一种高压隔离变压器的制作方法

本发明涉及高压输电领域，具体涉及一种高压隔离变压器。

背景技术：

电力变压器是电力系统最常用的设备之一，主要用于不同电压等级之间电压变换、电力系统电力传输、不同输电容量系统的电流变换等，但就电力变压器本体而言，则是很常规设计。但是随着目前电力技术的发展，尤其是灵活交流输电和高压直流输电发展，电力变压器的功能得以扩展，不仅仅限于电力系统的电力传输，更扩展至很多其他特殊场合，比如为某些关键电力设备的辅助电力供能，这些场合即要求变压器具有电力输出的功能，同时具有高可靠性的高电压隔离功能。

目前电力领域应用的35kv以上变压器，为了实现电压隔离，提供必要的主绝缘，基本都采用油浸式变压器提；对于35kv及以下变压器，则有干式绝缘、油绝缘和气体绝缘等多种形式。对于一些特殊的高压应用工况，尤其是灵活交流输电领域的电力电子设备和高压大容量直流输电领域的直流设备，要求电力设备都采用无油化设计，但是，对于高于35kv电压等级的高压系统，电力变压器则很少有干式绝缘结构，如果要求采用无油化设计，则当前常规的电力变压器则无法满足工程应用需求。基于常规设计方法，在高于35kv电压等级，干式变压器存在技术瓶颈，在高电压下的局部放电问题一直无法解决。

针对目前百千伏及以上电压等级系统，如何避免采用油浸式和充气式绝缘成为设计难点，对于油浸式方案，存在火灾的风险，尤其高电压大容量变压器，变压器内部储油量大，需要配置变压器漏油后的蓄油池和导油槽，必要时需设置防爆结构，变压器设计和运维复杂，可靠性相对较低。对于充气式变压器，虽然绝缘性能良好，且易于解决高电压下变压器局部放电难题，且不易发生火灾，但是对变压器密封设计要求高，且存在长期运行工况下的漏气风险，运行维护难度大。

申请号为201180025143.2的发明专利提供的干式变压器设计即是目前常见的典型的干式变压器结构，该设计包括了装配到铁芯的一个或者多个绕组组件，每个绕组包括高压、低压绕组，在每个高压低压绕组中，包括了绝缘树脂的封套封装低压和高压绕组。这种典型的干式变压器一般适用于三相变压器，电压等级基本在35kv，且局部放电难以控制，如果扩展至35kv以上电压等级，目前尚未有成熟产品应用。由于常规干式变压器的绝缘设计主要集中在绕组绝缘上，关于目前干式变压器的绕组绝缘设计，其中201280007879.1的发明专利提供了与常规绕组设计略有不同的绕组绝缘设计方法，但是也基于环氧树脂体系的绝缘优化设计，同样也存在适用电压等级有限和不利于绕组散热等问题。

技术实现要素：

为了克服上述现有技术中局部放电难以控制、电压等级难以扩展以及不利于绕组散热的不足，本发明提供一种高压隔离变压器，包括一个或多个子变压器；当子变压器为一个时，高压隔离变压器与子变压器等同；当子变压器为多个时，多个子变压器采用级联形式连接，每个子变压器均并联均压装置，本发明提供的高压隔离变压器避免了局部放电难以控制的情况，且电压等级可扩展至百千伏及以上，且利于绕组散热。

为了实现上述发明目的，本发明采取如下技术方案：

本发明提供的一种高压隔离变压器，包括一个或多个子变压器；

当子变压器为一个时，所述高压隔离变压器与子变压器等同；

当子变压器为多个时，多个子变压器采用级联形式连接，每个子变压器均并联均压装置。

所述子变压器包括第一绕组套管、铁芯组件、第一支架和第二支架；

所述第一绕组套管包括第一原边绕组、第一副边绕组、第一主体绝缘、第一沿边绝缘、第二沿边绝缘、第一接线端子、第二接线端子、第一端子套管和第二端子套管。

所述铁芯组件包括铁芯、第一铁芯拉板、第二铁芯拉板、第一铁芯夹件和第二铁芯夹件。

所述铁芯为矩形铁芯；

所述第一铁芯拉板和第二铁芯拉板分别紧贴于铁芯的上表面和下表面；

所述第一支架和第二支架分别位于铁芯两个短边的底部，用于支撑铁芯；

所述第一铁芯夹件和第二铁芯夹件分别位于铁芯两个短边的上部，用于固定铁芯；

所述第一绕组套管套在铁芯其中一个长边上。

所述第一原边绕组和第一副边绕组均为圆环形结构，所述第一原边绕组位于第一副边绕组内部，所述第一副边绕组被位于其中部的外表面的第一主体绝缘以及分别位于其两端的外表面的第一沿边绝缘和第二沿边绝缘包裹；

