一种轻型干式空心电抗器及其制造方法与流程

1.本发明属于电抗器技术领域，具体涉及一种轻型干式空心电抗器及其制造方法。


背景技术：

2.干式空心电抗器产品是电网供配电系统中重要的产品之一，主要用于滤除电网各次谐波电流、限制线路短路电流水平、补偿线路无功容量和平波等。在国际市场中，干式空心电抗器产品主要分为环氧包封重型结构和干绕浸胶轻型结构两种，每种结构都有各自的优缺点。其中轻型结构具有散热性能好，材料用量少的优势，在交直流电抗器产品中，轻型干式空心电抗器占有较大的优势。
3.目前，无论在国际市场上还是在国内市场上，轻型结构的干式空心电抗器都具有很强的竞争力，然而，目前按照常规方法制造的干式空心电抗器依然存在尺寸较大，成本高等缺点，并且制造工序多且耗时长，尤其在电抗器的电气参数来说，还会改变电抗器的体积与重量，而且还存在局部温度过高、匝间绝缘击穿等现象，极易引起重大安全事故。
4.中国专利(cn113113216a)公开了一种轻型电抗器，其包括多个同轴设置的包封，包封之间通过浸胶的绝缘层进行粘合，包封的上下两端分别设置有星型架，每个星型架上分别设置有一个接线端子，下端部星型架的下方设置有支柱，支柱下方设置有底座。其能够使得包封之间更加稳定和牢固的同事，大幅度减轻电抗器的重量，但是该发明通过去除传统电抗器撑条结构来实现电抗器产品重量减轻的措施具有很大的弊端和隐患。因为电抗器包封层间的撑条在产品结构中起到散热通道的作用，没有了撑条结构，电抗器导线内的热量无法顺利通过通道散热，产品将极易出现局部温度过高，从而进一步造成绝缘加速热老化、匝间绝缘击穿等现象。该专利仅适用于发热量较小的小型电抗器线圈。
5.中国专利(cn114582605a)公开了一种开放式限流电抗器及其制作方法，其包括绕组、线圈夹紧装置，绕组包括多块绝缘板以及线圈，绝缘板上开设有多个容纳线圈的卡槽，绕组与线圈夹紧装置连接以夹紧固定绕组，线圈夹紧装置包括上星型架、下星型架以及绝缘拉杆，上星型架、下星型架分别安装在绕组的上、下端部，上星型架、下星型架之间通过绝缘拉杆连接，该方法通过绝缘板加工、立胎、绕制、组装、浸漆五个步骤完成对电抗器的加工。其加工工序更少，整体重量降低，尺寸降低，增强了电抗器的散热能力，但是该专利线圈采用裸硬铝扁线绕制，利用锯齿状绝缘板进行固定导线。导线上无绝缘膜结构，匝间绝缘仅靠绝缘板锯齿隔开进行绝缘，导线匝间绝缘的安全性非常低。因为在冲击电压下，该线圈结构导线与导线间极易发生沿面闪络放电。而包裹有绝缘膜的导线，其在冲击电压下有多层绝缘膜进行保护，且每次绝缘膜均能耐受一定冲击电压数值。因此通常条件下上述专利导线匝间起始放电电压值要小于包裹有绝缘膜材质的线圈。另外，由于专利提及的锯齿状绝缘板存在加工局限性，当电抗器电感值较大时，线圈匝数需要成百上千匝时，该专利涉及线圈在工厂内无法生产。因此该结构线圈仅适用于电感量小，线圈匝数有限且产品绝缘要求不高的产品。


