CN102938306A - 变压器模块化组合绝缘结构 - Google Patents
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Abstract
一种变压器模块化组合绝缘结构，变压器包括从内到外依次排列的铁芯、同芯套装的低压线圈和高压线圈，低压线圈为整体式线圈，它通过内层撑条套装在铁芯的铁芯柱上。高压线圈为高压箔线圈3，它由多个上下叠置并相互串联的高压线圈模块组成，各相邻的高压线圈模块之间直接压缝或通过绝缘件轴向支撑；多个撑条沿轴向弹性均匀压紧支撑在低压线圈和高压箔线圈之间，每个高压线圈模块包括一对具有相同的结构和形状的箔线圈单元，它们相互串联连接。这种变压器高压线圈模块及绝缘撑条可全部实现流水化生产，便于制造大功率变压器，且消除了单一高压线圈中部电场集中导致的电磁场分布不易均匀的缺陷，提高了变压器运行质量和寿命。
Description
技术领域
本发明涉及一种变压器模块化组合绝缘结构，特别适用于采用箔绕线圈的电力变压器，属于变压器制造技术领域。
背景技术
随着电气工业的迅猛发展，对于电力变压器的电压、容量等功能要求和空载、温升、绝缘、寿命等性能要求越来越高、越来越多，而改善功能和性能所涉及的核心技术之一是变压器线圈及其绝缘结构。变压器箔式线圈是用铜箔或铝箔作为导体的线圈，箔式结构是由一层导体箔、一层薄绝缘相间，均匀紧密绕制而成，它的层间导体接触面大而间距小，承受短路能力强，比传统的线绕线圈显示出明显的竞争优势，为新一代电力变压器的发展提供了新的方向。目前，箔绕线圈常用于中小型变压器线圈，而大型变压器仅低压线圈采用箔式，立体卷铁芯变压器的高压线圈为层式，究其原因在于箔绕线圈更适合于电压低、电流大、匝数少的中小型变压器线圈或容量为600kVA及以上的变压器低压线圈。电压越高，箔线圈的制造难度和生产成本越高，而且一、二次线圈的变压比越高，使得高压箔线圈的层数多，从而导致体积大、散热差，使高压箔线圈的寿命等性能指标难以保证。
中国发明专利CN201110139988.6公开了一种非包封立体卷铁心非晶合金干式变压器，其低压线圈为圆形箔绕或圆筒结构，高压线圈如其他现有技术类似，采用NOMEX纸材料包无氧铜线绕制并真空压力浸漆。传统的铜线绕制的高压线圈的层间电压为两层绕线之间的电压，该电压正比于每层绕线的匝数，由于这种高压线圈的层间电压高，所以必须采用NOMEX纸材料包无氧铜线绕制，并采用真空压力浸漆工艺以满足绝缘要求，显然这种高压线圈很难承受高的电压，否则制造工艺过于复杂，制造难度过大，成本昂贵。而且变压器线圈内部损坏不易查找出问题出在哪些层，如果拉回变压器修理更换费时费力且成本昂贵，以致用户常采用购买新变压器的方式完成替换。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种变压器模块化组合绝缘结构，采用多个串联连接的箔线圈模块纵向叠合组成整体圆筒形高压线圈及其绝缘的新结构，不仅解决了现有的线圈难以承载较高电压的缺陷，而且提高了绝缘强度和整体稳定性，承受短路能力强。
本发明的又一个目的是提供一种模块化高压线圈接头连接的新结构，每个箔线圈模块由一对串联连接的相同的椎管式箔线圈元件组成，将它们按卷绕方向相反的方式锥口相对放置在一起，避免了现有箔线圈内层导体接头在现场连接的不便，使箔线圈模块的生产机械化程度高，更加适合于现场查损和方便更换。
为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
变压器模块化组合绝缘结构，所述变压器包括从内到外依次排列的铁芯1、同芯套装的低压线圈2和高压线圈，所述的低压线圈2为整体式线圈，它通过内层撑条121套装在铁芯1的铁芯柱上。所述的高压线圈为高压箔线圈3，它由至少一个高压线圈模块31组成，各高压线圈模块31上下叠置并相互串联，相邻的高压线圈模块31之间直接压缝或通过绝缘件231轴向支撑；多个撑条沿轴向弹性均匀压紧支撑在低压线圈2和高压箔线圈3之间，将分开安装的低压线圈2和高压箔线圈3固定为一体。这些撑条间隔开均匀分布在高、低压线圈之间所形成的环形圆周空间内，采用带有纤维的环氧树脂挤压成型。所述的每个高压线圈模块31包括第一箔线圈单元311和第二箔线圈单元312，第一箔线圈单元311与第二箔线圈单元312具有相同的结构和形状，它们相互串联连接。
