电力变压器/电抗器制造技术

本发明专利技术涉及一种包含至少一个绕组的电力变压器／电抗器。各绕组是利用高压电缆（１０）设计构成的，该电缆包含一个电导体，围绕该导体配置第一半导体层（１４），围绕第一半导体层（１４）设置一个绝缘层（１６），围绕绝缘层配置第二半导体层（１８）。第二半导体层（１８）在每个绕组（２２＃－［１］，２２＃－［２］）的两端以及另外在每个绕组（２２＃－［１］，２２＃－［２］）中的每匝中的至少两点直接接地，以此，实现一个或几个点间接接地。（*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电力变压器/电抗器。在所有的输配电过程中使用变压器，用以在通常具有不同电压等级的两个或多个电力系统之间交换电力。可以得到功率从VA级到1000MVA级的变压器。电压范围已经升高至当今使用的最高输电电压。利用电磁感应在电力系统之间传输电能。在输电工程中例如在相位补偿和滤波中还有电抗器作为一种基本元件。本专利技术相关的变压器/电抗器属于所谓的电力变压器/电抗器，它们的额定输出从几百KVA到超过1000MVA，额定电压从3-4KV到十分高的输电电压。通常电力变压器的主要任务是能够在两个或者更多的具有不同电压但具有相同频率的电力系统之间交换电能。常规的电力变压器/电抗器例如在已由Fredrik Gustavson所著的著作“Elektriska Maskiner”(由The Royal Institute of Technology，Sweden，1996出版)(3-6)-(3-12)页中作了介绍。常规的电力变压器/电抗器包含一个变压器铁芯(下面简称为铁芯)，它是由通常为按一定取向层叠的硅钢片构成。该铁芯由一些利用磁轭连接起来的铁芯支臂组成。围绕铁芯支臂装有一些绕组，通常称之为初级绕组、次级绕组和调节绕组。在电力变压器中，这些绕组实际上总是按同心结构排列并且沿着铁芯支臂的长度分布。在例如所谓的壳式变压器或者在环形变压器中有时会遇到其它类型的铁芯结构。在DE 40414中讨论了一些关于铁芯变压器的实例。该铁芯可由常规的可磁化的材料如所述取向的矽钢片和其他可磁化的材料例如铁氧体、非晶材料、多股线材或者金属带构成。正如公知的，在电抗器中可磁化的铁芯不是必须的。上述绕组虽构成了一个或几个串联的线圈，而线圈却具有很多串联的匝数。单个线圈的匝数通常构成一个几何形状连续的整体，其在物理上与其余的线圈是分开的。通过US 5036165可以了解一种导体，其中其绝缘层设有半导电的热解的玻璃纤维构成的内层和外层。还公知利用这样一种绝缘层提供在电动机中使用的导体，如在US 5066881中介绍的，其中，半导电的热解的玻璃纤维层与形成为导体的两个平行的杆相接触，以及在定子槽中的绝缘层由一个半导电的热解的玻璃纤维外层所环绕。该热解的玻璃纤维材料据介绍是适宜的，这是由于它即使在浸渍处理之后也保持其电阻率。部分在线圈/绕组内侧的和部分在线圈/绕组以及其余的金属零件之间的绝缘系统通常是由固体的或基于漆的绝缘体的形式构成，以及在其外侧，绝缘系统由固体纤维素绝缘、液体绝缘，以及还可能由气体形式的绝缘构成。带有绝缘和可能很庞大的零件的绕组按照这种方式占有很大的体积，以及承受在属于变压器的投入使用的电磁元件中及其周围产生的高的电场强度的作用。需要关于绝缘材料的特性的详细的知识，以便预先确定所产生的介电电场强度以及确定尺寸使得将放电的危险降到最小。重要的是，获得一种不改变和不降低绝缘特性的周围环境。当今占优势的用于常规高压电力变压器/电抗器的外绝缘系统由作为固体绝缘的纤维素材料以及作为液体绝缘的变压器油构成。变压器油是以所谓的石油为基底的。常规的绝缘系统例如在由Fredrik Gustavson所著的著作“Elektriska Maskiner”(由The Royal Institute of Technology，Sweden，出版1996)(3-9)-(3-11)页上作了介绍。另外，常规的绝缘系统构成相对复杂，在制造的过程中需要采取特殊的措施，以便利用该绝缘系统的良好的绝缘特性。该系统的水份含量必须很低，以及在绝缘系统中的固相部分需要由周围的油良好的浸渍以便使产生气泡的危险降到最小。在制造过程中，在降落安装到油箱中之前，要对带有绕组的已完工的铁芯进行特殊的干燥处理。再将铁芯下降安装到油箱中和密封之后，在充油之前，要通过特殊的真空处理抽去油箱中的所有空气。除了大范围地使用车间中的资源之外，从整个制造过程中的角度来看这种处理过程是相当耗时的。环绕变压器的油箱必须按着这样一种方式构成，即其应能承受全真空，因为该处理过程需要将所有的空气抽出达到几乎绝对真空，这要额外增加材料消耗和制造的时间。此外，每次安装都需要重复真空处理，为了检查要将变压器打开。根据本专利技术，该电力变压器/电抗器至少包含一个绕组，在大多数情况下，绕组围绕可磁化的铁芯配置，它们可以具有不同的几何尺寸。为了简化如下的说明，下面将讨论术语“绕组”。该绕组由具有固体绝缘的高压电缆组成。电缆至少具有位于中心的一个电导体。围绕该导体配置有第一半导电层，围绕该半导电层配置有固体绝缘层，围绕该固体绝缘层配置有第二外部半导电层。使用这样一种电缆意味着受到高电应力影响的变压器/电抗器的这些区域将被限制于电缆的固体绝缘。变压器/电抗器中的其余部分将仅受到相对于高压为中等的电场强度的作用。此外利用这样一种电缆消除了在本专利技术的
