变压器/电抗器及其制造方法技术

本发明专利技术涉及一种包括至少一个绕组的高压变压器／电抗器。其特征在于，该绕组利用绝缘的导电体（６０）形成，该绝缘的导电体（６０）包括至少一个载流导体（６１），还包括设置成围绕该载流导体的具有半导体性能的第一层（６２）；一个实心的绝缘层（６３），被设置成围绕该第一层；和一个具有半导体性能的第二层（６４）被设置成围绕该绝缘层；而且该绕组至少有一部分埋置在一种浇注材料中。此外本发明专利技术涉及一种制造该变压器／电抗器的方法和一种预制的绕组组件。（*该技术在2018年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种如权利要求1的前序中所述的包括至少一个绕组的变压器／电抗器。本专利技术也涉及一种如权利要求57的前序中所述的制造变压器／电抗器和如权利要求67中所述制造预制绕组组件的方法。变压器用于电能的所有输电和配电作业中，其任务是允许两个或多个电系统之间进行电能交换。变压器可用于从几W到1000MW的所有功率范围。标称功率变压器通常涉及的额定输出功率范围为几百KW到大于1000MW，而额定电压范围为3-4KV到极高的输电电压。常规的功率变压器包括一个用取向叠层片(通常为硅钢片)制成的变压器芯(下面简称为“芯”)。该芯包括多个用轭连接的芯脚。芯脚周围有多个绕组，它们通常称为第一、第二和调节绕组。只要涉及功率变压器，这些绕组实际上总是沿芯脚长度同心式地配置和分布的。上述功率范围低端的常规功率变压器有时做成具有空气冷却，以便除去不可避免的热损失。但大多数常规功率变压器为油冷，通常利用所谓强制油冷。这特别应用于高功率变压器。油冷变压器存在多个公知的缺点。除此之外还有不利于运输的庞大、笨重的问题。还要考虑安全和周边设备，特别是需要油冷却变压器的外部油箱。至于电抗器，它们并非预定用于绕组之间的能量传输，而是用于产生感抗。此外，上面有关变压器的叙述整体上也与电抗器有关。特别值得提到的是，大型电抗器也是油冷的。众所周知，在一台干燥的无油的变压器或电抗器中，常规型的绕组通过浇注埋置在有机树脂或塑料绝缘体(通常为环氧树脂)中。这类变压器的缺点是它们具有有限的额定电压和功率范围。最大额定输出功率和电压通常分别为25MVA和36KV左右。这主要由于通过密实绝缘体的热通量因其热导率低而受到限制，这导致热量的限制，还部分由于电学限制，因为与例如变压器油以及压低和压制板屏蔽物中绝缘的导体组合相比较，实心浇注树脂对高压产生更不良的绝缘。它还有其它缺点，如该材料易燃，因此必须处理。如美国专利文件1，481，585中所公开的，已知通过浇注在混凝土中来埋置绕组。该专利中的绕组用所谓高压电缆设计，其中芯是用浸渍纸或涂漆纺织材料绝缘的，而且该电缆是铅包皮的。根据在1919年批准的该专利的电缆具有上述类型的绝缘和相当坚硬的金属屏蔽，它实际上不能满足曲率半径和变压器绕组所需挠曲力的要求。损伤而后产生绝缘击穿的风险很大。热变化(热膨胀)和其它机械力可能在绝缘体中容易地产生空穴，或者是立即产生，或者在气体体积中部分放电效应之后。此外，此时的标称高压近似涉及几十KV的电压和几MVA的额定输出功率，因此，上述电缆不适用于该绝缘体涉及的高压中的电压和功率水平。本专利技术的目的是获得一种变压器或电抗器，它们没有上述传统结构的功率变压器／电抗器的某些缺点，同时获得一种制造该变压器／电抗器的方法。该变压器／电抗器应当用于高压，首先其电压要超过10KV。本专利技术的变压器／电抗器的典型操作范围可以是36-800KV，最好为72．5-800KV，还可以更高。上述目的是利用权利要求1的前序中描述的变压器／电抗器和利用权利要求57中的方法来达到的，该变压器／电抗器具有主权利要求特征部分中描述的有利特点。在本专利技术的功率变压器／电抗器中，绕组类型最好是对应于目前功率分配用的具有实心突出绝缘体的电缆，例如所谓XLPE电缆或具有EPR绝缘的电缆。这样一种电缆包括一个由一或多股成分组成的内部导体，该导体周围为内半导体层，该导体层周围为实心绝缘层，该绝缘层周围为外半导体层。此种电缆是挠性的，这在本文中是一个重要性能，因为本专利技术装置的技术主要以绕组系统为基础，其中的绕组是用多圈在装配期间可以弯曲的电缆形成的。XLPE电缆的挠性通常为直径30mm的电缆对应于约20cm的曲率半径，而直径80mm的电缆对应于约65cm的曲率半径。在本申请书中，术语“挠性”用于表示绕组的挠性小到曲率半径约为电缆直径的四倍，最好为电缆直径的8到12倍。本专利技术的绕组做成即使当其弯曲时和在作业期间受到热应力或机械应力时也能保持其性能。本文中极其重要的是，电缆的各层互相保持附接。