所述的第一箔线圈单元311与第二箔线圈单元312为多层锥形筒式，所述的组成同一个高压线圈模块31的第一箔线圈单元311与第二箔线圈单元312的卷绕方向相反，且它们的轴向对称的锥口相互对准设置，所述的第一箔线圈单元311和第二箔线圈单元312中的每个多层锥形筒具有从内向外逐层向外露出的层缘。所述的每个多层锥形筒上外露的各层的层缘的长度相同。
所述的组成同一个高压线圈模块31的第一箔线圈单元311的内端头311a与第二箔线圈单元312的内端头312a连接；而在相邻的两个高压线圈模块31之间，其中一个高压线圈模块31的第一箔线圈单元311与相邻的高压线圈模块31的第二箔线圈单元312相邻设置并卷绕方向相反，并且第一箔线圈单元311的外端头311b与相邻的第二箔线圈单元312的外端头312b连接；所述的各内-内端头(311a、312a)、外-外端头(311b、312b)的头上两圈连接在一起形成等电位。
所述的第一箔线圈单元311的内端头311a与第二箔线圈单元312的内端头312a的连接是直接连接，所述的第一箔线圈单元311的外端头311b与相邻的第二箔线圈单元312的外端头312b的连接是直接连接，并且所述直接连接的两个端头中一个端头的接头片采用倾斜45°对折再倾斜45°对折的连续两次反转折叠方式，与对接的另一个端头的接头处于同一个平面上。
或者，所述的第一箔线圈单元311的内端头311a与第二箔线圈单元312的内端头312a的连接是采用连接件313连接，所述的第一箔线圈单元311的外端头311b与相邻的第二箔线圈单元312的外端头312b的连接是采用连接件313连接，所述连接件313包括第一连接面313a、第二连接面313b和将第一连接面313a、第二连接面313b连接在一起的传导面313c，其中第一连接面313a的宽度h1与第二连接面313b的宽度h2相同，并且第一连接面313a与第二连接面313b的宽度(h1，h2)等于第一箔线圈单元311或第二箔线圈单元312的宽度h；第一连接面313a与第二连接面313b倾斜设置，传导面313c具有与要连接的箔线圈元件的内或外表面形状相吻合的外形。其中所述的传导面313c为菱形或双扇形或双反转折叠成平面形中的一种。
所述的高压箔线圈3的整体外形为圆筒形，隔离件232填入在构成各高压箔线圈模块31的第一箔线圈单元311和第二箔线圈单元312之间的侧面所形成的空隙内，该隔离件232是空心的，且具有与上述空隙的外轮廓形状相适配且便于安装到位的外轮廓形状。
本发明采用串联结构的箔线圈模块，并采用串联结构的箔线圈模块单元组纵向叠合组成如图1所示的整体圆筒形高压线圈，将加载在高压线圈上的高电压分散在各箔线圈单元上，使每个箔线圈单元上的电压可大大降低，优化了高压线圈内部电场的分布。本发明的模块式线圈及其绝缘新结构特别有利于实现专业化自动化生产，并易于根据用户需求组装成所需品种、规格的变压器，使变压器在小型化和节能环保方面具有更多的优势。
附图说明
图1是本发明的变压器模块化组合绝缘结构的局部内部结构剖视图。
图2是图1的俯视图。
图3是图1所示的组成高压线圈模块31的第一箔线圈单元的结构示意图。
图4是图1所示的组成高压线圈模块31的第二箔线圈单元的结构示意图。
图5是串联连接图3、图4所示的第一箔线圈单元311和第二箔线圈单元312的连接件313的第一实施例的结构示意图。
图6是串联连接图3、图4所示的第一箔线圈单元311和第二箔线圈单元312的连接件313的第二实施例的结构示意图。
具体实施方式
图1-6是展示本发明的变压器模块化组合绝缘结构的各实施方式的图。以下结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明，但并不构成对本发明的任何限制。
