CN203950671U - 一种干式空心串联电抗器安全运行防护结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种干式空心串联电抗器安全运行防护结构，一种干式空心串联电抗器安全运行的防护结构，线圈内外包封线的并联层数不超过4层，中间包封线的并联层数不超过3层，同时线圈内包封内侧及外包封外侧设置假包封；每一层绕组之间、绕组和包封内侧、绕组和包封外侧之间均用环氧玻璃丝纤维纱填充。每一层绕组、包封内侧、包封外侧和环氧玻璃丝纤维纱都涂刷环氧树脂胶。线圈表面喷涂室温硫化硅橡胶RTV。本实用新型的方法可以确保线圈具有优秀的密封整体性、耐热胀冷缩性、绝缘性，确保电气性能优异。

Description

一种干式空心串联电抗器安全运行防护结构

技术领域

本实用新型属于电力设备领域，涉及一种防止电抗器事故的新的防护结构，尤其是一种干式空心串联电抗器安全运行防护结构。 

背景技术

改革开放以来，我国电网建设加快，规模扩大，变电站建设也日益增多。随着科技的发展和社会的进步，人们保护自然的意识越来越强，无油的干式电抗器逐渐成为电抗器产品的主流，广泛应用于输变电领域。干式空心电抗器具有损耗小、噪音低、维护简单、不存在磁饱和现象，电抗值线性度好、设计寿命长等优点，在电网中应用已越来越广泛。目前65％-75％的35kV及以下电容器组用串联电抗器均采用干式空心结构。而在电容器装置中，电抗器与电容器一样是对过电压、过电流十分敏感的器件，或因使用不当、或因自然老化、或因运行条件恶劣、或因运行管理不过硬，加之近年来恶性竞争造成的产品质量参差不齐等原因，干式空心电抗器故障频发，损坏甚至烧毁事故屡见不鲜，给电网安全运行造成一定影响。由于变电站无人化以及事故的不可预期性，从电抗器自身来预防电抗器事故成为一个亟待解决的课题。 

发明内容

本实用新型的目的在于克服现有电抗器在设计、绝缘、工艺上的一些不足的地方，提出一种干式空心串联电抗器安全运行防护结构，该防护结构可以确保线圈具有优秀的密封整体性、耐热胀冷缩性、绝缘性，确保电气性能优异。 

本实用新型的目的是通过以下技术方案来解决的： 

一种干式空心串联电抗器安全运行的防护结构，线圈内外包封线的并联层数不超过4层，中间包封线的并联层数不超过3层，同时线圈内包封内侧及外包封外侧设置假包封；每一层绕组之间、绕组和包封内侧、绕组和包封外侧之间均用环氧玻璃丝纤维纱填充。 

每一层绕组、包封内侧、包封外侧和环氧玻璃丝纤维纱都涂刷环氧树脂胶。 

线圈表面喷涂室温硫化硅橡胶RTV。 

所述绕组匝间的绝缘材料由2层0.028mm的聚酯薄膜半叠包、1层0.028mm的亚胺薄膜半叠包、1层0.05mm的无纺布半叠包和浸刷环氧树脂构成。 

所述每一层绕组与玻璃纤维纱之间、包封内侧与玻璃纤维纱之间、包封外侧与玻璃纤维纱之间用玻璃纤维布进行包绕。 

本实用新型与现有技术相比，其有益效果是： 

1、最大电流密度不超过1.05A/mm²，减少了集肤效应，降低由谐波电流迭加而造成的电抗器本体温升过高。 

2、设计温升为60K，克服平均温升不高，但出现异热点造成绝缘老化损伤的现象出现。 

3、内外包封的层数为4层，中间包封层数为3层，内外包封所受到相邻包封的热辐射小，同时散热条件好、确保导热率符合设计要求。 

4、在线圈内包封内侧及外包封外侧设置假包封，可以有效的使包封规避日晒雨淋，解决线圈内外表面龟裂及沿面爬电问题。 

5、每一层绕组之间以及绕组和包封内侧、外侧之间均用环氧玻璃丝纤维纱填充，并涂刷环氧树脂胶，在浸胶玻璃纤维纱被环氧树脂渗透并吸附一定的环氧树脂后，将和绕组形成无缝的整体，类同浇注结构，避免为潮气和雨 水留出驻留空间，同时无间隙也大大减少了局放对绝缘的老化作用。 