所述第一端子套管和第二端子套管分别套在第一接线端子和第二接线端子外部，所述第一接线端子和第二接线端子各自的底部分别穿过第一主体绝缘，且均位于第一主体绝缘顶部。

所述子变压器还包括第二绕组套管和载流母排；

所述第二绕组套管与所述第一绕组套管具有相同结构，所述第二绕组套管包括第二原边绕组、第二副边绕组、第二主体绝缘、第三沿边绝缘、第四沿边绝缘、第三接线端子、第四接线端子、第三端子套管和第四端子套管。

所述第二原边绕组和第二副边绕组均为圆环形结构，所述第二原边绕组位于第二副边绕组内部，所述第二副边绕组被位于其中部的外表面的第二主体绝缘以及分别位于其两端的外表面的第三沿边绝缘和第四沿边绝缘包裹；

所述第三端子套管和第四端子套管分别套在第三接线端子和第四接线端子外部，所述第三接线端子和第四接线端子各自的底部分别穿过第二主体绝缘，且均位于第二主体绝缘顶部。

当载流母排为单个时，第一接线端子与第三接线端子通过载流母排连接，或第二接线端子与第四接线端子通过载流母排连接。

当载流母排为两个时，第一接线端子与第三接线端子通过其中一个载流母排连接，和/或第二接线端子与第四接线端子通过另一个载流母排连接。

所述第一沿边绝缘、第二沿边绝缘、第三沿边绝缘和第四沿边绝缘均为伞形结构；

所述第一主体绝缘、第一沿边绝缘、第二沿边绝缘、第二主体绝缘、第三沿边绝缘和第四沿边绝缘均由固体树脂类材料制成。

所述均压装置包括均压电阻、均压电容或包括并联的均压电阻和均压电容。

所述高压隔离变压器还包括用于支撑子变压器的支柱绝缘子，所述均压装置设于支柱绝缘子内部，形成所述高压隔离变压器的主体支撑结构；

所述均压装置的数量小于等于支柱绝缘子的数量。

所述子变压器外部设有均压屏蔽罩。

所述子变压器为多个时，多个子变压器在垂直方向上逐个布置，或多个子变压器在水平方向和垂直方向上组合布置，多个子变压器由高压隔离变压器底部的第一级子变压器向上部的末级子变压器通过导电结构件顺序连接；

所述导电结构件为连接铜排。

与最接近的现有技术相比，本发明提供的技术方案具有以下有益效果：

本发明提供的高压隔离变压器包括一个或多个子变压器；当子变压器为一个时，高压隔离变压器与子变压器等同；当子变压器为多个时，多个子变压器采用级联形式连接，每个子变压器均并联均压装置，本发明提供的高压隔离变压器避免了局部放电难以控制的情况，电压等级可扩展至百千伏及以上，且利于绕组散热；

本发明可有效降低变压器绝缘设计难度和制造工艺难度及体积，具有高绝缘耐受强度和低场强分布，同时可实现局部放电有效抑制，实现变压器的低局部放电设计，在百千伏以上电压等级的局部放电量不超过50pc；

