一种固体绝缘结构的高压级联隔离变压器的制作方法

本发明涉及隔离变压器技术领域，具体涉及一种固体绝缘结构的高压级联隔离变压器。

背景技术：

高压隔离变压器，是指在一次侧(原边)与二次侧(副边)的绕线圈之间通过一定的绝缘措施将各自的电流进行了隔离，使输入绕组与输出绕组在电气上分开的变压器。

随着直流输电设计发展，直流系统出现了一些新型设备，比如直流断路器等，这些设备为无源设备，需要外部供给能量；这些设备内部包含了大量的功率部件需要供能，而这些直流设备又无法在直流系统取得能量，因此需要外部供给能量，这种外部供给能量的设备需要具备几个特点：(1)可实现电能从地电位传输到高电位，且不能因电能传输而影响直流无源设备的电位分布和性能；(2)可实现直流电压的隔离，并能够承受系统暂态电压冲击；(3)可避免因直流电压而产生的各种直流效应，比如空间电荷积累、直流下静电吸尘效应等；(4)最重要的是不能像常规变压器一样，采用油绝缘，避免发生火灾风险。因此对隔离变压器提出了需求。

目前，高压电力变压器主要用于交流领域，并且有各种类型变压器，这些不同类型变压器承受的主要是交流电压。常见的电力领域应用的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，存在火灾风险，因此不能作为直流无源设备的隔离变压器。对于35kv及以下变压器，虽然有固体绝缘结构设计，但是这种固体绝缘材料一般采用环氧树脂，在直流电压下存在局部放电大、空间电荷积累严重问题，且电压等级太低，难以满足应用要求。还有一种充气式变压器，虽然是无油化设计，但是由于为了保证绝缘，气体压力达到0.5mpa以上，但在运行过程中存在漏气风险，运行维护难度大。

针对目前电力变压器的普遍技术水平和设计方法，以及存在的电压等级扩展不利因素，同时根据变压器在高电压和特殊应用工况的应用需求，需对固体绝缘高压直流隔离变压器进行新的设计。

技术实现要素：

因此，本发明专利旨在提供一种新型的固体绝缘结构的高压级联隔离变压器，以实现隔离变压器在百千伏及以上直流高压下应用，同时具有低局部放电、空间电荷高抑制等特点，以满足直流电压下的长期可靠应用。

为了解决上述技术问题，本发明提供一种固体绝缘结构的高压级联隔离变压器，包括：至少一个变压器模块，所述变压器模块具有并列设置的两个级联连接的子变压器单元，所述子变压器单元包括：

高压绕组，为固体绝缘结构；

低压绕组，与所述高压绕组同轴设置；

两个所述子变压器单元的低压绕组采用串联连接。

作为优选方案，所述变压器模块具有级联连接的多个，多个所述变压器模块在高度方向保持间隔叠放，相邻的两个所述变压器模块之间连接有阻容均压装置。

作为优选方案，所述阻容均压装置连接在所述变压器模块的外侧。

作为优选方案，所述阻容均压装置包括：封装绝缘筒和连接在所述封装绝缘筒外部的端部均压环，所述封装绝缘筒内设有均压电容和均压电阻。

作为优选方案，多个所述变压器模块之间通过支撑绝缘子柱支撑。

作为优选方案，所述支撑绝缘子柱具有对称设置的四组。

作为优选方案，位于最下层的所述变压器模块的下方采用支撑绝缘子柱支撑。

作为优选方案，位于最下层的所述变压器模块的下方在高度方向保持间隔设有支撑框架，所述支撑框架与所述变压器模块之间连接有阻容均压装置。

作为优选方案，还包括：

斜拉绝缘子,倾斜设置，连接在相邻的两层所述变压器模块之间。

作为优选方案，位于最上层的所述变压器模块的上方在高度方向保持间隔设有屏蔽罩，所述屏蔽罩通过支撑绝缘子柱支撑在所述变压器模块的上方，并与所述变压器模块之间连接有阻容均压装置。

本发明技术方案，具有如下优点：

1.本发明提供的固体绝缘结构的高压级联隔离变压器，采用可适用于直流电压下的绝缘材料，采用半导体屏蔽、主绝缘分阶段浇注技术，可实现变压器的低局部放电设计和高绝缘耐受，同时采用级联连接的方式，形成单元模块化结构，可以根据不同电压等级扩展应用。能够实现从地电位向数十千伏乃至百千伏及以上更高电位供电，并实现高电位的对地隔离。

2.本发明提供的固体绝缘结构的高压级联隔离变压器，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。

3.本发明提供的固体绝缘结构的高压级联隔离变压器，可实现在直流系统的应用，具有低局部放电特点，同时在直流电压下具有很低的空间电荷积累。该设计以基本的高压绕组套管为基本绝缘结构单元，采用单元模块化结构设计，通过电气级联连接形式，实现不同电压等级扩展应用。

