专利名称：具有间隔器的油浸式变压器和分隔并支撑层叠绕组的间隔器的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于高电压的油浸式变压器，该油浸式变压器具有包括若 干层叠的绕组层的线圏，这些绕组层包M绝缘导体的绕组，绕组层由用 作间隔和支撑构件并优选垂直于各导体布置的间隔器所分隔，这些间隔器 包括具有上平面和下平面的中心体。本发明还涉及间隔器，该间隔器用于分隔和支撑油浸式变压器中变压 器线團的被绝缘导体的层叠的绕组层，该间隔器包括具有上、下平面的伸 长的中心体。
背景技术：
油浸式变压器中的间隔器的主要功能是机械分隔和支撑绕组。典型地，各间隔器在测试中也受到AC电场和高脉冲电场的电应力，这往往限 定间隔器厚度的尺度。当变压器设计被优化以达到最紧凑时，间隔器接受高电介质应力的能 力变得很重要。变压器中线闺之间所允许的电压往往受到间隔器外、沿间 隔器-油分界面的击穿的开始出现的限制。该影响主要由于典型间隔器材料和变压器油的不同介电常数而产生。 当较高介电常数材料如绝缘纸板和变压器油在导体处相遇时，油楔中的电 场增强了与M电常数的比值近似相等的倍数，或者，在绝缘纸板-油的 情况下为4.5/2.24近2的倍数。存在能够发生这种场增强的若干几何方 式。在盘绕间隔器与导体接触的情况下，在该间隔器和导体的接触区域中 产生油楔。在接触区域中，该布置中的电场增大.接触区域中的场是远离 该导体的平均场的近似两倍。还已知的是，沿间隔器的分界面是薄弱点， 且电击穿更容易发生在间隔器的附近。膝露于该场增强的油量取决于间隔 器的几何形状且通常相当小。另一个关键区域是盘绕导体和间隔器与被设置成垂直于导体的间隔器接触的地方。该油楔沿变压器的所有匝上的导体而存在，因此具有相当大的容量， 并因此在脉冲测试期间更加可能触发放电。如果在间隔器和导体之间生成 的这样的放电发生在远离间隔器边缘的地方，那么它可能不是太危险，但 是如果它发生在间隔器边缘的附近，那么将存在放电沿着间隔器 一油分界 面蔓延到下一个绕组层而引起击穿的实质风险。实际测试中也观察到击穿 确实更容易发生在间隔器处。还有另 一个关键区域是轴向间隔器、导体拐角和径向间隔器相遇的地 方。在盘形绕组的最外匝，导体与轴向绝缘纸板间隔器相遇，该轴向绝缘纸板间隔器限定到下一个壁障(barrier)的间隔。该壁障之后跟着另外的 间隔器、新的壁障等。结果是在轴向间隔器油楔处产生相似的场增强，且 在外导体边缘出现相结合的轴向和径向场增强。这是绕组的最脆弱的部 分，具有最高的故障概率。本发明寻求提供一种改进的油浸式变压器和改进的间隔器，以获得变 压器的改进击穿强度。发明内容根据本发明的一方面，提供一种如权利要求l所述的油浸式变压器。根据随后的从属权利要求2-7，将明白本发明的才艮据该第一方面的适 当实施例。根据本发明的另一方面，提供一种如权利要求8所述的间隔器。根据随后的从属权利要求9-17，将明白本发明的根据该第二方面的适 当实施例。通过改变间隔器的形状来对发生在间隔器边缘的放电建立壁障，从而 加强绝缘系统。由此，放电流注(discharge streamer)被通过在间隔器 上附加"翼状物"而建立的壁障所阻止。因为这些扩展翼状物相对于总的间隔器厚度较薄，所以与现有技术的直间隔器不同，这些扩展翼状物自身 基本上不增加油场。壁障可以绕上述关键拐角延伸。通过将间隔器翼状壁障沿间隔器的长 度方向延伸，并将其绕拐角向上和/或向下弯曲以保护拐角和外线團边缘 的朝向轴向间隔器的径向部分，来实现这一点。所提出的间隔器形状可以被应用于各种可能的绝缘材料，包括所有纤 维素、陶瓷以及聚合材料。放电保护作用对于所有固体材料都是实质性的。 延伸的翼状物可以使用与间隔器自身相同或不同的材料来制造。
