一种具有抗外部突发短路冲击功能的变压器的制作方法

本发明涉及变压器技术领域，尤其涉及一种具有抗外部突发短路冲击功能的变压器。

背景技术：

当前，国家为了打造安全可靠坚强的电网，对电网中运行的输配电变压器质量要求逐步提高。而变压器是利用电磁感应的原理来改变交流电压的电气设备，在工作过程中可能遭受到短路的破坏。在变压器外部突发短路时，低压线圈受力径向往内收缩，高压线圈径向往外膨胀变形。由于低压线圈缠绕芯柱，突发短路时低压线圈变形较小，高压线圈外表面则没有任何的结构进行辅助定型。

而目前市面上常用的长圆形截面线圈，其直线部分机械强度较弱。在变压器外部突发短路的情况下，直线部分产生的形变较大。若在较长时间内线圈变形较大，线圈的绝缘层容易受损破裂。在变压器工作时，容易造成线圈匝间或层间短路，引起变压器线圈烧毁。传统方法制造抗短路产品普遍通过大量冗余的功能设计，提高了变压器的制造成本。因此，如何提高变压器的耐受短路冲击能力且降低制造成本是变压器制造行业急需解决的问题。

技术实现要素：

为了克服现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种具有抗外部突发短路冲击功能的变压器，通过在线圈的直线部与纵梁之间增设一绝缘板，避免高压线圈直线部发生较大形变，保证变压器的运行安全。

本发明的目的采用如下技术方案实现：

一种具有抗外部突发短路冲击功能的变压器，包括变压器主体与夹件，所述变压器主体包括多个线圈与铁芯，所述夹件与铁芯固定连接；所述铁芯包括芯柱与铁轭，所述芯柱与铁轭固定连接；所述线圈同轴绕设于所述芯柱，包括弯曲部以及与所述弯曲部连接的直线部；

所述夹件包括上夹件与下夹件，所述变压器主体上/下端分别设有两个所述上夹件/下夹件，两个所述上夹件/下夹件两端分别通过上/下横梁连接，上横梁与下横梁之间设有垂直于所述上/下横梁的纵梁，所述纵梁与所述线圈的直线部之间放置有一绝缘板；所述夹件构成矩形中空框架，所述变压器主体设置于所述矩形中空框架中。

进一步地，相邻线圈之间均设有绝缘板，用于撑紧所述线圈直线部，且线圈与所述绝缘板过盈配合。

进一步地，所述绝缘板通过螺栓固定于所述纵梁。

进一步地，所述绝缘板采用电工层压木。

进一步地，所述线圈包括高压线圈与低压线圈，所述低压线圈套设于所述芯柱外围，所述高压线圈套设于所述低压线圈外；所述低压线圈与芯柱之间设有撑板，用于撑紧所述低压线圈。

进一步地，所述绝缘板的长度不小于所述线圈的高度。

进一步地，所述变压器还包括油箱，所述变压器主体与夹件均位于油箱内部。

进一步地，所述夹件内部设有冷却管道，所述夹件两端分别设有进液管与出液管，所述进液管连接冷却液源，所述出液管连接排液口，冷却液经所述进液管进入冷却管道由出液管排出。

进一步地，所述芯柱包括多个层叠设置的第一铁芯片，所述铁轭包括多个层叠设置的第二铁芯片，所述第一铁芯片与第二铁芯片的截面呈阶梯状，且所述第一铁芯片的两端朝端部方向缩小，所述第二铁芯片与第一铁芯片的连接位置设有凹槽，所述凹槽沿第一铁芯片缩小的方向凹陷，所述第一铁芯片的缩小端和所述第二铁芯片的凹槽叠接。

进一步地，还设有循环泵，所述循环泵设置于所述进液管外侧，驱动冷却水充满夹件内部的水冷管道。

相比现有技术，本发明的有益效果在于：

本发明提供了一种具有抗外部突发短路冲击功能的变压器，在夹件左右两端分别设有纵梁，在纵梁与线圈的直线部之间设有绝缘板，绝缘板与线圈之间过盈配合。在变压器外部突发短路时，绝缘板撑紧线圈的直线部，使得线圈无法过度向外膨胀，保证线圈的绝缘层不受损伤，提高变压器的耐受短路冲击能力。且在变压器主体的外部增设绝缘板结构成本低，解决了传统方法中制造抗短路能力变压器成本高的问题。

