一种节能变压器的制作方法

本发明实施例涉及变压器技术领域，具体涉及一种节能变压器。

背景技术：

根据相关标准，变压器的短路阻抗与相关电力参数具有如下关系：

(1)短路阻抗与短路电流的关系

当变压器负载出现短路时，短路阻抗小，短路电流大，变压器承受的电动力大；短路阻抗大，短路电流小，变压器承受的电动力小。

(2)短路阻抗与电压调整率的关系

当变压器满载运行时，短路阻抗的高低对二次侧输出电压的高低有一定的影响，短路阻抗小，变压器的电压降小，电压调整率低；短路阻抗大，变压器的电压降大，电压调整率高。

(3)短路阻抗与无功损耗的关系

变压器是一个感性的无功负载，由于励磁和漏抗的存在，在功率传输的同时造成大量的无功损耗。

由上述可知，变压器短路阻抗的存在，使得变压器在负载运行时，产生压降，从而使得负载端电压低于空载时的电压，从而浪费一部分电能；变压器短路阻抗的存在还会产生大量的无功损耗。可见，变压器短路阻抗造成了变压器的能量损失。

目前，世界各国均对变压器节能指标提出了更高的要求，现有技术手段主要通过采用优质硅钢片、非晶合金材料、卷铁心和降低绕组电流密度的方法，降低变压器的有功损耗来实现，但是并未解决漏抗引起的无功损失、电压调整率等问题。

技术实现要素：

为解决现有变压器的无功损耗等问题，本发明实施例提供一种节能变压器。

本发明实施例提供的节能变压器，包括铁芯、低压绕组和高压绕组；其中，对于节能变压器的任一相，所述低压绕组由低压子绕组串联而成，所述高压绕组由高压子绕组串联而成；所述低压子绕组的数量和所述高压子绕组的数量至少为两个；所述低压子绕组和所述高压子绕组同心布置于所述铁芯周围，并且，所述低压子绕组和所述高压子绕组交错排列。

可选地，所述低压子绕组和所述高压子绕组交错排列所形成的结构中，与所述铁芯相邻的是所述低压子绕组。

可选地，所述低压子绕组和所述高压子绕组交错排列所形成的结构中，与所述铁芯相邻的是所述高压子绕组。

可选地，相邻的所述低压子绕组和所述高压子绕组之间具有绕组间隙。

可选地，相邻的所述低压子绕组和所述高压子绕组之间具有绝缘介质。

可选地，所述低压子绕组和所述高压子绕组的个数均为n个，其中，至少有n-1个所述低压子绕组的匝数相同；并且，至少有n-1个所述高压子绕组的匝数相同。

可选地，所述节能变压器还包括零时限短路保护装置，所述零时限短路保护装置由零时限快速开关和限流装置并联连接构成；所述零时限短路保护装置与所述低压绕组串联连接；变压器正常运行时，所述零时限快速开关闭合，从而隔离所述限流装置；变压器负荷侧发生短路故障时，所述零时限快速开关断开，将所述限流装置串入回路，实现变压器高阻抗运行。

可选地，所述零时限快速开关断开所用的时间不超过5ms。

可选地，所述限流装置为电抗器。

可选地，所述限流装置设置于变压器油箱中。

本发明实施例通过由同心布置于铁芯周围、交错排列的低压子绕组和高压子绕组分别串联构成低压绕组和高压绕组，增加了幅向漏磁组对，可以实现变压器正常运行时的微无功损耗，同时改善电压调整率；结构简单、制造工艺合理。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的节能变压器的绕组排列示意图；

图2是本发明另一实施例提供的节能变压器的绕组排列示意图；

图3是本发明再一实施例提供的节能变压器的原理示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例提供一种节能变压器，包括铁芯、低压绕组和高压绕组；其中，对于节能变压器的任一相，所述低压绕组由低压子绕组串联而成，所述高压绕组由高压子绕组串联而成；所述低压子绕组的数量和所述高压子绕组的数量至少为两个；所述低压子绕组和所述高压子绕组同心布置于所述铁芯周围，并且，所述低压子绕组和所述高压子绕组交错排列。

本发明实施例提供的节能变压器，包括铁芯、低压绕组和高压绕组。对于所述节能变压器的任一相，所述低压绕组由低压子绕组串联而成，所述高压绕组由高压子绕组串联而成；所述低压子绕组的数量为两个及以上，所述高压子绕组的数量为两个及以上。所述高压绕组即一次绕组，其首端和末端构成变压器的输入端；所述低压绕组即二次绕组，其首端和末端构成变压器的输出端。

以铁芯为轴心，所述低压子绕组和所述高压子绕组同心布置于所述铁芯周围，并且，所述低压子绕组和所述高压子绕组交错排列。所述低压子绕组和所述高压子绕组同心布置于所述铁芯周围可表现在：在周围具有低压子绕组和高压子绕组的铁芯部位，在铁芯的横截面所在平面上，低压绕组和高压绕组呈同心圆的形式布置于铁芯周围。所述低压子绕组和所述高压子绕组同心布置于所述铁芯周围时，所述高压子绕组的沿铁芯轴向方向的中点和所述低压绕组沿铁芯轴向方向的中点可以沿铁芯幅向方向对齐。