图1是本发明的变压器模块化组合绝缘结构的局部内部结构剖视图，图中示出了三相铁芯磁路上套装内外线圈的整体设置结构以及高压线圈的两个相邻的线圈模块31之间的设置结构。变压器包括从内层到外层依次排列的铁芯、同芯套装的低压线圈和高压线圈，安装在机座10上的变压器铁芯1为三相三柱立体结构，立体铁芯1通过绝缘垫块101和夹件固定安装在上小下大的梯形机座10上。每个相同的铁柱具有平行的对称中心线，三个铁柱呈正三角形布置，三相内外线圈同芯套装在三个铁柱上，成正三角形布置，并结合上垫块105和下垫块102来支撑和压紧高低压线圈，使整个变压器本体形成一个如图1、2所示的三维立体的刚性框架结构。图1所示的立体铁芯1由三个卷铁芯元件11组合而成，每个卷铁芯元件11由首尾交替相互衔接的两个直线部和两个圆弧部围成，其纵切面为上下具有双弧型的跑道形状，每个卷铁芯元件11的上圆弧部上包括用于套装对应相线圈的开/闭轭结构。三个卷铁芯元件11的六个直线部分别两两结合，形成所述的三相三柱立体结构的三个截面为真圆的铁柱。所述的三相线圈中的每一相包括一整体式的低压线圈2和高压箔线圈3，其中低压线圈2整体式套装在铁芯的铁柱上，将高压箔线圈3套装在低压线圈2的外面，这样不仅易于接线，也方便查损和模块更换。参见图1，每一相的低压线圈2通过内撑条组件121套装在对应相的铁柱上，每一相的高压箔线圈3套装在对应相的低压线圈2上，根据所需电压高低，高压箔线圈3可由多个相互上下叠置在一起的箔式线圈模块31组合而成，各线圈模块31之间采用串联连接。在图1所示的实施例中，高压箔线圈3由两个串联连接的高压箔线圈模块31纵向叠置构成，相邻的高压箔线圈模块31之间可采用直接压缝或者可以通过绝缘端圈231增加轴向支撑，以使高压线圈整体机械强度得到加强。
图2是图1的俯视图，图中示出了套装内外线圈后的三相铁芯磁路的整体外观结构，低压线圈2无需分装，而是一个整体式整个安装的低压线圈2，低压线圈2可以是圆筒形箔线圈或多根并绕的层式圆筒结构线绕线圈。高压箔线圈3与低压线圈2分开安装，靠里面的线圈与铁芯柱之间，高压线圈和低压线圈之间均用撑条作为支撑绝缘，每个撑条间隔开均匀分布在高、低压线圈之间所形成的环形圆周空间内，并且沿同轴套装的低压线圈和高压线圈的轴向设置，在径向使高压线圈和低压线圈保持着同心的位置，并且支撑牢固，以便承受线圈径向短路机械力。撑条可采用带有纤维的环氧树脂挤压成型。线圈的轴向压紧按常规方式，可用绝缘纸板压制的楔形块打进铁轭和线圈端部的压板之间以压紧线圈，也可以采用放置在支撑绝缘上的压环和拧动压钉使压环向下移动来消除线圈的轴向松动。此外，从图2中还可以看出，在由卷铁芯元件11两两合成的铁芯柱内具有卷绕铁芯过程中形成的内冷通道13，变压器绝缘油或气体从该通道中循环通过，从而降低了铁芯柱内热核处的最高温度，也有利于变压器运行时内部热量的散出。
根据变压器高压线圈的使用特点，本发明充分考虑了载荷和变压器工作温度性质、介质持性、绝缘结构形式以及加工制造等方面的影响，用户根据电压高低，三相中每一相的高压箔线圈3可增加高压线圈模块31的数量，其中每个高压线圈模块31由一对具有相同结构、形状的第一箔线圈单元311和第二箔线圈单元312组成，第一箔线圈单元311和第二箔线圈单元312串联连接。图3是组成高压线圈模块31的第一箔线圈单元311的结构示意图，图4是组成该高压线圈模块31的第二箔线圈单元312的结构示意图。图3、4所示的每个高压线圈模块31由两个直接相接的箔线圈单元311、312组成，高压箔线圈3则是由各高压箔线圈模块31竖着排列叠置在一起构成图1所示的圆筒形。其制造过程是：可将所有第一箔线圈单元311和第二箔线圈单元312均采用铜箔或铝箔及薄绝缘全部正绕或者反绕，每个箔线圈单元具有轴对称的多层圆筒形状，每层一匝，箔线圈单元的高度等于箔的宽度。具体地说，先将线圈箔绕在处于松弛状态的卷绕线圈模上，然后将该卷绕模张紧，并取出已经绕好的箔线圈单元即可。