附图说明

图1为本发明所提供实施例变压器的正视图；

图2为本发明所提供实施例变压器的侧视图；

图3为图1中a-a面的示意图；

图4为本发明所提供实施例夹件的三视图；

图5为本发明所提供实施例铁芯的结构示意图；

图6为本发明所提供实施例芯柱的截面图；

图中：10、线圈；11、低压线圈；12、高压线圈；20、夹件；21、横梁；22、纵梁；23、绝缘板；24、螺栓；25、进液管；26、出液管；27、固定通孔；30、芯柱；31、第一铁芯片；32、撑板；40、铁轭；50、油箱。

具体实施方式

下面，结合附图以及具体实施方式，对本发明做进一步描述，需要说明的是，在不相冲突的前提下，以下描述的各实施例之间或各技术特征之间可以任意组合形成新的实施例。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“水平”、“竖直”、“顶”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为本发明的限制。此外，术语“”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接连接，也可以通过中间媒介间接相连，或是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

如图1-6所示，本发明提供了一种具有抗外部突发短路冲击功能的变压器，包括变压器主体与夹件20，所述变压器主体包括多个线圈10与铁芯，所述夹件20与铁芯固定连接；所述铁芯包括芯柱30与铁轭40，所述芯柱30与铁轭40固定连接；所述线圈10同轴绕设于所述芯柱30，包括弯曲部以及与所述弯曲部连接的直线部；

所述夹件20包括上夹件与下夹件，所述变压器主体上/下端分别设有两个所述上夹件/下夹件，两个所述上夹件/下夹件两端分别通过上/下横梁21连接，上横梁21与下横梁21之间设有垂直于所述上/下横梁21的纵梁22，所述纵梁22与所述线圈10的直线部之间放置有一绝缘板23；所述夹件20构成矩形中空框架，所述变压器主体设置于所述矩形中空框架中。

本发明提供的具有抗外部突发短路冲击功能的变压器，在夹件20左右两端分别设有纵梁22，在纵梁22与线圈10的直线部之间设有绝缘板23，绝缘板23与线圈10之间过盈配合。在变压器外部突发短路时，绝缘板23撑紧线圈10的直线部，使得线圈10无法过度向外膨胀，保证线圈10的绝缘层不受损伤，提高变压器的耐受短路冲击能力。且在变压器主体的外部增设绝缘板23结构成本低，解决了传统方法中制造抗短路能力变压器成本高的问题。

具体的，如图1所示，变压器主体包括a、b、c三相线圈10与铁芯，线圈10同轴套设于芯柱30上，形成弯曲部以及直线部，直线部两端分别连接弯曲部，线圈10的线匝沿芯柱30轴向按层依次排列连续绕制，呈螺旋状。相邻线圈10的直线部外表面互相贴合。变压器主体上下两端分别设有两个所述夹件20，夹件20包括了上夹件与下夹件，上夹件设置于变压器主体顶端，下夹件设置于变压器主体的底部。铁芯通过固定通孔27固定于上夹件与下夹件。其中上夹件和下夹件的截面均为空心矩形，使得夹件20的机械强度更好。夹件20底部或顶部设置多个固定通孔27，用于铁芯的固定。在夹件20的固定通孔27夹紧铁芯时，铁芯的夹紧效果更好，降低铁芯振动所产生的噪音。

两个上夹件或下夹件的两端均设置有上横梁21或下横梁21，通过横梁21固定连接两个上夹件或下夹件。上横梁21与下横梁21之间还设置有垂直于所述上/下横梁21的纵梁22。夹件20与横梁21、纵梁22构成矩形中空框架，变压器主体位于该矩形中空框架内部，对变压器主体进行固定、支撑、保护。在纵梁22与线圈10直线部之间增设一绝缘板23，用于压紧所述线圈10的直线部。在变压器外部突发短路，线圈10径向向外膨胀变形的过程中，绝缘板23压紧所述线圈10的直线部，使线圈10只能在绝缘板23与线圈10之间的缝隙膨胀，绝缘板23承载力强，能够接受较大的冲击力，线圈10不会产生过度的形变，保护线圈10外表面的绝缘层，防止绝缘层引线圈10形变而破裂。在变压器主体的两侧均设置有侧梁，线圈10只可在该矩形中空框架内移动。