6、在绕组匝间的绝缘材料采用(2层0.028mm的聚酯薄膜半叠包)+(1层0.028mm的亚胺薄膜半叠包)+(1层0.05mm的无纺布半叠包)+浸刷环氧树脂作为导线主绝缘，优化后绝缘组合的耐压水平较优化前提高了70％，保证匝间耐压水平，且亚胺薄膜不会出现水解现象，同时无纺布浸胶经热烘可以加强线圈的整个机械应力水平。 

7、线圈倒置绕线，可以对线圈顶端容易淋雨的缝隙起到封补。 

8、每一层绕组的起始和收尾的五至十匝线采用稀绕工艺，利用浸胶玻璃纤维纱填充匝与匝的缝隙，作为匝间绝缘的加强，对绝缘老化甚至匝间击穿起到了有效的防护作用。 

9、采用花绕绕纱工艺，确保了凝固后的玻璃钢整体的受力强度，避免龟裂。 

10、线圈表面喷涂RTV胶，能耐水，耐臭氧，耐气候老化，作为覆层，可以防止雨水渗入。 

附图说明

图1为旧电抗器的结构示意图； 

图2为本实用新型的干式空心串联电抗器结构示意图； 

图中：1.4层线结构包封，2.内包封和外包封，3.中间包封，4.内外假包封，5.环氧玻璃丝纤维纱，6.环氧树脂胶，7.3层聚酯薄膜半叠包，8.绕组匝间的绝缘材料。 

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型做进一步详细描述： 

参见图1、2，一种干式空心串联电抗器安全运行防护结构，设计线圈时， 对电流密度的选择进行裕量放大；放大温升的裕度，留取足够的温升裕量；内外包封线的并联层数不超过4层，中间包封线的并联层数不超过3层，同时在线圈内包封内侧及外包封外侧设置假包封；环氧树脂采用F级，层与玻璃纤维纱之间、层与层之间用玻璃纤维布进行包绕，浸胶烘干，在绕组匝间的绝缘材料采用(2层0.028mm的聚酯薄膜半叠包)+(1层0.028mm的亚胺薄膜半叠包)+(1层0.05mm的无纺布半叠包)+浸刷环氧树脂作为导线主绝缘；每一层绕组之间以及绕组和包封内侧、外侧之间均用环氧玻璃丝纤维纱填充，并涂刷环氧树脂胶；线圈绕制时，线圈倒置进行绕制，每一层绕组的起始和收尾的五至十匝线采用稀绕工艺，绕组表面纱层绕制采用花绕绕纱工艺，在线圈表面喷涂室温硫化硅橡胶RTV。 

上述方案中，线圈每层线的最大电流密度不超过1.05A/mm²。 

上述方案中，设计温升的裕度最高温升为60K。 

一、设计论证： 

1、电流密度的论证及确定 

设计人员在进行线圈设计时，对电流密度的选择进行裕量放大，即每层线的最大电流密度不超过1.05A/mm²，和之前最大电流密度相比，下降了20％。 

电流密度仅为参考值，主要考核指标是电抗器的损耗要达标。尽管经验系数告诉我们铝线的最大电流密度应该取1.5-1.6A/mm²之间。但是我们知道电荷在导体中的运动存在集肤效应。所谓集肤效应，是指对于导体中的交流电流，靠近导体表面处的电流密度大于导体内部电流密度的现象。因为该现象的存在，所以电流密度应该再向下去，以留有相应的裕度。一般的电流密度选取最大不超过1.3A/mm²，考虑到谐波电流迭加之后的最大电流值可能造成的电抗器本体温升较高，所以在电流密度的选取上，再适当的放大裕量杜绝此方面原因造成的隐患。 

2、设计温升的论证及确定 

设计温升留取足够的裕量，相较之前的设计温升，裕度再放大10K，以 克服平均温升不高，但出现异热点造成绝缘老化损伤的现象出现。最高设计温升为60K，线层不超过4层 

3、热辐射与导热率确定包封并联层数 

内外包封的并联层数不超过4层，中间包封线并联层数不超过3层。由于内外包封所受到相邻包封的热辐射小，同时散热条件好，为确保导热率符合设计要求，规定设计时内外包封的线层数不得大于4层，中间包封并联层数不得超过3层。 

4、内外采用假包封。 

内外侧包封无绕组，故称假包封。假包封装与线圈内包封内侧及外包封外侧，可以避免雨水、日晒对线圈内外表面的腐蚀，同时也可以缓解热胀冷缩对线圈整体机械结构造成破坏，避免线圈表面出现龟裂现象。 