所述低压子绕组和所述高压子绕组交错排列，则相邻的低压子绕组和高压子绕组构成幅向漏磁组对，所述幅向指垂直于铁芯的轴线方向。所述低压子绕组的数量为两个及以上，所述高压子绕组的数量为两个及以上，由此构成多组幅向漏磁组对。通过增加幅向漏磁组对可以降低绕组漏抗，从而降低绕组漏磁，减小无功损耗，可以实现变压器正常运行时微无功损耗，并且改善电压调整率。

本发明实施例提供的节能变压器适用于各种电压等级的配电变压器、电力变压器及牵引变压器。

本发明实施例通过由同心布置于铁芯周围、交错排列的低压子绕组和高压子绕组分别串联构成低压绕组和高压绕组，增加了幅向漏磁组对，可以实现变压器正常运行时的微无功损耗，同时改善电压调整率；结构简单、制造工艺合理。

图1是本发明实施例提供的节能变压器的绕组排列示意图。如图1所示，所述低压子绕组和所述高压子绕组交错排列所形成的结构中，与所述铁芯相邻的是所述低压子绕组。

所述低压子绕组和所述高压子绕组交错排列、同心布置于所述铁芯周围。如图1所示，在与铁芯相邻的最内侧，先布置低压子绕组l1，再沿铁芯幅向依次布置高压子绕组h1、低压子绕组l2、高压子绕组h2……以此类推，最后布置低压子绕组ln、高压子绕组hn。低压子绕组l1、低压子绕组l2……低压子绕组ln相串联构成低压绕组，其首端和末端用a、x表示，作为变压器的输出端；高压子绕组h1、高压子绕组h2……高压子绕组hn相串联构成高压绕组，其首端和末端用a、x表示，作为变压器的输入端。

本发明实施例提供的节能变压器，每个铁芯柱可以有两个或多个低压子绕组l1、l2……ln，分别位于靠近铁芯侧的最内侧和其他奇数层，低压子绕组l1、l2……ln串联连接；两个或多个高压子绕组h1、h2……hn，分别位于靠近铁芯侧的偶数层，高压子绕组h1、h2……hn串联连接。串联起来的高压子绕组作为进线回路，串联后的低压子绕组作为馈线回路。

所述低压子绕组和所述高压子绕组交错排列、同心布置于所述铁芯周围，在与铁芯相邻的最内侧，先布置低压子绕组的结构形式，对绝缘距离的要求较低。

在上述实施例的基础上，本发明实施例在与铁芯相邻的最内侧，先布置低压子绕组，对绝缘距离的要求较低，适用于大部分应用场合。

图2是本发明另一实施例提供的节能变压器的绕组排列示意图。如图2所示，在与铁芯相邻的最内侧，先布置高压子绕组h1、再沿铁芯幅向依次布置低压子绕组l1、高压子绕组h2、低压子绕组l2……以此类推，最后布置高压子绕组hn、低压子绕组ln。低压子绕组l1、低压子绕组l2……低压子绕组ln相串联构成低压绕组，其首端和末端用a、x表示，作为变压器的输出端；高压子绕组h1、高压子绕组h2……高压子绕组hn相串联构成高压绕组，其首端和末端用a、x表示，作为变压器的输入端。

本发明实施例提供的节能变压器，每个铁芯柱可以有两个或多个高压子绕组h1、h2……hn，分别位于靠近铁芯侧的最内侧和其他奇数层，高压子绕组h1、h2……hn串联连接；两个或多个低压子绕组l1、l2……ln，分别位于靠近铁芯侧的偶数层，低压子绕组l1、l2……ln串联连接。串联起来的高压子绕组作为进线回路，串联后的低压子绕组作为馈线回路。

所述低压子绕组和所述高压子绕组交错排列、同心布置于所述铁芯周围，在与铁芯相邻的最内侧，先布置高压子绕组的结构形式，对绝缘距离的要求较高。

在上述实施例的基础上，本发明实施例在与铁芯相邻的最内侧，先布置低压子绕组，对绝缘距离的要求较高，适用于可实现较大绝缘距离的场合。

进一步地，基于上述实施例，相邻的所述低压子绕组和所述高压子绕组之间具有绕组间隙。

考虑到绕组间的绝缘性能，相邻低压子绕组和高压子绕组之间不应紧紧相邻，而应设有间隙，以提高绝缘性能。

在上述实施例的基础上，本发明实施例通过使得相邻的低压子绕组和高压子绕组之间设置有绕组间隙，以增强绕组间的绝缘性。

进一步地，基于上述实施例，相邻的所述低压子绕组和所述高压子绕组之间具有绝缘介质。

为进一步提高绝缘性能，相邻的所述低压子绕组和所述高压子绕组之间具有绝缘介质。对于油浸式变压器，绕组间隙之间具有变压器油，可以起到绝缘、散热的作用，为进一步提高绝缘性能，可再加入其他绝缘介质，如绝缘纸板、电缆纸等。对于干式变压器，绕组之间通常采用浇注环氧树脂的方法进行绝缘，并且环氧树脂上应留有气道。