本发明中的子变压器采用绕组套管与铁芯组件的灵活分体式设计，可根据应用场景的需要，灵活调整接线端子的出线位置，实现子变压器之间、隔离变压器整体与外部的灵活接线；

本发明可实现在宽电压范围的电晕放电抑制，同时又具有结构尺寸小、机械强度高、安装灵活等优点；

本发明中的子变压器设有绝缘的屏蔽罩，可实现紧凑化空间的有效绝缘隔离；

本发明专利所提供的高电位隔离变压器整体结构布置灵活，即可采用支撑式固定，也可采用悬吊式结构，可根据应用场景需求，灵活布置。

附图说明

图1是本发明实施例中高压隔离变压器拓扑结构图；

图2是本发明实施例中均压装置拓扑结构图；

图3是本发明实施例中子变压器第一接线形式示意图；

图4是本发明实施例中子变压器第二接线形式示意图；

图5是本发明实施例中子变压器第三接线形式示意图；

图6是本发明实施例中子变压器物理结构立体图；

图7是本发明实施例中子变压器物理结构俯视图；

图8是本发明实施例中子变压器铁芯组件示意图；

图9是本发明实施例中绕组套管结构图；

图10是本发明实施例中高压隔离变压器第一结构图；

图11是本发明实施例中高压隔离变压器第二结构图；

图12是本发明实施例中高压隔离变压器第三结构图；

图中，1、子变压器，2、均压装置，3、原边绕组，4、副边绕组，5、第一绕组套管，6、第二绕组套管，7、第一支架，8、第二支架，9、第一载流母排，10、第二载流母排，11、铁芯组件，12、第一端子套管，13、第二端子套管、14、第一接线端子，15、第二接线端子，16、第一铁芯拉板，17、第一铁芯夹件，18、第二铁芯夹件，19、第一主体绝缘，20、第一沿边绝缘，21、第二沿边绝缘，22、连接母排，23、支撑绝缘子，24、均压屏蔽罩。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细说明。

本发明实施例提供的高压隔离变压器基于固体绝缘结构，采用独有的结构形式和绝缘结构，可实现在几十千伏至数百千伏电压范围内的干式结构设计，同时可实现不同电压等级下的无局部放电设计。本发明实施例提供的高压隔离变压器由若干个固体绝缘结构的子变压器级联而成，级联的数量取决于应用的电压等级，子变压器的电压等级可以在几十千伏到百千伏灵活设计。每个子变压器包括了干式绝缘结构的高低压绕组结构、铁芯、支撑结构和高压屏蔽结构，其中高电压绕组和铁芯组合用于实现变压器基本的变压、电力传输和电压隔离，支撑结构用于实现变压器的组合和结构支撑，提供满足应用工况要求的稳定的结构强度，高压屏蔽结构为变压器在高电压工况下应用时实现电晕放电的抑制。

相比于传统的干式变压器在绝缘隔离、局部放电抑制、应用电压等级低、扩展应用不灵活等诸多技术限制，，本发明实施例提供的高压隔离变压器规避了传统干式变压器的设计局限性，优化控制变压器在高电压工况下的场强，提升固体绝缘的设计结构形式和材料性能，既提高了变压器的电压等级，又实现了局部放电抑制。

本发明实施例提供了一种高压隔离变压器，其包括一个或多个子变压器；具体为：

当子变压器为一个时，本发明实施例的高压隔离变压器与子变压器等同；

当子变压器为多个时，多个子变压器采用级联形式连接(即前级子变压器的输出绕组与后级子变压器输入绕组连接)，如图1所示，图1中，每个子变压器1包括原边绕组3和副边绕组4，每个子变压器为一个变比为1：1或者1：n或者n：1的变压器，每个子变压器都具有电压隔离能力，即绝缘耐受能力。在多个子变压器级联的情况下，在一定电压等级作用下，为了保证各级子变压器均匀承受电压，每个子变压器均并联均压装置2，本发明实施例的高压隔离变压器的核心在于子变压器，子变压器的传输特性、绝缘特性直接决定了整个高压隔离变压器的特性，而均压装置对于整个高压隔离变压器的电压均匀分配特性具有更好的提升。

使处于高电位(电压不低于1kv)的高压直流断路器及其他电力电子设备的功率消耗部件从设备外部获得电能供给高压隔离变压器，高压隔离变压器的输入侧可以是从工频到上百千赫兹的交流电源，子变压器具有高电压下绝缘隔离的独立结构，每个子变压器的输出端作为下一级子变压器的输入端，通过逐级连接的方式将地电位的电能送至高电位的电力设备。

高压隔离变压器在高电压作用下的更好的电压隔离特性，可辅助配置具有高电压均压作用的均压装置；根据高压隔离变压器在交流、直流等不同电压应用工况下，均压装置可以是可承受不低于子变压器耐受电压的均压电阻和均压电容并联(如图2所示)，也可以是单独的均压电阻或均压电容。