二、绝缘结构选取： 

1、采用F级绝缘树脂替换原有的B级绝缘树脂。F级环氧树脂较B级环氧树脂具有更好的耐热性能。可以弥补热点温升较平均温升所高出的温升误差。保证电抗器安全运行。 

下表为B级和F级温升限值比较 

2、层与玻璃纤维纱之间、层与层间用玻璃纤维布进行包绕，浸胶烘干后形成密封的玻璃钢体，内部无间隙，犹如真空浇注体一般。潮气雨水无处存储，确保线圈密封性。同时无局部放电，保证绝缘材料的性能及寿命。 

3、导线绝缘材料选取，进行大量实验对比，选取最优方案。 

选取最优的绕组绝缘材料组合，确保导线绝缘具有高强度的耐压以及防老化性能。 

试验方法：对绝缘材料进行组合，包绕于导线表面。导线接高压，地线接于导线绝缘层表面后加压，对比各不同绝缘材料包绕下导线的击穿电压。 

通过对下列不同厚度的聚酯薄膜、无纺布、亚胺薄膜、聚丙膜以上三种材料进行耐压试验： 

a、半叠包3层0.02mm的聚酯薄膜； 

b、半叠包3层0.028mm的聚酯薄膜； 

c、半叠包2层0.028mm聚酯薄膜+1层0.028mm聚丙膜； 

d、半叠包2层0.028mm聚酯薄膜+1层0.028mm亚胺薄膜； 

e、2层聚酯薄膜+1层亚胺薄膜+无纺布； 

f、2层聚酯薄膜+1层亚胺薄膜+无纺布+浸胶； 

通过对以上几种情况进行耐压试验，结果见下表： 

对于材料的厚度选取，厚度增加，绝缘性能随之增加，但散热性随之减弱。 

从以上试验结果可以看出，0.02mm、3层半叠包的聚酯薄膜在10.5kV左右时无法承受击穿。0.028mm、3层半叠包的聚酯薄膜在12.3kV左右时无法承受击穿。厚度0.028mm、2层半叠包的聚酯薄膜和0.028mm、1层半叠包的聚丙膜耐受12.8kV击穿。厚度0.028mm、2层半叠包的聚酯薄膜和0.028mm、1层半叠包的亚胺薄膜复包的情况，耐电压情况要比前者好得多，达到13.6kV击穿。亚胺薄膜是一种具有良好的耐热和耐寒、抗辐射性、耐水性、耐酸性的绝缘材料。 

为了保证线圈的高强机械性匝间绝缘强度，我们再给其外再半叠包一层无纺布，在无纺布没有浸胶烘干时，此时耐压情况和前者相同。可见无纺布本身并不具绝缘性能。 

在无纺布表面进行刷胶处理进行烘干，此时的耐压水平又有大幅度的提高。由于无纺布可以吸附环氧树脂，在其烘干后，相当在导线外形成一层环氧树脂绝缘壳，其绝缘性能大大增强，耐压性能比起以上几种情况，也有显著的提高，电抗器的抗短路能力也获得了巨大提高。 

故在绕组匝间绝缘材料的选取方面，采用(2层0.028mm的聚酯薄膜半叠包)+(1层0.028mm的亚胺薄膜半叠包)+(1层0.05mm的无纺布半叠包)+浸刷环氧树脂作为导线主绝缘。 

参数如下： 

聚酯薄膜厚度0.028mm，亚胺薄膜厚度0.028mm，无纺布厚度为0.05mm，单边绝缘厚度0.23mm。相邻两匝之间的绝缘厚度达到0.46mm，匝间耐压可到25kV以上。 

三、工艺处理及生产控制 

1、线圈绕制时，线圈倒置进行绕制。倒置绕制的优点是根据重力原理，玻璃纤维丝上的环氧树脂在热烘时会向下流，从而封住包封的上端面，避免上端面存在缝隙导致雨水极易渗入的现象。 

2、绕线时采用端部稀绕工艺。 

每一层绕组的起始和收尾的五至十匝线采用稀绕工艺，利用浸胶玻璃纤维纱填充匝与匝的缝隙，作为匝间绝缘的加强。对绝缘老化甚至匝间击穿气道了有效的防护作用，有效克服了电抗器端部在投切时遇到的全电压冲击作用。 