对于相比液体具有基本上更高的介电常数且因此导致最大耐压降低 的间隔器材料，绝缘改进会尤其高。此外，所提出的形状可以应用于轴向 类型和径向类型的间隔器以及变压器中的其它类似元件。
通过附图，仅以示例的方式示意性说明本发明的实施例，在附图中
图1示出根据现有技术的变压器线團的制造；
图2示出放置在被绝缘导体之间的常规间隔器；
图3示出常规间隔器和导体的详图4示出垂直于导体设置的常规间隔器；
图5示出图4的详图6示出在常规间隔器和导体层处的油椒改电；
图7示出设置在绕组层之间并与轴向绝缘纸板间隔器相遇的常规间 隔器；
图8示出在现有技术间隔器处的油^L电；
图9示出根据本发明实施例的间隔器的两个例子；
图IO示出根据本发明的间隔器的另一个实施例；
图lla和图lib示出根据本发明实施例的设置有弯曲的屏蔽的间隔
器；
图12示出根据本发明实施例的被应用来保护绕组的转角的间隔器； 图13示出设置在绕组层之间的根据本发明实施例的间隔器。
具体实施例方式
图1示意性示出制造期间变压器1的线團2。在制造处理期间，将被 绝缘导体3缠绕从而形成绕组层5 (称为盘形绕组)。在绕组层5之间放置径向间隔器6。这些间隔器的主要功能是机械分隔和支撑绕组4。通常， 各间隔器在测试中受到AC电场和高脉冲电场的电应力，这往往限定间隔 器厚度的尺度。
当变压器设计被优化以达到最紧凑时，间隔器接受高电介质应力的能 力变得重要。变压器中线圏之间所允许的电压往往受到间隔器外、沿间隔 器 - 油分界面的击穿的开始出现的限制。存在若干可产生这种场增强的几 何方式，如以下参照图2~图7所示。
图2是放置在形成变压器绕组的被绝缘导体3之间的径向间隔器6 的示意图。间隔器6包括具有上平面8和下平面9的中心体7。
图3是沿径向间隔器6的示意图，该径向间隔器6垂直于盘形绕组中 的导体3。在间隔器6和导体3的边缘处产生导体油楔10。该布置中的电 场E随着绕间隔器的拐角从点A沿分界面向B前进而增加。点B处的场 近似为远离导体的点A处的平均场的两倍。还已知的是，沿间隔器的分 界面是薄弱点，且电击穿更容易发生在间隔器附近。曝露于该场增强的油 量取决于间隔器的几何形状且通常相当小。
图4中示出在导体3之间且位于间隔器6的表面的油楔10，图4是 沿导体方向并垂直于间隔器的视图。
图5是图4的详图。在这里，油楔10发生在导体3之间靠近间隔器 6的区域中。油楔10沿变压器的所有匝上的导体而存在，因此具有相当 大的容量，并因此在脉冲测试期间更加可能触发放电。如果在间隔器和导 体之间生成的这样的放电发生在远离间隔器边缘的地方，那么它可能不是 太危险，但是如果它发生在间隔器边缘的附近，那么将存在放电沿着间隔 器 - 油分界面蔓延到下一个绕组层而引起击穿的实质风险。实际检测中也 观察到击穿确实更容易发生在间隔器处。
图6示出间隔器边缘附i^L生的危险的油楔放电lla如何从一个绕组 层5蔓延到下一个绕组层，而远离间隔器6的边缘的较不危险的放电lib 不芟延。
在盘形绕组5的最外匝，导体3与限定距下一个壁障13的距离的轴 向绝缘纸板间隔器12a相遇。该壁障13之后是另外的间隔器12b、新的 壁障等，如图7中所示。结果;l一在轴向间隔器油楔处相似的场增强，且在 外导体3边缘发生相结合的轴向和径向场增强。由于导体3的拐角半径以 及间隔器6的原因，产生轴向和径向场增强。这是绕组的最薄弱的部分，具有最高的故障概率。
在图8中，示意性示出了现有技术间隔器6处的油楔放电11如何从 第一绕组层(未示出)蔓延到第二绕组层(未示出)。
在图9中，示出了根据本发明实施例的间隔器6。根据本发明，集成 放电壁障14设置在间隔器6的外端，延伸到间隔器6的中心体7外。由 此保证油楔放电11不会从一个绕组层蔓延到下一个绕组层。因为集成放 电壁障14相对于中心体7的厚度较薄，所以它们自身基本上不增加油场。