子变压器的原副边绕组与铁芯配合形成基本的变压器电气结构(如图3所示)，基于高压隔离变压器的不同应用场合需求，子变压器也可以采用在原边绕组或副边绕组增加补偿绕组的扩展接线形式，补偿绕组与原边或副边绕组位于同一铁芯位置侧(如图4所示)。子变压器同样也可以采用如图5所示的原副边绕组并联的扩展接线形式，原边副边铁芯柱上，同时增加布置原边并联绕组和副边并联绕组，而原副边绕组与原副边并联绕组采用电气并联连接。

图1中的第一级子变压器作为低压侧输入端，最后一级子变压器作为高压侧输出端，如图6和图7所示，子变压器包括第一绕组套管5、铁芯组件11、第一支架7和第一支架8，第一支架7和第一支架8为子变压器的支撑结构，将子变压器的各个零部件有效整合成一个结构整体。

上述的子变压器还包括第二绕组套管6和载流母排，载流母排实现接线端子间的连接，实现电气通流；

第二绕组套管6与所述第一绕组套管5具有相同结构，绕组套管如图9所示，是子变压器绝缘隔离的核心部件，第一绕组套管5包括第一原边绕组、第一副边绕组、第一主体绝缘19、第一沿边绝缘20、第二沿边绝缘21、第一接线端子14、第二接线端子15、第一端子套管12和第二端子套管13。

第一原边绕组、第一副边绕组为由导电材料绕制而成的环形线圈类结构，铁芯组件11是子变压器的所必须的磁性部件，也是子变压器结构形式的支撑主体。如图8所示，铁芯组件11包括铁芯、第一铁芯拉板16、第二铁芯拉板、第一铁芯夹件17和第二铁芯夹件18。

其中的铁芯为矩形铁芯，矩形铁芯为多层叠拼的部件，一般为硅钢片，或者其他可适用于变压器铁芯制造的材料制成，通过第一铁芯拉板16、第二铁芯拉板、第一铁芯夹件17和第二铁芯夹件18组成一个整体。该结构既要满足变压器所要求的铁芯电磁特性，又保证足够的机械强度。上述的第一铁芯拉板16和第二铁芯拉板分别紧贴于铁芯的上表面和下表面；第一支架7和第二支架分别位于铁芯两个短边的底部，用于支撑铁芯；第一铁芯夹件17和第二铁芯夹件18分别位于铁芯两个短边的上部，用于固定铁芯；第一绕组套管5套在铁芯其中一个长边上。

上述第一原边绕组和第一副边绕组均为圆环形结构，第一原边绕组位于第一副边绕组内部，第一副边绕组被位于其中部的外表面的第一主体绝缘19以及分别位于其两端的外表面的第一沿边绝缘20和第二沿边绝缘21包裹，实现第一原边绕组和第一副边绕组的高压隔离；

第一端子套管12和第二端子套管13分别套在第一接线端子14和第二接线端子15外部，第一接线端子14和第二接线端子15各自的底部分别穿过第一主体绝缘19，且均位于第一主体绝缘19顶部。

第二绕组套管6包括第二原边绕组、第二副边绕组、第二主体绝缘、第三沿边绝缘、第四沿边绝缘、第三接线端子、第四接线端子、第三端子套管和第四端子套管。

第二原边绕组和第二副边绕组均为圆环形结构，第二原边绕组位于第二副边绕组内部，所述第二副边绕组被位于其中部的外表面的第二主体绝缘以及分别位于其两端的外表面的第三沿边绝缘和第四沿边绝缘包裹；

第三端子套管和第四端子套管分别套在第三接线端子和第四接线端子外部，第三接线端子和第四接线端子各自的底部分别穿过第二主体绝缘，且均位于第二主体绝缘顶部。

当载流母排为单个时，第一接线端子14与第三接线端子通过载流母排9连接(可以实现第一原边绕组与第二原边绕组的并联，对应图3的接线形式)，或第二接线端子15与第四接线端子通过载流母排10连接(可以实现第一副边绕组与第二副边绕组的并联，对应图4的接线形式)。