然后将每个绕好的圆筒形箔线圈单元通过模具变形为多层锥形筒，使每一个箔线圈单元的各层之间形成错位，其相邻层按相同方式相互错开，该锥形筒由内向外逐层向外露出层缘，各层缘的长度最好相同，并且每一层的外露部分具有均匀的便于涂漆的圆周边缘。此时，箔线圈单元的高度大于箔的宽度，并且各箔线圈单元的高度相同、宽度相同。接着，将两个箔线圈单元反向对置，将它们的锥口轴向对称地对准，使第一箔线圈单元311与第二箔线圈单元312的卷绕方向相反，即每两个卷绕方向相反的第一箔线圈单元311和第二箔线圈单元312构成一个高压箔线圈模块31，以方便接线。由于各箔线圈单元为锥形筒，因此在高压箔线圈3的构成各高压箔线圈模块31的第一箔线圈单元311和第二箔线圈单元312之间的侧面形成有内凹的空隙，可在该空隙内如图1所示均匀填入隔离件232支撑，使由多个模块纵向叠置构成的高压箔线圈3的整体外形为稳定性好的圆筒形。该隔离件232优选是空心的，其外轮廓形状最好具有与上述空隙的外轮廓形状相适配且便于安装到位的形状。本发明的这种整体绝缘结构降低了震动和噪声，低压线圈和高压线圈均可独立成形，简化了线圈制造的无数的排列组合，还使线圈模块的种类减少，为用户按需现场组装提供了可能性。
每个高压箔线圈模块31由卷绕方向相反的第一箔线圈单元311和第二箔线圈单元312合成，其中第一箔线圈单元311的内端头311a可以直接或者通过连接件313与第二箔线圈单元312的内端头312a连接，并且第一箔线圈单元311的外端头311b、第二箔线圈单元312的外端头312b分别与上、下相邻的高压箔线圈模块31的对置的箔线圈单元的外端头串联连接，或者通过连接件313与上、下相邻的高压箔线圈模块31的对置的箔线圈单元的外端头串联连接，各内-内、外-外端头的头上两圈须放在一起形成等电位。如果采用内-内、外-外端头相互直接连接，内-内、外-外端头的其中一个端头的接头片采用倾斜45°对折再倾斜45°对折的连续两次反转折叠方式，以方便实现一对内-内、外-外端头在同一个平面上的对接和容易在同一个平面上获得平整的对接效果。
如果采用连接件连接，下面结合图5、6说明高压箔线圈模块内部的一对箔线圈单元之间以及各高压箔线圈模块之间通过连接件313实现连接的各实施方式。连接件313包括第一连接面313a、第二连接面313b和将第一连接面313a、第二连接面313b连接在一起的传导面313c，其中第一连接面313a的宽度h1与第二连接面313b的宽度h2相同，并且第一连接面313a与第二连接面313b的宽度(h1，h2)等于第一箔线圈单元311或第二箔线圈单元312的宽度h；第一连接面313a与第二连接面313b倾斜设置，传导面313c具有与要连接的箔线圈元件的内或外表面形状相吻合的外形。所述的传导面313c为菱形或双扇形或双反转折叠成平面形中的一种。本发明可用箔绕机绕制，类似“纸管”实现高效廉价生产，具相当刚度，有利散热，可节省大量绝缘材料。线圈绝缘方式可同时保有浸漆、环氧浇注两种型号。与现有常规方式不同，采用本发明，线圈在工厂仅从里面粘接完成，外面先不粘接，到现场再完成线圈外面的粘接，加工方便，且无需钻到线圈筒里面进行焊接，这样不仅使线圈制造模块化，而且更便于制造大功率变压器，解决了大型变压器线圈制造困难和耐压要求太高的问题。
上述各实施例是提供给本领域普通技术人员来实现或使用本发明的，本领域普通技术人员可在不脱离本发明的发明思想的情况下，对上述实施例做出种种修改或变化，因而本发明的保护范围并不被上述实施例所限，而应该是符合权利要求提到的创新性特征的最大范围。
Claims (10)
1.变压器模块化组合绝缘结构，所述变压器包括从内到外依次排列的铁芯(1)、同芯套装的低压线圈(2)和高压线圈，其特征在于，
所述的低压线圈(2)为整体式线圈，它通过内层撑条(121)套装在铁芯(1)的铁芯柱上；
所述的高压线圈为高压箔线圈(3)，它由至少一个高压线圈模块(31)组成，各高压线圈模块(31)上下叠置并相互串联连接，相邻的高压线圈模块(31)之间直接压缝或通过绝缘件(231)轴向支撑；多个撑条沿轴向弹性均匀压紧支撑在低压线圈(2)和高压箔线圈(3)之间，将分开安装的低压线圈(2)和高压箔线圈(3)固定为一体；