各层的材料性能在这里是决定性的，特别是其弹性和相对热膨胀系数。例如，在XLPE电缆中，绝缘层用交联的低密度聚乙烯制成，而各半导体层用具有混合于其中的烟炱和金属微粒的聚乙烯制成。由于温度波动而产生的体积变化像电缆半径变化一样被完全吸收，由于与各层材料的弹性有关而产生的各层热膨胀系数之间的比较微小的差别，可能产生径向膨胀而不会损失各层之间的附接。上述材料组合应当只看作是例子。满足所述条件特别是半导体条件的其它组合自然也落入本专利技术的范围，这些半导体条件的电阻率落入10-1-106Ωcm如1-500Ωcm或10-200Ωcm的范围。绝缘层可以例如由实心热塑性材料、交联材料或橡胶制成，其中热塑性材料如低密度聚乙烯(LDPE)、高密度聚乙烯(HDPE)、聚丙烯(PP)、聚丁烯(PB)、聚甲基戊烯(“TPX”)，交联材料如交联聚乙烯(XLPE)，橡胶如乙烯聚丙烯橡胶(EPR)或硅橡胶。向外半导体层可以是同一基底材料，但具有导电材料，如混合于其中的烟炱或金属粉末。这些材料的机械性能，特别是其热膨胀系数，很少受其中是否混合烟炱或金属粉末的影响，至少在获得本专利技术所需导电性所要求的比例方面。因此绝缘层和半导体层具有基本上相同的热膨胀系数。乙烯-乙酸乙烯酯共聚物／腈橡胶(EVA／NBR)、丁基接枝聚乙烯、乙烯-丙烯酸丁酯共聚物(EBA)和乙烯-丙烯酸乙酯共聚物(EEA)也可以构成合适的半导体层聚合物。即使当各层中使用不同类型的材料作为基底时，也希望它们的热膨胀系数基本相同。这是具有上述组合材料的情况。上述材料具有相当好的弹性，其E模量为E＜500MPa，最好＜200MPa。该弹性足以使各层材料的热膨胀系数之间的任何较小差异足以沿弹性的径向被吸收，因而不会出现裂缝或其它损伤，从而各层不会互相分离。各层的材料是弹性的，各层之间的附接程度至少为材料最弱附接程度的同一数量级。两个半导体层的电导率足以基本上平衡沿每层的电位。外半导体层的电导率足够高到封闭电缆内的电场，但又足够低到不会由于沿该层的纵向感应的电流而产生显著的损失。因此，两个半导体层中的每一个基本上构成一个等电位表面，这些层将基本上封闭它们之间的电场。当然，没有什么会妨碍一个或多个附加的半导体层设置在该绝缘层中。因此，一种高压用的变压器／电抗器包括至少一个绕组，该绕组设计成有一个绝缘的导电体，该绝缘的导电体包括至少一个载带电流的导体，还包括一个具有半导体性能的第一层，该第一层设置成围绕该载带电流的导体，一个实心绝缘层设置成围绕该第一层，一个具有半导体性能的第二层设置成围绕该绝缘层，而且绕组的至少一部分被浇注在一种浇注材料中。通过给变压器／电抗器提供一种如权利要求1所述的绕组，最重要的优点就达到了，也就是将产生的整个电场基本上限制在至少一圈绕组的实心绝缘层内。这导致，绕组外部的电场接近于零，因此在绕组外部不需要控制电场。这意味着在绕组外部不能得到电场的集中，而选择浇注材料时不需要考虑电场。同时，可以将增强元件和冷却导管埋置在浇注材料中而不必考虑电场。根据一个特别有利的实施例，该浇注材料基本上是一种无机材料。通过将绕组的至少一部分浇注在一种基本上无机的材料中，可以获得许多优点，例如高的热导率和比热容、高本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种包括至少一个绕组的高压变压器／电抗器，其特征在于，该绕组利用绝缘的导电体（６０）形成，该绝缘的导电体（６０）包括至少一个载流导体（６１），还包括设置成围绕该载流导体的具有半导体性能的第一层（６２）；一个实心的绝缘层（６３），设置成围绕在该第一层；和一个具有半导体性能的第二层（６４），设置成围绕该绝缘层；此外该绕组至少有一部分埋置在一种浇注材料中。

【技术特征摘要】
SE 1997-11-27 9704378-01．一种包括至少一个绕组的高压变压器／电抗器，其特征在于，该绕组利用绝缘的导电体(60)形成，该绝缘的导电体(60)包括至少一个载流导体(61)，还包括设置成围绕该载流导体的具有半导体性能的第一层(62)；一个实心的绝缘层(63)，设置成围绕在该第一层；和一个具有半导体性能的第二层(64)，设置成围绕该绝缘层；此外该绕组至少有一部分埋置在一种浇注材料中。2．如权利要求1所述的变压器／电抗器，其特征在于，该浇注材料基本上为无机材料。3．如上述权利要求中任何一项所述的变压器／电抗器，其特征在于，绕组内产生的电场被包含在至少一绕组匝的绕组内。4．如上述权利要求中任何一项所述的变压器／电抗器，其特征在于，该绝缘的导体由一根电缆最好是高压电缆组成。5．