线圈10的位置是由芯柱30固定的，在变压器外部突发短路的情况下，线圈10受力则会向外膨胀。在相邻线圈10之间均设置有绝缘板23，用于撑紧所述线圈10的直线部。且线圈10与绝缘板23过盈配合，在膨胀的过程中受到绝缘板23的压力，保持线圈10的形状在可控范围内。绝缘板23的正投影与线圈10直线部的正投影重合，即绝缘板23可以完整地覆盖线圈10直线部，线圈10只能在原位置上膨胀，不会受到相邻线圈10的挤压。可以避免线圈10的绝缘层受损破裂，同时还可以使得线圈10只在预设位置上产生较小的形变，不会对相邻线圈10产生影响，造成变压器的内部故障。

绝缘板23的材料需要满足绝缘、能够承受一定的冲击力，不需要经常更换，因此本实施例中采用高强度高密度的电工层压木，机械强度与电气性能满足变压器的需求，在使用过程中不易断裂、开裂、被击穿，满足变压器的工作要求。变压器主体两侧的绝缘板23通过螺栓24固定于纵梁22。而由于绝缘板23与线圈10采用过盈配合，位于线圈10中间间隙的绝缘板23则可直接竖直放置。在变压器外部突发短路时，a、b、c三相线圈10均会向外膨胀，因此绝缘板23两侧均会受到一定的冲击力，不会轻易移动。

另外，线圈10包括了低压线圈11与高压线圈12，低压线圈11套设于芯柱30外围，高压线圈12则套设于所述低压线圈11外围。在变压器外部突发短路情况下，高压线圈12受力向外膨胀被绝缘板23压制，而低压线圈11则会受力径向往内收缩。由于低压线圈11缠绕芯柱30，形变较小，但仍然会产生一定的形变，从而会影响套设在外的高压线圈12的形状。因此，在芯柱30与低压线圈11的间隙内设置撑板32。该撑板32的形状与低压线圈11的原始形状一致，贴合所述低压线圈11。在变压器外部突发短路时，低压线圈11对内收缩，而撑板32则支撑所述低压线圈11，保持低压线圈11维持原始的形状。

优选的，变压器主体与夹件20均位于油箱50内部，油箱50内部充满变压器油，使得铁芯和线圈10浸在变压器油内，变压器油起绝缘和散热的作用，疏散变压器工作产生的热量，防止过热影响变压器的正常工作。

作为一种优选的实施方式，散热可以采用冷却液循环散热。如图4所示，夹件20两端分别设置有进液管25与出液管26，进液管25连接冷却液源，出液管26连接排液口，冷却液经进液管25进入夹件20内部后由出液管26排出。将夹件20内部充满冷却液，带动冷却液在夹件20内部不断循环流动，及时排走变压器所产生在空气中的热量，有效的降低变压器的温度。夹件20结构与传统变压器中的夹件20外部结构一样，可以直接替代传统变压器中的夹件20，无需变压器内部做任何改变，方便用户直接进行更换。

在一种可行的实施方式为将进液管25设置于夹件20的底面，出液管26设置于夹件20的顶面。冷却液由进液管25进入夹件20内部，夹件20内部充满冷却液，再由出液管26排出，保证冷却液能时刻充满夹件20内部，及时排走变压器所产生的热量。这种设置方式需要循环泵较大的动力才能保证冷却液从出液管26排出且容易对进液管25造成较大的压力，容易损坏。在本实施例中，进液管25与出液管26分别设置于夹件20的两端。进液管25连接冷却液源，出液管26连接排液口。由于传统的夹件20均为水平设置，冷却水难以充满整个夹件20内部。因此还设置有循环泵，循环泵则设置于进液管25外侧，驱动冷却液充满夹件20内部。作为一种可行的实施方式，将循环泵与变压器分开放置，将循环泵放置于地下室等非人员密集区的位置，防止循环泵工作产生的噪音干扰。循环泵的噪音与变压器工作的噪音分开，互不干扰，利于将变压器的噪音分贝控制在国家标准的范围内。传统的变压器的冷却方式是风机向线圈10内外表面吹风进行冷却，而本实施例中采用的循环液冷可以避免风机产生的噪音与热量，降低变压器的整体运行噪声，且降低电量损耗，节能环保。

夹件20均与进液管25、出液管26、固定通孔27无缝焊接，焊接处表面平整、光滑。保证夹件20内部为形成密闭空间，冷却液充满该密闭空间，且冷却液不能从夹件20内漏出。如果冷却水渗漏，轻则导致变压器绝缘老化，绝缘水平降低，重则引发短路，产生电火花，影响变压器的正常工作甚至着火、爆炸。因此进液管25、出液管26、固定通孔27与夹件20保证严密焊接，保证冷却水不渗漏。夹件20外表面先涂防锈底漆，再涂设绝缘漆，保证夹件20的使用寿命与绝缘。在本实施例中，冷却液采用自来水，成本较低且来源广，环保节能，不会造成污染。用户可根据实际情况选取不同的冷却水，可以采用比热容更大的液体。