当载流母排为两个时，第一接线端子14与第三接线端子通过其中一个载流母排连接，和/或第二接线端子15与第四接线端子通过另一个载流母排连接，实现第一原边绕组与第二原边绕组的并联以及第一副边绕组与第二副边绕组的并联，对应图5的接线形式。

上述第一沿边绝缘20、第二沿边绝缘21、第三沿边绝缘和第四沿边绝缘均为伞形结构；且第一主体绝缘19、第一沿边绝缘20、第二沿边绝缘21、第二主体绝缘、第三沿边绝缘和第四沿边绝缘均由固体树脂类材料制成。

本发明实施例提供的高压隔离变压器还包括用于支撑子变压器的支柱绝缘子，均压装置设于支柱绝缘子内部，形成高压隔离变压器的主体支撑结构；

上述均压装置的数量小于等于支柱绝缘子的数量，即可以每个支柱绝缘子内部设有一个均压装置，也可以其中部分支柱绝缘子内部设有均压装置，其余支柱绝缘子内部不设均压装置，具体根据实际情况确定。

本发明实施例提供的高压隔离变压器中的子变压器外部设有均压屏蔽罩24。

子变压器可根据变压器应用场合和电压等级，通过调整绕组套管尺寸，满足任意电压等级应用要求。电压高时，可以增大绕组套管的直径和长度，增大表面伞状结构的数量，即可适应提高电压等级的要求。电压低时，通过减小绕组套管的直径和长度，减少表面伞状结构的数量，即可适应降低电压等级的要求。

以子变压器为基础，通过多个子变压器结构的多种组合，可满足各种电压等级的扩展应用要求。多个子变压器可以在垂直方向上逐个布置，多个子变压器也可以在水平方向和垂直方向上组合布置，多个子变压器由高压隔离变压器底部的第一级子变压器向上部的末级子变压器通过导电结构件顺序连接，该导电结构件为连接铜排。

子变压器的单列组合形式如图10，相邻子变压器之间通过连接铜排连接，子变压器通过支柱绝缘子和均压装置支撑组合成一个结构整体，相邻两个子变压器之间通过四个支柱绝缘子支撑，四个支柱绝缘子内部可以分别设置均压装置，也可以其中一个、两个或三个支柱绝缘子内部设有均压装置，即四个支柱绝缘子内部设置的均压装置个数比较灵活，可根据实际需要具体设置。均压装置为绝缘套管内配置电阻和电容，并在套管内填充绝缘材料。高压变压器应用高压场合，需要考虑在高电压下的电晕放电抑制，因此需要设计相应的均压屏蔽罩(如图11)改善电场，抑制高电压下的电晕放电。

高压隔离变压器还可以有其他的应用结构形式，如图12，子变压器在结构上采用双列结构布置，通过支撑绝缘子23和均压装置2支撑固定，并通过连接母排22进行电气连接，并在高压隔离变压器的外部布置了均压屏蔽罩24。

在应用结构形式上，本本发明实施例提供的高压隔离变压器不限于支撑式固定结构，亦可采用悬吊固定结构，可将图9至和图11所示的结构的支撑绝缘子23改为悬吊绝缘子，即可实现悬吊固定，根据电压等级不同，悬吊的子变压器个数也不同。

本发明实施例提供的高压隔离变压器在材料选型、结构形式和制造工艺上都不同于目前市场上常见的35kv及以下常规干式变压器。本发明所述的干式变压器，除了具有干式变压器的所有功能特性外，还具有高电压应用的灵活扩展、结构紧凑、防火防爆性能优良等诸多优点，同时还可灵活扩展至35kv以上电压等级，与常规干式变压器相比，具有更高绝缘强度、低局部放电抑制、低噪声、高散热等优点。本发明实施例不仅可用于电力输送，还可作为高压无源电力设备的外部供能电源，具有电位隔离和能量传输双重作用。

为了描述的方便，以上所述装置的各部分以功能分为各种模块或单元分别描述。当然，在实施本申请时可以把各模块或单元的功能在同一个或多个软件或硬件中实现。

本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、cd-rom、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，所属领域的普通技术人员参照上述实施例依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，这些未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，均在申请待批的本发明的权利要求保护范围之内。