所述的每个高压线圈模块(31)包括第一箔线圈单元(311)和第二箔线圈单元(312)，第一箔线圈单元(311)与第二箔线圈单元(312)具有相同的结构和形状，它们相互串联连接。
2.根据权利要求1所述的变压器模块化组合绝缘结构，其特征在于：所述的第一箔线圈单元(311)与第二箔线圈单元(312)为多层锥形筒式，所述的组成同一个高压线圈模块(31)的第一箔线圈单元(311)与第二箔线圈单元(312)的卷绕方向相反，且它们的轴向对称的锥口相互对准设置，所述的第一箔线圈单元(311)和第二箔线圈单元(312)中的每个多层锥形筒具有从内向外逐层向外露出的层缘。
3.根据权利要求2所述的变压器模块化组合绝缘结构，其特征在于：所述的每个多层锥形筒上外露的各层的层缘的长度相同。
4.根据权利要求1所述的变压器模块化组合绝缘结构，其特征在于：所述的组成同一个高压线圈模块(31)的第一箔线圈单元(311)的内端头(311a)与第二箔线圈单元(312)的内端头(312a)连接；而在相邻的两个高压线圈模块(31)之间，其中一个高压线圈模块(31)的第一箔线圈单元(311)与相邻的高压线圈模块(31)的第二箔线圈单元(312)相邻设置并卷绕方向相反，并且第一箔线圈单元(311)的外端头(311b)与相邻的第二箔线圈单元(312)的外端头(312b)连接。
5.根据权利要求4所述的变压器模块化组合绝缘结构，其特征在于：所述的各内-内端头(311a、312a)、外-外端头(311b、312b)的头上两圈连接在一起形成等电位。
6.根据权利要求4所述的变压器模块化组合绝缘结构，其特征在于：所述的第一箔线圈单元(311)的内端头(311a)与第二箔线圈单元(312)的内端头(312a)的连接是直接连接，所述的第一箔线圈单元(311)的外端头(311b)与相邻的第二箔线圈单元(312)的外端头(312b)的连接是直接连接，并且所述直接连接的两个端头中一个端头的接头片采用倾斜45°对折再倾斜45°对折的连续两次反转折叠方式，与对接的另一个端头的接头处于同一个平面上。
7.根据权利要求4所述的变压器模块化组合绝缘结构，其特征在于：所述的第一箔线圈单元(311)的内端头(311a)与第二箔线圈单元(312)的内端头(312a)的连接是采用连接件(313)连接，所述的第一箔线圈单元(311)的外端头(311b)与相邻的第二箔线圈单元(312)的外端头(312b)的连接是采用连接件(313)连接，所述连接件(313)包括第一连接面(313a)、第二连接面(313b)和将第一连接面(313a)、第二连接面(313b)连接在一起的传导面(313c)，其中第一连接面(313a)的宽度h1与第二连接面(313b)的宽度h2相同，并且第一连接面(313a)与第二连接面(313b)的宽度(h1，h2)等于第一箔线圈单元(311)或第二箔线圈单元(312)的宽度h；第一连接面(313a)与第二连接面(313b)倾斜设置，传导面(313c)具有与要连接的箔线圈元件的内或外表面形状相吻合的外形。
8.根据权利要求7所述的变压器模块化组合绝缘结构，其特征在于：所述的传导面(313c)为菱形或双扇形或双反转折叠成平面形中的一种。
9.根据权利要求1所述的变压器模块化组合绝缘结构，其特征在于：所述的高压箔线圈(3)的整体外形为圆筒形，隔离件(232)填入在构成各高压箔线圈模块(31)的第一箔线圈单元(311)和第二箔线圈单元(312)之间的侧面所形成的空隙内，该隔离件(232)是空心的，且具有与上述空隙的外轮廓形状相适配且便于安装到位的外轮廓形状。
10.根据权利要求1所述的变压器模块化组合绝缘结构，其特征在于：所述的在低压线圈(2)和高压箔线圈(3)之间的撑条间隔开均匀分布在高、低压线圈之间所形成的环形圆周空间内，采用带有纤维的环氧树脂挤压成型。
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