在上述实施例的基础上，本发明实施例通过使得相邻的所述低压子绕组和所述高压子绕组之间具有绝缘介质，进一步提高了绕组间的绝缘性能。

进一步地，基于上述实施例，所述低压子绕组和所述高压子绕组的个数均为n个，其中，至少有n-1个所述低压子绕组的匝数相同；并且，至少有n-1个所述高压子绕组的匝数相同。

为防止电流不平衡现象，各个低压子绕组的匝数应该相同，各个高压子绕组的匝数应该相同。低压子绕组的匝数之和构成低压绕组的匝数，高压子绕组的匝数之和构成高压绕组的匝数。由于高压绕组的匝数和低压绕组的匝数与输入电压及输出电压的大小有关，因此，并不一定能使得所有低压子绕组的匝数都相同且所有高压子绕组的匝数都相同。

在不能够实现所有低压子绕组的匝数都相同或所有高压子绕组的匝数都相同时，应使得除一个低压子绕组外，所有其余的低压子绕组的匝数都相同；并且，除一个高压子绕组外，所有其余的高压子绕组的匝数都相同。即若所述低压子绕组和所述高压子绕组的个数均为n个，则，至少有n-1个所述低压子绕组的匝数相同；并且，至少有n-1个所述高压子绕组的匝数相同。

在具体布置每个低压子绕组的匝数时，可以使得不满足和其余低压子绕组的匝数相同的低压子绕组的匝数不低于其余低压子绕组匝数的70％；同样，在具体布置每个高压子绕组的匝数时，可以使得不满足和其余高压子绕组的匝数相同的高压子绕组的匝数不低于其余高压子绕组匝数的70％。若不能满足上述70％的条件，可以进一步对匝数较少的子绕组采取填充绝缘介质的方法，以减小电流不平衡。

在上述实施例的基础上，本发明实施例通过合理布置低压子绕组及高压子绕组的匝数，从而防止了电流不平衡现象。

进一步地，基于上述实施例，所述节能变压器还包括零时限短路保护装置，所述零时限短路保护装置由零时限快速开关和限流装置并联连接构成；所述零时限短路保护装置与所述低压绕组串联连接；变压器正常运行时，所述零时限快速开关闭合，从而隔离所述限流装置；变压器负荷侧发生短路故障时，所述零时限快速开关断开，将所述限流装置串入回路，实现变压器高阻抗运行。

图3是本发明再一实施例提供的节能变压器的原理示意图。如图3所示，所述节能变压器包括低压绕组1、高压绕组2、限流装置3及零时限快速开关4，其中，低压绕组1由低压子绕组串联而成，高压绕组2由高压子绕组串联而成，低压子绕组和高压子绕组同心布置于铁芯周围，并且，所述低压子绕组和所述高压子绕组交错排列。

零时限快速开关4和限流装置3并联连接构成零时限短路保护装置；所述零时限短路保护装置与低压绕组1串联连接。变压器正常运行时，零时限快速开关4闭合，从而隔离限流装置3；变压器负荷侧发生短路故障时，零时限快速开关4断开，将限流装置3串入回路，实现变压器高阻抗运行。

图3中，a、x表示变压器的输入端，a、x表示变压器的输出端。

在上述实施例的基础上，本发明实施例通过设置与低压绕组串联的零时限短路保护装置，保证了在变压器负荷侧发生短路故障时，变压器的高阻抗运行，限制负荷侧短路电流，降低短路故障对电气设备造成的影响，有利于变压器的安全稳定运行。

进一步地，基于上述实施例，所述零时限快速开关4断开所用的时间不超过5ms。

为进一步提高在发生短路故障时，零时限快速开关4的断开速度，零时限快速开关4采用高速开关，如采用电磁控制原理的开关。所述零时限快速开关4断开所用的时间不超过5ms，以实现近乎在发生短路故障的同时断开，并将限流装置3接入回路，反应速度接近零时限。

在上述实施例的基础上，本发明实施例通过采用高速开关，使得零时限快速开关断开所用的时间不超过5ms，保障了短路故障时零时限快速开关反应的及时性，从而进一步增强了安全性。

进一步地，基于上述实施例，所述限流装置3为电抗器。

所述限流装置3可以为电抗器，用于在发生短路故障时，在零时限快速开关4断开的作用下串入变压器回路，起到限流作用。

进一步地，基于上述实施例，所述限流装置3设置于变压器油箱中。

为减小变压器的体积，所述限流装置3可以设置于变压器油箱中，使得限流装置3与变压器的器身(包括变压器的绕组、铁芯)共箱布置。当所述限流装置3设置于变压器油箱时，限流装置可以采用油浸式的，如采用油浸式电抗器。

零时限短路保护装置的零时限快速开关4可以设置于油箱内部，也可以通过导线引出至箱体外部。

在上述实施例的基础上，本发明实施例通过将限流装置设置于变压器油箱中，减小了变压器的体积。

以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。