冷却液不断循环流动，带走线圈10内部的热量，达到快速降低线圈10温升的目的，从而增加线圈10的绝缘寿命，提高线圈10的过载能力。采用循环液冷的方式快速散热，使变压器的运行容量可以提高30%~40%，适用于运行容量随季节性变化大的变压器，或者在某台变压器发生故障退出运行后，其余变压器需大幅度过载运行使用，使得变压器在过载时仍能保证线圈10的温升控制在国家标准的限制范围内。

如图5、6所示，铁芯包括芯柱30与铁轭40。所述芯柱30包括多个层叠设置的第一铁芯片31，所述铁轭40包括多个层叠设置的第二铁芯片，且所述第一铁芯片31和第二贴芯片的两端均朝端部方向缩小，所述第二铁芯片与第一铁芯片31的连接位置设有凹槽，所述凹槽沿第一铁芯片31缩小的方向凹陷，所述第一铁芯片31和所述第二铁芯片交错叠接，接缝呈阶梯状，以形成磁通回路。阶梯状的接缝有效减少变压器的空载铁芯损耗。在阶梯状接缝的情况下，磁力线能垂直的进入相邻的铁芯片，空载电流随之减少，此时作用在铁芯片的电磁力减小，且使得铁芯片被压紧，变压器的噪声则明显降低。且阶梯状的接缝能有效减少变压器的空载铁芯损耗，减低铁芯的重量和制作耗材。

当变压器长时间过电运行或三次谐波较大时，铁芯产生的损耗较大，发热量增加，引起铁芯的温升较高，往往会超过国家标准的限值，严重影响变压器的运行寿命。在本实施例中，当线圈10的直径减小，则可减少芯柱30之间的中心距离mo，铁轭40的长度随之减少，从而降低第一铁芯片31与第二铁芯片的重量。而铁芯的空载损耗与其重量成正比，因此铁芯的空心损耗降低，发热量减少。铁芯外围的绝缘层老化速度变慢，有效地提高变压器的运行寿命，降低变压器的材料成本。

第一铁芯片31依次首尾相连，形成一个整体，进一步减少了铁芯上涡流效应的产生，增加了变压器铁芯的强度。且铁轭40的截面呈矩形或者“d”形，在保证芯柱30与铁轭40叠接效果的同时，大幅减少铁芯的重量和制作耗材并降低噪声，在节约生产成本的同时还进一步减小噪音和空载损耗。接缝形成一定的间隙空间，在该间隙空间内填充有环氧树脂层，加热固化后，使得铁芯片形成一个整体，提高变压器绝缘系统的抗电强度和绝缘电阻，以提高电气绝缘性能，有效降低第一铁芯片31与第二铁芯片上的涡轮效应，进一步降低了铁芯损耗。

更进一步的，接缝的斜角呈45度，且接缝设置有至少5级。斜接缝的结构可以有效改善本实施例中铁芯接缝处的磁场分布，使得铁芯的磁漏更低，大幅提成变压器的效率。并且接缝的数量在5级以上亦能增加芯柱30与铁轭40叠接后的机械连接强度。

变压器在工作过程中会产生一定的噪声，主要是由于铁芯振动而产生的噪音，铁轭40大部分裸露在空气中，会造成较大的噪音。芯柱30的第一铁芯片31两端朝端部方向缩小，比传统变压器的芯柱30直径小，即减小芯柱30的截面积，增加芯柱30的磁通密度，磁通密度的增大会导致噪音增大，但芯柱30由于线圈10具有屏蔽作用，噪声会有一定的衰减，总体影响不大。铁轭40第二铁芯片的截面积均朝端部方向缩小，呈阶梯状，增加第二铁芯片的截面积，减少铁轭40的磁通密度，降低铁轭40产生的噪音，有效减少铁芯所产生总噪音。另外，由于铁轭40与芯柱30接触面积增加，有利于铁芯传递热量，加速散热。由于芯柱30的直径减小，绕设于芯柱30的线圈10直径可随之变小。线圈10所使用的材料重量、长度及电阻降低，可以有效的节约耗材，降低成本，达到节能环保的作用。

上述实施方式仅为本发明的优选实施方式，不能以此来限定本发明保护的范围，本领域的技术人员在本发明的基础上所做的任何非实质性的变化及替换均属于本发明所要求保护的范围。