圈中的浸膠電磁線為由多股絕緣導(dǎo)線絞合的多股絞合銅電磁線。
7.根據(jù)權(quán)利要求2－6所述的電抗器，其特征是主線圈之外由引拔撐條隔開套裝有調(diào)整線圈，所述調(diào)整線圈的始端連接于第一導(dǎo)電臂，其中間抽頭可轉(zhuǎn)換地接向電抗器外端子。
8.根據(jù)權(quán)利要求2－6所述的電抗器，其特征是在主線圈之外套裝有調(diào)整線圈，所述調(diào)整線圈為螺旋圈，與螺旋圈的導(dǎo)體有滑動觸塊可滑動地接觸，滑動觸塊引向電抗器外端子，螺旋圈的一個始端與第一導(dǎo)電臂相連接。
9.根據(jù)權(quán)利要求1－6所述的電抗器，其特征是所述主線圈、調(diào)整線圈及防護線圈的外表面涂覆抗紫外線、抗老化漆。
10.根據(jù)權(quán)利要求1－6所述的電抗器，其特征是所述主線圈各線匝層線匝高度相同。
11.根據(jù)權(quán)利要求2－6所述的電抗器，其特征是所述線圈包封單元數(shù)為15－30。
專利摘要用于電氣鐵道電網(wǎng)中的無功補償裝置內(nèi)的干式、空芯、并聯(lián)筒式銅質(zhì)電抗器由分別位于第一、第二、第三導(dǎo)電臂(2、4、及6)之間的主線圈(3)及調(diào)整線圈(5)組成。主線圈包括同軸的、由縱向風(fēng)道(12)隔開的多個線圈包封單元(7)，每個包單元(7)由繞在絕緣筒體(8)上多層的線匝層(9)及外表的絕緣層(11)構(gòu)成，所有各層線匝的始、末端分別接于第二、第一導(dǎo)電臂(4、2)上形成各層線匝的并聯(lián)狀態(tài)。由里向外各層線匝使用由細到粗不同線徑的銅線。本實用新型電抗器在體積、重量、壽命、可靠性等方面均優(yōu)于現(xiàn)有同類產(chǎn)品。
文檔編號H01F37/00GK2152286SQ93213810
公開日1994年1月5日 申請日期1993年5月28日 優(yōu)先權(quán)日1993年5月28日
發(fā)明者廣治平 申請人:北京市凱奇特種電器公司, 山東蓬萊特種變壓器廠