电力变压器/电抗器制造技术

本发明专利技术涉及一种包括至少一个绕组（２２↓［１］，２２↓［２］）的电力变压器／电抗器（１００），所述绕组包括至少一个电导体，围绕所述电导体的第一半导体层（１４），围绕第一半导体层（１４）设置的绝缘层（１６），和围绕绝缘层（１６）设置的第二半导体层（１８），并且，绕组（２２↓［１］，２２↓［２］）被封闭在充有液体的箱体（１０２；１２２）内，所述液体用于冷却。（*该技术在2018年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
按照第一方面，本专利技术涉及一种电力变压器／电抗器。在电能的传输和分配期间，离不开变压器，其任务是在两个或多个电力系统之间进行电能的变换，所述的电力系统一般具有不同的电压等级。具有工作范围从几伏安到1000MVA的变压器。关于电压范围，可以高达目前使用的最高的传输电压。为了在电力系统之间传输电能，使用了电磁感应。在传输电能时，也使用电抗器作为重要部件，例如用于相位补偿和滤波。作为本专利技术的对象的变压器／电抗器属于所谓的电力变压器／电抗器，其额定容量从100KVA到1000MVA以上，额定电压从3-4kV到甚高传输电压。一般地说，电力变压器的主要任务是在两个或多个电力系统之间进行电能的交换，所述电力系统大部分具有相同频率的不同的电压。常规的电力变压器／电抗器包括一变压器铁心，下文称作铁心，最好由定向的层叠钢片制成，所述钢片一般由硅铁制成。铁心包括由磁轭相连的几个铁心柱。围绕铁心柱设置有几个绕组，一般被称为一次绕组、二次绕组和控制绕组。关于电力变压器，这些绕组实际上总是同心设置的，并沿着铁心柱的长度分布。有时可以使用其它类型的铁心结构，例如被包括在所谓的壳式变压器中的或者被包括在环形铁心变压器中的铁心结构。这些铁心结构的例子例如在DE 40414中描述了。铁心可以由常规的可磁化材料制成，例如上述的定向钢片，或者由其它可磁化的材料制成，例如铁氧体、无定形材料、金属丝或金属带。当用于电抗器时，如同熟知的，可以不包括所述可磁化铁心。上述的绕组由一个或几个串联线圈构成，并包括串联连接的许多匝。每个线圈的各匝一般被连接成一个几何上连续的单元，在物理上和其余线圈分开。一方面，在线圈／绕组内的绝缘系统，在另一方面，在线圈／绕组和其它金属零件之间的绝缘系统，一般由固体纤维素或在各个导电元件外部的并最靠近其的固态纤维素或基于漆的绝缘材料构成，它们作为固态纤维素绝缘和液态的绝缘可能还有气态的绝缘。用这种方式，具有绝缘的绕组以及可能具有的支柱部件是大的处于高的电场强度下的体积，所述高的电场强度存在于变压器的有源电磁部件内或者有源电磁部件周围。为了能够预先确定出现的介电负荷并获得具有最小的电击穿危险的尺寸，需要具有关于绝缘材料的性能的渊博知识。创造一种不改变或者不影响绝缘性能的周围环境也是重要的。目前对于高压的常规电力变压器／电抗器的最普通的外部绝缘系统包括一构成固态绝缘的纤维素材料和构成液态绝缘的变压器油。变压器油基于所谓的矿物油。除去相当复杂的结构之外，常规的绝缘系统还需要专门的制造方法，以便取得绝缘系统的好的绝缘性能。该系统应当具有低的湿气含量，在绝缘系统中的固体应当很好地被周围液体浸渍，并且在所述固体中含有气穴的危险必须最小。因此，在制造期间，在把制成的具有绕组的铁心置于箱体内之前必须对制成的铁心进行专门的干燥处理。在置于箱体并被密封之后，在箱体被冲油之前通过专门的真空处理抽空箱体内的全部空气。这种处理构成总的制造时间的基本部分，同时，需要大量的工程资源。因为所述的处理需要完全抽出气体以便获得几乎绝对真空，所以包围变压器的壳体或箱体必须被设计成总体真空的结构，这带来材料和制造时间的额外消耗。此外，现场安装也要求反复的真空处理，每当变压器被打开进行某些测量或检查时，都必须重复这种处理。已经证明，通过生产用于开头所述的由高压绝缘的导体制成的电力变压器／电抗器的绕组，所述导体具有类似于用于电力传输的电缆的那种固态绝缘，就能够获得许多优点。用于本专利技术的绝缘导体或电缆是柔性的，其在WO 97／45919和WO97／45847中被详细说明了。这种绝缘导体或有关的电缆的附加说明可以参见WO 97／45918，WO 97／45930和WO 97／45931。因而，在按照本专利技术的结构中，绕组最好是相应于具有固态挤压绝缘的电缆，即目前用于配电的那种电缆的类型的，例如XLPE电缆或具有EPR绝缘的电缆。