在图10中示出本发明的另一个实施例。放电壁障14在中心体7的外 端以及沿中心体7侧边突出到中心体7之外，且设置在中心体的每一侧。 通过在间隔器的每一侧上添加较宽的一层绝缘纸板或者通过将该层在导 体的下一阶插入来提供如图10中所示的形状，从而所提出的间隔器形状 能够容易地得以实现。因为出于員化的原因而使间隔器一般由互相紧接 着的更薄间隔器组成，所以这应该是间隔器制造工艺中的简单且直接的修 改。
为了充分利用新的间隔器形状，也可以将其绕关键拐角延伸。这可以 通过沿间隔器的长度方向延伸放电壁障并将其绕拐角向上和/或向下弯曲 形成弯曲屏蔽以保护拐角和朝向轴向间隔器的外线圏边缘的径向部分来 实现。图lla和图lib中示出了这种设计的例子，其中，图lla示出间隔 器，该间隔器具有^L置在中心体7的上平面8并且从该平面沿向上方向突 出的弯曲屏蔽15，以及i殳置在下平面9并J^U玄平面沿向下方向突出的 弯曲屏蔽。图11b示出具有^5U殳置在下平面的弯曲屏蔽的间隔器。
图12示出被设置成保护绕组层5的转角的间隔器。根据本发明，间 隔器6设置有弯曲屏蔽15。优选地，屏蔽15的垂直高JL&本上对应于绕 组层5的高度，从而覆盖绕组层的轴向高度。优选地，具有弯曲屏蔽的间 隔器设置在变压器的高电压入口处的绕组层。取决于变压器的设计，高电 压入口可以在线團的上端或下端，也可以在线團的中间。
图13示出如何设置放电壁障屏蔽以保护电场较高的每个下一绕组层 5中的关键转角。
所提出的间隔器形状可以被应用到各种可能的绝缘材料，包括所有纤 维素、陶瓷以及聚合材料。放电保护作用可实质存在于所有的固体材料。 放电壁障和弯曲屏蔽可以使用与间隔器自身相同或不同的材料来制造。
对于相比液体具有基本上更高的介电常数且因此导致最大耐压降低的间隔器材料，绝缘改进会尤其高。此外，所提出的形状可以应用于轴向 类型和径向类型的间隔器以及变压器中的其它类似元件。
根据本发明的油浸式变压器是针对高电压而设计的，适合于10kV以 上，尤其是36kV以上，优选是大于72kV且直到非常高的传输电压，诸 如400kV到800kV或更高。此外，该油浸式变压器优选是i殳计用于 0.5MVA以上的功率范围，尤其是20MVA以上，优选是大于100MVA直 到非常高的功率，如1000MVA及以上。
这样的变压器的芯的直径大于300mm，且对应的线團的直径可以高 达4000mm，且导体横截面的维度高x宽是从4 x 1.2mm到18 x 6mm。
如同本领域的技术人员通过理解这里的公开而可以明白的那样，可以 在不失去效果的情况下，扩展或改变这里给定的任何范围或设备度。
本申请要求2005年9月29日的瑞典专利申请No. 0502170-4的优先 权，其公开内^it过引用结合于此。
已经说明了根据本发明实施例的油浸式变压器和间隔器的优选实施 例。本领域的技术人员认识到，这些实施例也可以在所附权利要求书的范 围内变化。尽管变压器被说明为油浸式变压器，但A^当理解，变压器也 可以用不同于油/变压器油的其它液体来填充，只要该液体具有关于电介 质强度、电气绝缘和冷却的合适属性。
权利要求
1.一种具有线圈(2)的用于高电压的油浸式变压器(1)，线圈(2)包括若干层叠绕组层(5)，所述层叠绕组层(5)包括被绝缘导体(3)的绕组(4)，且被间隔器(6)分隔，间隔器(6)用作间隔和支撑构件并优选地垂直于导体(3)设置，所述间隔器(6)包括具有上平面和下平面(8、9)的中心体(7)，其特征在于，所述变压器包括间隔器(6)，间隔器(6)包括集成放电壁障(14)，所述壁障在间隔器与导体接触的区域附近从所述间隔器(6)的中心体(7)延伸出。
2. 根据权利要求1所述的油浸式变压器，其特征在于，所it改电壁 障(14)沿所述中心体(7)且并行于相应的上平面和下平面(8、 9)而 延伸。