4.本发明提供的固体绝缘结构的高压级联隔离变压器，具有独立结构的变压器模块，包含了两个高压绕组套管、两个低压绕组、铁芯结构和附属支撑结构，在结构上组装成一个结构整体。该变压器模块的一个高压绕组套管对应一个低压绕组，形成一个完整的子变压器单元，因此一个变压器模块实际包含了两个子变压器单元，这两个子单元采用级联连接。

5.本发明提供的固体绝缘结构的高压级联隔离变压器，为了实现更高直流电压等级应用，将变压器模块在结构上做成一个整体、在电气连接上级联连接，形成一个高压级联隔离变压器整体。由于多个变压器级联连接，在高电压下需要进行均压设计，因此在高压级联隔离变压器的每个变压器模块旁边并联了阻容均压装置，以实现在暂稳态电压下的均压。为了实现高压级联隔离变压器的高压下应用，并抑制高压下的电晕放电，在变压器的外围增加了屏蔽罩，实现高压下畸变场强优化和抑制。

6.本发明提供的固体绝缘结构的高压级联隔离变压器，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，本发明专利在设计上规避了传统干式变压器的设计局限性，通过创新的设计实现方法，抑制了固体绝缘内部的局部放电、控制了外部的空间场强、解决了直流电压的空间电荷积累，结构紧凑，易于扩展。并且，不仅可以为无源电力电子设备隔离供能，也可扩展到常规交流电力传输领域。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式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方式，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为本发明的固体绝缘结构的高压级联隔离变压器的一种实施方式的立体结构示意图。

图2为一个变压器模块的立体结构示意图。

图3为图2中的变压器模块的电连接示意图。

图4为高压绕组的立体结构示意图。

附图标记说明：

1、变压器模块；2、支撑绝缘子柱；3、阻容均压装置；4、封装绝缘筒；5、端部均压环；6、屏蔽罩；7、斜拉绝缘子；8、子变压器单元；9、高压绕组；10、低压绕组；11、连接母排；12、均压罩；13、主体绝缘结构；14、沿面绝缘伞裙。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，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做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。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“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，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，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，可以是固定连接，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；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

本实施例提供一种固体绝缘结构的高压级联隔离变压器的具体实施方式。

如图1所示，高压级联隔离变压器由n(n≥1)个变压器模块1按照高度方向叠放，相邻两个变压器模块1之间保留一定的空气净距，以实现高压下的电气绝缘隔离。相邻两个变压器模块1之间通过支撑绝缘子柱2支撑，并且位于最下层的一级变压器模块1也采用支撑绝缘子柱2支撑起一定高度，从而用于实现该级变压器模块1的对地绝缘隔离。

在变压器模块1的外侧悬挂固定有阻容均压装置3，阻容均压装置3用以连接上下两层之间的变压器模块1；所述阻容均压装置3由均压电容、均压电阻、封装绝缘筒4和端部均压环5组成。本实施例中采用悬挂式阻容均压装置3，可有利于降低变压器占地面积，也有利于更换维护。

在高压级联隔离变压器的顶部设置有屏蔽罩6，该屏蔽罩6用以实现高电压下隔离变压器的电场均匀和电晕抑制。

为了保证高压级联隔离变压器的结构稳定，并满足抗震设防烈度要求，在每一层变压器模块1之间连接有斜拉绝缘子7，用于实现结构加固。

如图2所示，变压器模块1包括：并列设置的两个级联连接的子变压器单元8，两个子变压器单元8均具有：高压绕组9和与该高压绕组9同轴设置的低压绕组10，两个高压绕组9的绕组方向相反，两个所述低压绕组10之间通过连接母排11电连接。在外部结构布置上，两个高压绕组9的出线端子的朝向上下相反，其中一个高压绕组9的出线端为第一子变压器单元8的进线端，另外一个高压绕组9的出线端为第二子变压器单元8的出线端；

所述变压器模块1还包括铁芯组件和均压罩12。所述铁芯组件内部包含了铁芯叠片和保证铁芯碟片加紧和结构强化的夹件。该铁芯组件设置在高压绕组9套管内部，在铁芯组件上同轴布置了低压绕组10，低压绕组10以铁芯组件为支撑骨架，直接固定在铁芯的臂上。

如图3所述，两个子变压器单元8采用串联连接，其中一个铁芯臂上的高压绕组9与其同轴的低压绕组10形成一个子变压器单元8，该子变压器单元8的进线端是高压绕组9，出线端是低压绕组10；该子变压器单元8的低压绕组10连接至第二子变压器单元8的低压绕组10，则第二子变压器单元8的进线端是低压绕组10，出线端为高压绕组9。两个子变压器单元8采用串联连接，可实现电压等级提高一倍的效果。

如图4所示，所述高压绕组9采用套管结构，应用适用于直流电压的固体绝缘材料，如硅橡胶或者三元乙丙橡胶，采用高压注射成型工艺，将高压绕组9浇注成整体。具体的，该套管包括被固体绝缘材料浇注在内部的高压绕组9、主体绝缘结构13和沿面绝缘伞裙14，主体绝缘结构13实现高压绕组9对低电位之间的绝缘隔离，沿面绝缘伞裙14是实现直流电压下运行过程中积污所必须保证的沿面绝缘耐受。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。