技术介绍
部分中所介绍的几个问题。因而油箱不需要绝缘装置和冷却剂。整体绝缘基本上也变得简单。与常规的电力变压器/电抗器相比较，建造的时间明显缩短。各个绕组可以分别制造，以及可以将变压器/电抗器在现场组装。然而，使用这样一种电缆会出现新的问题，这必须要解决。第二外半导电层必须在电缆的两端处或者在其附近直接接地，以便在正常运行电压期间和在暂态过程期间出现的电应力将仅主要加在电缆的固体绝缘上。该半导电层和这些直接接地点一起构成一个闭合回路，在运行过程中该回路中会感应电流。该层的电阻率必须足够高，以便在该层中产生的电阻损耗可以忽略。除了这种磁感应电流之外，容性电流也通过该电缆的直接接地的两端流入到该层。如果该层的电阻率太高，这样容性电流将受到限制，使得在该层的各部分中的电位在产生交变的应力周期期间，可能不同于地电位达到这一种程度，使电力变压器/电抗器中除了绕组固体绝缘以外的区域将承受电应力。通过使半导电层的几个点直接接地，最好绕组的每匝一点直接接地，如果该层的导电率足够高就能保证整个外层维持在地电位以及消除上述问题。外层上每匝一接地点是按这样一种方式形成的，各接地点都处于绕组的基体上以及沿绕组的轴线长度方向的各点电连接到一导电的接地线上，该接地线其后再连接到公共的地电位上。在极端的情况下，绕组可能受到这种迅速的暂态过电压的作用，外半导电层中的各部分承受这一电压，使电力变压器中除了电缆的绝缘部分之外的区域都受到不希望承受的电应力的作用。为了防止这种情况，将一些非线性元件例如火花间隙、热阴极充气二极管，齐纳二极管或压敏电阻连接在外半导电层和绕组每匝接地点之间。另外，通过将一电容器连接在外半导电层和地之间，可以防止出现不希望出现的电应力。电容器也降低在50赫下的电压。这种接地原理下面将称为“间接接地”。在根据本专利技术的电力变压器/电抗器中每个绕组的两端处将第二半导电层直接接地，以及在该两端之间的至少一个接地点间接接地。各单独接地的接地线连接到地，或者经过1非线性元件，例如火花间隙或热阴极充气二极管；2与电容器并联的非线性元件；3电容器；或者经过所有三种替换方案的元件组合。在根据本专利技术的电力变压器/电抗器中，最好由具有固体挤压成形的绝缘的电缆组成绕组，现在这种类型的电缆用于配电，例如XLPE型电缆或者具有EPR型绝缘的电缆。这些电缆是可弯曲的，这在本文中是一个很重要的特性，这是由本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电力变压器／电抗器，包含至少一个绕组，其特征在于，一个／一些绕组由包含一电导体的高压电缆（１０）构成，围绕该导体配置第一半导电层（１４），围绕一半导电层（１４）配置绝缘层（１６），围绕绝缘层（１６）配置第二半导电层（１８），第二半导电层（１８）在每个绕组（２２↓［１］、２２↓［２］）的两端直接接地，以及在该两端之间的至少一点间接接地。

【技术特征摘要】
SE 1997-2-3 9700337-0;SE 1997-11-28 9704413-51.一种电力变压器/电抗器，包含至少一个绕组，其特征在于，一个/一些绕组由包含一电导体的高压电缆(10)构成，围绕该导体配置第一半导电层(14)，围绕一半导电层(14)配置绝缘层(16)，围绕绝缘层(16)配置第二半导电层(18)，第二半导电层(18)在每个绕组(221、222)的两端直接接地，以及在该两端之间的至少一点间接接地。2.根据权利要求1所述的电力变压器/电抗器，其特征在于，高压电缆(10)是按80-3000平方毫米的导体面积和20-250毫米的电缆外径制造的。3.根据权利要求1或2所述的电力变压器/电抗器，其特征在于，利用接地电流连接线实现直接接地(36)。4.根据权利要求1到3中之一所述的电力变压器/电抗器，其特征在于，利用接入在地和第二半导电层(18)之间的电容(32；321-323)实现间接接地。5.根据权利要求1到3中之一所述的电力变压器/电抗器，其特征在于，利用接入第二半导电层(18)和地之间的具有非线性电压电流特性的元件(34)实现间接接地。6.根据权利要求1到3中之一所述的电力变压器/电抗器，其特征在于，利用接入第二半导电层(18)和地之间的电路实现间接接地，该电路包含一与电容(40)并联的具有非线性的电压电流特性的元件。7.根据权利要求6所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：乌德福勒姆，斯文赫恩佛尔德，佩尔赫尔姆伯格，古纳凯兰德，黎明，马茨莱昂，
申请(专利权)人：ABB股份公司，
类型：发明
国别省市：SE[瑞典]