如上述权利要求中任何一项所述的变压器／电抗器，其特征在于，将该绝缘的导电体制造成具有导电体面积在80至3000mm2之间和具有电缆外径在20至250mm之间。6．如上述权利要求中任何一项所述的变压器／电抗器，其特征在于，将第二层(64)设置成使其形成一个围绕载流导体(61)的基本上等电位的表面。7．如上述权利要求中任何一项所述的变压器／电抗器，其特征在于，至少两个相邻的层具有基本上相等的热膨胀系数。8．如上述权利要求中任何一项所述的变压器／电抗器，其特征在于，该绝缘导体或电缆(60)是挠性的，而三层中的每一层沿基本上整个连接表面实心地连接到相邻的层上。9．如上述权利要求中任何一项所述的变压器／电抗器，其特征在于，将这些层设置成，当绝缘导体(60)或电缆弯曲时，这些层同样互相附接。10．如上述权利要求中任何一项所述的变压器／电抗器，其特征在于，这些浇注材料是非导电材料。11．如权利要求10所述的变压器／电抗器，其特征在于，该浇注材料的相对介电常数ε相当低，最好ε≤10。12．如权利要求10所述的变压器／电抗器，其特征在于，该浇注材料的相对介电常数ε相当高，最好ε＞10。13．如权利要求11-12中任何一项所述的变压器／电抗器，其特征在于，第二半导体层在每个绕组(221，222)的两端(261，262；281，282)或其邻近处接地，还有，两端(261，262；281，282)之间的一个点直接接地。14．如权利要求1-9中任何一项所述的变压器／电抗器，其特征在于，该浇注材料是导电的。15．如权利要求14所述的变压器／电抗器，其特征在于，该导电浇注材料的比电阻率ρ处于1至100000Ωm的范围内。16．如权利要求14所述的变压器／电抗器，其特征在于，该导电浇注材料的比电阻率ρ处于10至10000Ωm的范围内。17．如上述权利要求中任何一项所述的变压器／电抗器，其特征在于，该浇注材料包括混凝土。18．如权利要求17所述的变压器／电抗器，其特征在于，该混凝土是超临界二氧化碳硬化混凝土。19．如上述权利要求中任何一项所述的变压器／电抗器，其特征在于，该浇注材料包含至少一种填充剂。20．如权利要求19所述的变压器／电抗器，其特征在于，该填充剂包括一种导电材料，浇注材料利用该导电材料变成导电的。21．如权利要求14-20中任何一项所述的变压器／电抗器，其特征在于，该浇注材料的相对介电常数ε相当低，最好ε≤10。22．如权利要求14-20中任何一项所述的变压器／电抗器，其特征在于，该浇注材料的相对介电常数ε相当高，最好ε＞10。23．如权利要求21-22中任何一项所述的变压器／电抗器，其特征在于，所述浇注材料(103)设有n个(n≥2)导电机构(1041-104n)，每个所述导电机构(1041-104n)直接接地，由此，在绕组的相应第二半导体层(64)和所述导电机构(1041-104n)之间形成导电。24．如权利要求13所述的变压器／电抗器，其特征在于，至少在至少一个绕组(221，22n)的一匝处n(n≥2)个点直接接地。25．如权利要求23-24中任何一项所述的变压器／电抗器，其特征在于，该n个直接接地点以这样一种方式接地，就是在n个接地点之间的电接线(341，342，……34n-1)将磁通量分成n部分，以限制由接地产生的损失。26．当从属于权利要求11或21时，如权利要求25所述的变压器／电抗器，其特征在于，第二半导体层(64)在每个绕组(221，222)的两端(261，262；281，282)之间的至少一个点处间接接地。27．如权利要求26所述的变压器／电抗器，其特征在于，该间接接地是利用连接在第二半导体层(64)和地面之间的电容器来实现的。28．如权利要求26所述的变压器／电抗器，其特征在于，该间接接地是利用一个连接在第二半导体层(64)和地面之间的具有非线性的电压一电流特性的曲线的元件(34)来实现的。29．如权利要求26所述的变压器／电抗器，其特征在于，该间接接地是利用一个连接在第二半导体层(64)和地面之间的电路(38，40)来实现的，该电路有一个与电容器(40)并联而具有非线性电压-电流特性的元件(38)。30．如权利要求26所述的变压器／电抗器，其特征在于，该间接接地是利用按权利要求27-29所述的各替代方案的组合来实现的。31．如权利要求28-30中任何一项所述的变压器／电抗器，其特征在于，所述具有非线性电压-电流特性曲线的元件的形式可以是火花隙(34，38，52)、热阴极充气二极管、齐纳二极管(56)或可变电阻。32．如权利要求17-31中任何一项所述的变压器／...

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