一种具有内屏蔽结构的变压器绕组及其设计方法技术

本发明专利技术公开了一种具有内屏蔽结构的变压器绕组及其设计方法，其包括由绕组线包、第一绝缘层、粘性导体带、电位引出线、第一半导电组成的第一预制体，以及第二绝缘层和第二半导电层；第一绝缘层包覆在绕制成型的绕组线包表面，粘性导体带以首尾不相连的螺旋结构缠绕并贴附在第一绝缘层表面，电位引出线与粘性导体带电位连接并引出，第一半导电层紧密贴附在贴有粘性导体带的第一绝缘层表面；第二绝缘层真空浇注在第一预制体外；第二半导电层紧密包覆在第二绝缘层外表面。本发明专利技术相比于传统的中压电机定子内屏蔽结构和中压线缆内屏蔽结构，通过多层绝缘屏蔽结构和等电位粘性导体带的加入，在不破坏利兹线结构的基础上实现了屏蔽层的等电位。的等电位。的等电位。

【技术实现步骤摘要】
一种具有内屏蔽结构的变压器绕组及其设计方法


[0001]本专利技术属于变压器
，具体涉及一种具有内屏蔽结构的变压器绕组及其设计方法。

技术介绍

[0002]中压电力电子变压器由于其具有高效率、高功率密度、多控制自由度、多端口互联等突出优势，成为了中低压大功率电能变换的关键装备。尤其是在“双碳”目标的大背景下，电力系统由以传统化石能源为主体向着以多种清洁型新能源为主体的方向转变势在必行，这更大大助力了中压电力电子变压器的应用和推广。而作为电力电子变压器的核心部件，中压高频变压器既要承担传统变压器的能量传递功能，又要提供中压电力电子系统的电气隔离功能。尤其是在中压高频的应用背景下，高频率不仅仅实现了功率密度的提升，也为绝缘设计带来了极大的挑战。相比于同功率等级的中压工频变压器，超过一百倍的功率密度提升下，要保证相同的绝缘等级，这为中压高频变压器的绝缘设计提出了极大的挑战。
[0003]针对中压电网的应用，中压高频变压器既要保证较高的绝缘击穿水平保证系统能够耐受由于电网故障或气象事件等造成的短时过压；又要保证在额定工况有着较低的局部放电水平，来确保变压器在长期的额定工况下有着极高的可靠性。为了保证变压器有着较高的击穿强度，主绝缘层中的电场强度峰值必须得到有效地控制，在相同的绝缘层厚度下，电场强度峰值越低则击穿水平越高。而对于局部放电量则需要保证主绝缘层有着较少的工艺缺陷。而中压高频变压器为了保证高频工作下的变压器效率，较多地使用多股漆包线绞合而成的利兹线来避免高频损耗，而利兹线的复杂结构则为变压器的绝缘层浇注带来了困扰，绝缘材料普遍具有较高的粘度，无法充分地渗透的利兹线绕组的匝间和股间。尤其是为了保证匝间绝缘时，有着绝缘层包覆的利兹线这一问题更加显著。因此变压器绝缘层中的场强峰值和绝缘层的浇注缺陷必须得到有效地控制才能保证变压器的绝缘表现。