这种电缆包括由一股或几股导体构成的内部导体，包围所述导体的内半导体层，包围内部半导体层的固态绝缘层，以及包围所述绝缘层的外部半导体层。这种电缆是柔性的，在这种应用中，这是一个重要的性能，因为用于按照本专利技术的结构的技术主要基于绕组系统，其中绕组由在装配期间被弯曲的电缆构成。XLPE电缆的柔性一般相应于30mm直径的电缆具有大约20cm的曲率半径，以及80mm的电缆具有大约65cm的曲率半径。在本申请中，术语“柔性”用来表示绕组可以被弯曲得下至曲率半径的数量级是电缆直径的4倍，最好是电缆直径的8到12倍。绕组应当被这样构成，使得即使在其被弯曲以及在操作期间经受热应力和机械应力时仍然保持其性能。在这个意义上，重要的是，各层保持其相互之间的粘附。其中层的材料性能是决定性的，尤其是它们的弹性和相对热膨胀系数。例如在XLPE电缆中，绝缘层由交联的低密度聚乙烯构成，半导体层由其中混合有碳黑和金属颗粒的聚乙烯制成。由于温度波动而引起的体积变化完全被电缆半径的改变所吸收，因为相对于这些材料的弹性，层的热膨胀系数之间相当小的差别，可能发生半径的增大，但是不破坏层之间的粘附。上述的材料的组合应当认为只是例子而已。满足规定条件以及半导体条件，即电阻率范围为10-1-106Ω．cm，例如1-500Ω．cm或10-200Ω．cm，的其它组合自然也落在本专利技术的范围内。绝缘层可以例如由固态热塑材料制成，例如低密度聚乙烯(LDPE)，高密度聚乙烯(HDPE)，聚丙烯(PP)，聚丁烯(PB)，聚甲基戊烯(“TPX”)，交联材料例如交联聚乙烯(XLPE)，或橡胶例如乙丙橡胶(EPR)或硅橡胶。内外半导体层可以由相同的基本材料制成，但是其中混合有导电颗粒，例如碳黑或金属粉末。这些材料的机械性能，尤其是热膨胀系数，受其中是否混入碳黑或金属粉末的影响相当小，至少在为达到按照本专利技术所需的导电率时搀入必需的碳黑或金属粉末之比例情况下影响相当小。这样，绝缘层和半导体层就具有基本相同的热膨胀系数。乙烯乙酸乙烯酯共聚物／腈橡胶(EVA／NBR)，丁基嫁接的聚乙烯，乙烯丁基丙烯酸盐共聚物(EBA)和乙烯乙烷基丙烯酸盐共聚物(EEA)也可以作为构成半导体层的合适的聚合物。即使应用不同类型的材料作为各层的基底材料时，需要使其热膨胀系数基本相同。上述所列的材料的组合便能满足这种要求。上面所列材料具有相当好的弹性，具有E＜500MPa的弹性模量，最好＜200MPa。所述弹性对于沿弹性的径向吸收层中材料的热膨胀系数之任何微小的差别是足够的，因而不会发生断裂或任何其它的破坏，使得各层不会相互分离。在各层中的材料是有弹性的，并且各层之间的黏附力至少和最弱的材料中的黏附力的大小相同。两个半导体层的导电率足以基本上均衡沿着每层的电位。外半导体层的导电性足够高以严密地封闭电缆内部的电场，但是不会由于沿着层的纵向感应的电流而产生大的损耗。因而，两个半导体层的每一层基本上形成一个等位面，并且这些层基本上封闭它们之间的电场。当然，没有理由阻止在绝缘层内设置一个或几个附加的半导体层。在常规的油绝缘的变压器中，由铁心损耗和绕组产生的热量借助于油散发。因此，油必须通过绕组组件以合适的路径循环，并且然后被冷却。油可以通过绕组被强制循环，但是许多制造者使用自循环。在自冷的变压器中，油流入变压器箱体的底部，接着在通过绕组期间被本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种包括至少一个绕组（２２↓［１］，２２↓［２］）的电力变压器／电抗器（１００；１２０），其特征在于，所述绕组（２２↓［１］，２２↓［２］）包括至少一个电导体，一围绕所述电导体的第一半导体层（１４），一围绕第一半导体层（１４）设置的绝缘层（１６），和一围绕绝缘层（１６）设置的第二半导体层（１８），并且，绕组（２２↓［１］，２２↓［２］）被封闭在一充有液体的箱体（１０２；１２２）内，所述液体用于冷却。

【技术特征摘要】