3. 根据权利要求1或2所述的油浸式变压器，其特征在于，在中心 体(7)的外端，所逸故电壁障(14)包拾没置在上平面和/或下平面(8、 9)的弯曲屏蔽(15)，并沿离开面对的平面的方向突出。
4. 根据权利要求3所述的油浸式变压器，其特征在于，所述弯曲屏 蔽(15)设置在所述间隔器的两个外端。
5. 根据权利要求1~4所述的油浸式变压器，其特征在于，具有集成 放电壁障(14)和/或屏蔽(15)的间隔器(6)被设置在所述变压器线围(2)的高电压入口处。
6. 根据权利要求1~5所述的油浸式变压器，其特征在于，包括具有 集成放电壁障的间隔器(6)的所述线圏设计用于高电压，适合于10kV 以上，尤其在36kV以上，优选大于72kV并且直到非常高的传输电压， 例如400kV到800kV或更高。
7. 根据权利要求1~7所述的油浸式变压器，其特征在于，所述变压 器(1)设计用于0.5MVA以上的功率范围，尤其是20MVA以上，且优 选大于100MVA直到非常高的功率，如1000MVA及以上。
8. —种间隔器，用于在油浸式变压器中分隔并支撑变压器线團的被 绝缘导体的层叠绕组层，所述间隔器(6)包括伸长的中心体(7)，中心 体(7)包括上平面和下平面(8、 9)，其特征在于，所述间隔器包括突出 到所述中心体(7)之外的集成放电壁障(14)。
9. 根据权利要求8所述的间隔器，其特征在于，所逸故电壁障(14)沿所述中心体(7)侧面在平行于相邻平面(8、 9)的方向上突出。
10. 根据权利要求8或9所述的间隔器，其特征在于，所逸故电壁障 (14)被设置在所述中心体(7)的上部和/或下部。
11. 根据权利要求8~10所述的间隔器，其特征在于，所i^电壁障 (14)被设置在所述中心体(7)的外端。
12. 根据权利要求11所述的间隔器，其特征在于，在外端的所M 电壁障(14)包括在离开相对的平面的方向上突出的弯曲屏蔽(15)。
13. 根据权利要求12所述的间隔器，其特征在于，所述弯曲屏蔽(15 ) 被i更置在所述间隔器的两个外端。
14. 根据权利要求12或13所述的间隔器，其特征在于，所述弯曲屏 蔽^Li殳置在所述中心体(7)的上部和下部。
15. 根据权利要求10所述的间隔器，其特征在于，所述弯曲屏蔽(15 ) 的垂直高JL^本上对应于一个绕组层的高度。
16. 根据权利要求13~15中的任一项所述的间隔器，其特征在于， 所述中心体(7)的厚度为2mm-9mm，长度为20mm-500mm且宽度为 20mm-100mm,且所逸故电壁障(14)的厚度在O.lmm-lOmm之间，优 选在0.2mm-0.5mm之间，且所述壁障(14)和/或所述弯曲屏蔽(15 )的 宽度在3mm國20mm之间，优选是10mm。
17. 根据权利要求8 16中的任一项所述的间隔器，其特征在于，所 述间隔器体(7)和所述集成放电壁障(14)和/或所述弯曲屏蔽(15)由 纤维素材料，如绝缘纸板，陶瓷材料或聚合材料制成。
全文摘要
具有线圈的用于高电压的油浸式高功率变压器(1)，线圈包括总体同轴的、被绝缘导体(3)的若干层叠层(4)，形成变压器线圈(2)。绕组层被优选与导体垂直设置的间隔器(6)分隔。一个或多个间隔器(6)设置有至少一个集成放电壁障(14)，该集成放电壁障(14)在间隔器与绕组(4)接触的区域附近从间隔器的中心体(7)伸出。沿间隔器且在间隔器-油分界面侧面的击穿减少，从而获得油浸式变压器的改进的击穿强度。
文档编号H01F27/32GK101273420SQ200680035808
公开日2008年9月24日 申请日期2006年9月29日 优先权日2005年9月29日
发明者扬·哈耶克, 阿尔内·约特斯贝里 申请人:Abb技术有限公司