3、出线头和绑纱头下采用双重密封工艺，两次密封确保了电抗器线圈端部无缝隙，避免雨水和潮气进入线圈内部。 

绕制时，绑纱处和出线处用胶泥进行第一次填补密封。线圈修整时用常温环氧胶泥进行二次填补密封。 

4、线圈表面喷涂RTV，RTV又称室温硫化硅橡胶，它具有良好的耐热性、憎水性、电绝缘性，同时由于活性端基的引入，使其具有优异的物理机械性能，尤其是在抗张强度、相对伸长和撕裂强度上有了明显的提高。电抗器本体表面喷涂RTV胶，可以有效的避免沿面闪络和树枝状放电，降低绝缘材料的老化速度。 

四、新结构应用的热胀冷缩试验 

试验方法： 

采用新结构、新工艺生产试验电抗器一相，采用常规材料及工艺生产同型号的试验电抗器一相，进行对比试验。 

测试及试验设备见下表： 

设备名称	型号	数量
			试验变压器	YD-10/100	1
感应调压器	TSJAY-100	1
			交直流电压表	T75	1
HF-8001变压器参数测试仪1	HF-8001	1
			电压互感器	JDZ10-3	1
电流互感器	HL48-11	1
			冲击电压发生器	CJDY-600	1
微机自动测温仪	KHM-16A	1
			智能烘箱	JB/75520-91	1
红外测温仪	Fuluk	1

对比试验：两台电抗器生产完成后，做特殊标记以区别，分别对两台电抗器作出厂试验，并做雷电冲击试验，记录波形。 

雷电冲击的目的是验证电抗器合闸瞬间，电抗器包封内是否会出现爬电，匝间绝缘是否可靠。电抗器在运行时的匝间电压降很低，仅有区区几伏十几伏，电击穿的可能性很小。 

在干燥状态下，给两个样品分别施加负极性的标准雷电冲击波(1.2/50μs)三次，作为测试匝间的雷电冲击波形，A端子和X端子分别做。 

施加电压：75kV 

试验方法：一次降低电压的负极性全波冲击 

三次额定电压的负极性全波冲击 

通过试验冲击波形，波形符合GB1094.3第12条的规定。 

模拟淋雨后再次做雷电冲击试验，并记录波形。 

将电抗器吊至烘箱内，关闭烘箱门进行升温，温度升高至100℃保持2 小时后关闭烘箱，待其降至室温。 

吊出烘箱淋雨后，再次吊入烘箱，关闭烘箱门升温，温度升高至100℃保持2小时后关闭烘箱，待其降至室温。 

重复上述冷热试验8次，再对两相电抗器进行出厂试验，并做雷电冲击试验，观察波形。 

通过试验冲击波形，样机A和样机B在经过淋雨及热冷试验后的波形仍旧符合GB1094.3第12条的规定。 

尽管热胀冷缩试验没有得到显著的对比效果，但经过查阅相关资料我们知道，亚胺薄膜是在高温下不易水解的绝缘材料，而聚酯膜在高温作用下较易产生水解，长时间运行后绝缘劣化严重，导致导线匝间绝缘降低，故我们采用上述优化方案进行生产。严把设计、原材料、生产、检验等各个环节。 

以上内容是结合具体的优选实施方式对本实用新型所作的进一步详细说明，不能认定本实用新型的具体实施方式仅限于此，对于本实用新型所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干简单的推演或替换，都应当视为属于本实用新型由所提交的权利要求书确定专利保护范围。 

Claims (5)

1.一种干式空心串联电抗器安全运行的防护结构，其特征在于：线圈内外包封线的并联层数不超过4层，中间包封线的并联层数不超过3层，同时线圈内包封内侧及外包封外侧设置假包封；每一层绕组之间、绕组和包封内侧、绕组和包封外侧之间均用环氧玻璃丝纤维纱填充。 

2.如权利要求1所述干式空心串联电抗器安全运行的防护结构，其特征在于：每一层绕组、包封内侧、包封外侧和环氧玻璃丝纤维纱都涂刷环氧树脂胶。 

3.如权利要求1所述干式空心串联电抗器安全运行的防护结构，其特征在于：线圈表面喷涂室温硫化硅橡胶RTV。 

4.如权利要求1所述干式空心串联电抗器安全运行的防护结构，其特征在于：所述绕组匝间的绝缘材料由2层0.028mm的聚酯薄膜半叠包、1层0.028mm的亚胺薄膜半叠包、1层0.05mm的无纺布半叠包和浸刷环氧树脂构成。 

5.如权利要求1所述干式空心串联电抗器安全运行的防护结构，其特征在于：所述每一层绕组与玻璃纤维纱之间、包封内侧与玻璃纤维纱之间、包封外侧与玻璃纤维纱之间用玻璃纤维布进行包绕。