SE 1997-11-27 9704379-81．一种包括至少一个绕组(221，222)的电力变压器／电抗器(100；120)，其特征在于，所述绕组(221，222)包括至少一个电导体，一围绕所述电导体的第一半导体层(14)，一围绕第一半导体层(14)设置的绝缘层(16)，和一围绕绝缘层(16)设置的第二半导体层(18)，并且，绕组(221，222)被封闭在一充有液体的箱体(102；122)内，所述液体用于冷却。2．如权利要求1所述的电力变压器／电抗器(100，120)，其特征在于，第一半导体层(14)的电位基本上和导体的电位相同。3．如权利要求1或2所述的电力变压器／电抗器(100，120)，其特征在于，设置第二半导体层(18)，用于基本上形成一个围绕导体的等位面。4．如权利要求1-3任何一个所述的电力变压器／电抗器(100，120)，其特征在于，所述电力变压器／电抗器之绕组的至少两个相邻的层具有基本上相等的热膨胀系数。5．如前面任何一个权利要求所述的电力变压器／电抗器(100，120)，其特征在于，所述导体包括许多线股(12)，至少一些线股互相电接触。6．如权利要求1-5任何一个所述的电力变压器／电抗器(100，120)，其特征在于，所述的3层之每一层基本上沿着整个接触表面直接和相邻的层相连。7．如权利要求1-6任何一个所述的电力变压器／电抗器(100，120)，其特征在于，绕组(221，222)由一电缆，最好是一高压电缆(10)制成。8．如权利要求7所述的电力变压器／电抗器(100，120)，其特征在于，高压电缆(10)被生产得具有在80-3000mm2之间的导电面积，并具有在20-250mm之间的电缆外经。9．如权利要求7或8所述的电力变压器／电抗器(100，120)，其特征在于，高压电缆(10)包括一金属屏蔽层或外壳。10．如权利要求1-9任何一个所述的电力变压器／电抗器(100，120)，其特征在于，被绝缘的导体或高压电缆(10)是柔性的。11．如权利要求10所述的电力变压器／电抗器(100，120)，其特征在于，所述层被设置得即使在被绝缘的导体或高压电缆(10)被弯曲时也相互粘结。12．如前面任何一个权利要求所述的电力变压器／电抗器(100，120)，其特征在于，所述液体是一不导电液体。13．如权利要求12所述的电力变压器／电抗器(100，120)，其特征在于，所述不导电的液体是绝缘油。14．如权利要求12或13所述的电力变压器／电抗器(100，120)，其特征在于，所述液体的相对介电常数e相当低，最好e小于或等于10。15．如权利要求12或13所述的电力变压器／电抗器(100，120)，其特征在于，所述液体的相对介电常数e相当高，最好e大于10。16．如权利要求14或15所述的电力变压器／电抗器(100，120)，其特征在于，第二半导体层(18)在每个绕组(221，222)的两端(261，262；281，282)或邻近接地，并且两端(261，262；281，282)之间的另一个点被直接接地。17．如权利要求1-11任何一个所述的电力变压器／电抗器(100，120)，其特征在于，所述液体是一低导电率液体。18．如权利要求17所述的电力变压器／电抗器(100，120)，其特征在于，低导电率液体具有在1和100000Wm之间的电阻率r。19．如权利要求18所述的电力变压器／电抗器(100，120)，其特征在于，所述低导电率液体具有在10和10000Wm之间的电阻率r。20．如权利要求17-19所述的电力变压器／电抗器(100，120)，其特征在于，低导电率液体由水构成。21．如权利要求20所述的电力变压器／电抗器(100，120)，其特征在于，所述的层由耐水系材料(water tree resistantmaterial)制成。22．如权利要求20所述的电力变压器／电抗器(100，120)，其特征在于，围绕第二半导体层(18)设置一不透水层。23．如权利要求17-19任何一个所述的电力变压器／电抗器(100，120)，其特征在于，低导电率液体由一有机极性液体构成。24．如权利要求23所述的电力变压器／电抗器(100，120)，其特征在于，有机极性液体由乙烯乙二醇，丙烯乙二醇，乙烯碳酸盐，或丙烯碳酸盐组成。25．如权利要求24所述的电力变压器／电抗器(100，120)，其特征在于，有机极性液体被添加一用于调节液体的导电能力的添加剂。26．如权利要求25所述的电力变压器／电抗器(100，120)，其特征在于，所述添加剂由四元铵盐组成。27．如权利要求17-19任何一个所述的电力变压器／电抗器(100，120)，其特征在于，所述液体的相对介电常数e相当低，最好e小于或等于10。28．如权利要求17-26任何一个所述的电力变压器／电抗器(100，120)，其特征在于，所述液体的相...

【专利技术属性】
技术研发人员：M莱永，A雅克斯特斯，T许特，刘荣生，U弗洛姆，C萨瑟，
申请(专利权)人：ABB股份有限公司，
类型：发明
国别省市：SE[瑞典]