技术实现思路

[0004]针对现有技术所存在的上述技术缺陷，本专利技术提供了一种具有内屏蔽结构的变压器绕组及其设计方法，在不需要破坏利兹线结构的基础上实现了绕组的电场屏蔽，既保证了匝间绝缘，又实现了良好的电场屏蔽效果。
[0005]本专利技术首先提供了一种具有内屏蔽结构的变压器绕组，其包括绕组线包、第一绝缘层、粘性导体带、电位引出线、第一半导电层、第二绝缘层、第二半导电层；
[0006]所述的第一绝缘层包覆在绕制成型的绕组线包表面，所述的粘性导体带以首尾不相连的螺旋结构缠绕并贴附在第一绝缘层表面，所述的电位引出线与粘性导体带电位连接并引出，所述的第一半导电层紧密贴附在贴有粘性导体带的第一绝缘层表面构成第一预制体；
[0007]所述的第二绝缘层为绝缘材料浇注层，所述的第二绝缘层真空浇注在第一预制体外；
[0008]所述的第二半导电层紧密包覆在第二绝缘层外表面。
[0009]作为本专利技术的优选方案，所述的绕组线包的绕组材料为利兹线、铜箔或漆包线。
[0010]作为本专利技术的优选方案，所述的第一绝缘层的材料为绝缘带材，选自诺美纸带、云母带、玻纤带，绝缘带材半叠绕于绕组线包表面行程第一绝缘层。
[0011]作为本专利技术的优选方案，所述的粘性导体带的导体材料为铜箔或铝箔，所述不闭合的螺旋结构的螺距为D
c
。
[0012]作为本专利技术的优选方案，所述的第一半导电层为半导电带材，优选地为半导电皱纹纸带，皱纹纸带拉伸后半叠绕于贴有粘性导体带的第一绝缘层表面，半导电皱纹纸带的体积电导率为ρ
s
，相对介电常数为ε
s
，半导电皱纹纸带的厚度为T
s
。
[0013]作为本专利技术的优选方案，所述的第二绝缘层的绝缘材料为绝缘浇注材料，选自环氧树脂，绝缘硅胶，第二绝缘层厚度为D
iso
，确定方法为：
[0014][0015]其中V
DIL
为设计绝缘强度，k
saf
为安全系数，E
ref
为绝缘材料的标称击穿场强，d
ref
为标称击穿场强对应的材料厚度，n为击穿场强随厚度增加的衰减系数。
[0016]作为本专利技术的优选方案，所述的第二半导电层半导电涂料，涂刷于第二绝缘层的外表面。
[0017]本专利技术还提供了一种上述的具有内屏蔽结构的变压器绕组的设计方法，其包括如下步骤：
[0018]1)根据变压器绝缘设计需求确定第二绝缘厚度D
iso
；
[0019]2)确定所述的第一半导电层半导电纸材料参数范围，包括半导电纸的体积电导率ρ
s
，相对介电常数ε
s
，半导电纸带的宽度D
s
，厚度T
s
，以及所述的第一半导电层边缘在垂直电流方向截面的最小曲率R
s
变化范围；
[0020]3)根据绕组线包参数绘制垂直电流方向绕组截面，根据步骤2)给出的第一半导电层参数范围以及最小曲率R
s
变化范围，在绕组线包和粘性导体带上施加电压激励，电压激励的有效值为设计绝缘强度，第二半导电层接地，分别计算垂直电流方向绕组截面上的电位分布和场强分布，并获得垂直线包电流方向的第一半导电层上电位跌落最大值V
dp1
，以及第二绝缘层内场强峰值E
max
；
[0021]4)根据垂直线包电流方向的第一半导电层上电位跌落最大值V
dp1
，以及第二绝缘层内场强峰值E
max
，获得第一半导电层材料参数和几何参数优选值；
[0022]5)根据步骤4)所确定的第一半导电层材料参数和几何参数优选值，绘制沿电流方向绕组截面，在绕组线包和粘性导体带上施加电压激励，电压激励的有效值为设计绝缘强度，第二半导电层结构接地，计算不同粘性导体带螺距D
c
下沿电流向绕组截面第一半导电层的电位分布，并获得沿线包电流方向的第一半导电层上电位跌落最大值V
dp2
；
[0023]6)根据步骤5)获得的电位跌落最大值V
dp2
，获得粘性导体带螺距D
c
参数优选值，完成设计。
[0024]优选的，步骤3)和步骤5)所述的电位分布或场强分布的计算方法为有限元分析方法或数值链路计算法。
[0025]本专利技术相比于传统的中压电机定子内屏蔽结构和中压线缆内屏蔽结构，通过多层绝缘屏蔽结构和等电位粘性导体带的加入，在不破坏利兹线结构的基础上实现了屏蔽层的等电位。并且采用了电导率和材料基底优选的半导电材料，并优化了几何结构，提出了系统的设计方法，既避免了浇注工艺难题又优化了主绝缘层的场强分布。
[0026]因为采用了半导电纸带作为内屏蔽材料，并且对屏蔽材料的电导特性进行了优选，保证了屏蔽层的等电位屏蔽效果，又避免屏蔽层本身的涡流损耗，同时保证了与主绝缘浇注材料间具有良好的浸润性。
[0027]因为采用了不闭合螺旋结构的粘性导体带，并且定义了导体带的螺本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种具有内屏蔽结构的变压器绕组，其特征在于：包括绕组线包、第一绝缘层、粘性导体带、电位引出线、第一半导电层、第二绝缘层、第二半导电层；所述的第一绝缘层包覆在绕制成型的绕组线包表面，所述的粘性导体带以首尾不相连的螺旋结构缠绕并贴附在第一绝缘层表面，所述的电位引出线与粘性导体带电位连接并引出，所述的第一半导电层紧密贴附在贴有粘性导体带的第一绝缘层表面构成第一预制体；所述的第二绝缘层为绝缘材料浇注层，所述的第二绝缘层真空浇注在第一预制体外；所述的第二半导电层紧密包覆在第二绝缘层外表面。2.根据权利要求1所述的具有内屏蔽结构的变压器绕组，其特征在于，所述的绕组线包的绕组材料为利兹线、铜箔或漆包线。3.根据权利要求1所述的具有内屏蔽结构的变压器绕组，其特征在于，所述的第一绝缘层的材料为绝缘带材，选自诺美纸带、云母带、玻纤带，绝缘带材半叠绕于绕组线包表面行程第一绝缘层。4.根据权利要求1所述的具有内屏蔽结构的变压器绕组，其特征在于，所述的粘性导体带的导体材料为铜箔或铝箔，所述首尾不相连的螺旋结构的螺距为D
c
。5.根据权利要求1所述的具有内屏蔽结构的变压器绕组，其特征在于，所述的第一半导电层为半导电带材，优选地为半导电皱纹纸带，皱纹纸带拉伸后半叠绕于贴有粘性导体带的第一绝缘层表面，半导电皱纹纸带的体积电导率为ρ
s
，相对介电常数为ε
s
，半导电皱纹纸带的厚度为T
s
。6.根据权利要求1所述的具有内屏蔽结构的变压器绕组，其特征在于，所述的第二绝缘层的绝缘材料为绝缘浇注材料，选自环氧树脂，绝缘硅胶，第二绝缘层厚度为D
iso
，确定方法为：其中V
DIL
为设计绝缘强度，k
saf
为安全系数，E
ref
为绝缘材料的标称击穿场强，d
ref
为标称击穿场强对应的材料厚度，n为击穿场强随厚度增加的衰减系数。7.根据权利要求1所述的具有内屏蔽结构的变压器绕组，其特征在于，所述的第二半导电层半导...

【专利技术属性】
技术研发人员：李楚杉，卢睿，于健雄，李武华，何湘宁，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：