技术实现要素：

6.为解决现有技术中存在的不足，本发明的目的在于，提供一种轻型干式空心电抗器及其制造方法，该电抗器采用干绕浸胶轻型结构，有效降低干式空心电抗器的制造成本，提高产品的生产效率。
7.本发明采用如下的技术方案：
8.一种轻型干式空心电抗器，其包括：汇流架、绕组层以及绝缘垫块，所述绕组层呈圆柱形结构；所述汇流架分别设置在绕组层的上下两端，上、下两端的两个汇流架通过紧固结构连接，并对绕组层进行紧固；所述汇流架与绕组层之间设置有绝缘垫块；所述紧固结构为绝缘拉杆结构或绝缘拉带结构。
9.作为本发明的一种优选实施方式，所述绕组层包括电抗器线圈，所述电抗器线圈采用铝绞线或换位铝导线绕制而成，其上包裹有2～3层绝缘膜，其最外侧包括玻璃丝布带，玻璃丝布带的厚度为0.1mm～0.3mm。
10.作为本发明的一种优选实施方式，导线由多股小节径铝导线绞合或换位铝导线绞合而成，单股铝导线包裹一层或多层绝缘膜。
11.作为本发明的一种优选实施方式，所述绝缘膜材质为聚酯膜或聚酰亚胺薄膜。
12.作为本发明的一种优选实施方式，当所述紧固结构为绝缘拉杆时，其包括拉杆式上米字汇流架、拉杆式绕组层、拉杆式下米字汇流架以及拉杆式绝缘支柱。
13.作为本发明的一种优选实施方式，当所述紧固结构为绝缘拉带时，其包括拉带式上米字汇流架、拉带式绕组层、拉带式下米字汇流架以及拉带式绝缘支柱。
14.作为本发明的一种优选实施方式，所述拉杆式绕组层通过吊臂处绝缘拉杆以及吊臂间绝缘拉杆拉进固定，吊臂处绝缘拉杆以及吊臂间绝缘拉杆分别通过吊臂处绝缘垫块以及吊臂间绝缘垫块固定于拉杆式绕组层上。
15.作为本发明的一种优选实施方式，所述拉杆式上米字汇流架、拉杆式绕组层以及拉杆式下米字汇流架设置在拉杆式绝缘支柱的上方。
16.作为本发明的一种优选实施方式，所述拉带式绕组层通过无纬绑扎带拉紧固定，无纬绑扎带的上端通过拉带式上吊臂与绕组层间绝缘垫块固定在拉带式上米字汇流架吊臂两侧的拉带式上吊臂圆形铝柱上，下端通过拉带式下吊臂与绕组层间绝缘垫块固定在拉带式下米字汇流架吊臂两侧后期安装的拉带式下吊臂椭圆形调节铝柱上。
17.作为本发明的一种优选实施方式，所述拉带式上米字汇流架、拉带式绕组层以及拉带式下米字汇流架设置在拉带式绝缘支柱的上方。
18.一种如上所述的轻型干式空心电抗器的制造方法，其特征在于：
19.所述制造方法包括以下步骤：
20.步骤1，将铝绞线或换位铝导线直接绕制在固定尺寸的绕线胎具上，绕制绕组层；
21.步骤2，各绕组层绕制完成后，直接利用压紧工装将各绕组层整体进行压紧，压紧压力值达到预设值后，安装吊臂间绝缘拉杆或无纬绑扎带对各绕组层进行固定；
22.步骤3，将装配有压紧工装和拉紧结构的各绕组层整体浸入绝缘漆槽内进行浸漆，浸漆完成后，将各绕组层取出，并将其送入烘干炉进行烘干固化；
23.步骤4，将烘干固化的绕组层运出烘干炉，待冷却后拆除压紧工装，经导线做头、线圈精整、线圈表面喷涂底漆、面漆以及rtv-ii防紫外线漆后产品最终成型。
24.作为本发明的一种优选实施方式，步骤1中，所述绕线胎具上铺设有玻璃丝布对导线进行保护，且具备压线工装。
25.作为本发明的一种优选实施方式，步骤3中，将浸漆完成后绕组层滴漆0.5～1小时后，再送入烘干炉进行烘干固化。
26.与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
27.(1)本专利轻型电抗器产品各绕组层间存在撑条结构，产品具备良好的散热通道和散热条件，不仅能够适用于小容量形电抗器产品，也能适用于大容量电抗器产品设计。同时产品设计中通过调整撑条的宽度，可以调整线圈整体的散热体系，来实现不同尺寸线圈的最优散热条件设计。
28.(2)本专利轻型电抗器产品采用玻璃丝布和绝缘膜共同包裹的铝绞线或换位铝导线，产品匝间绝缘安全裕度大，适用于低、中、高、超高、特高压系统电抗器产品设计。另外，本专利轻型电抗器产品结构不受相关配件的限制，可以适用于较大电感值的电抗器设计。
29.(3)传统环氧包封产品在各包封层的导线出线处容易存在缝隙。为避免雨水进行包封内，通常在电抗器产品上方配置防雨帽。而本专利轻型产品采用整体浸胶(工艺)，无缝隙风险，不必配置防雨帽。
30.(4)受轻型电抗器产品的工艺条件影响，本专利轻型产品线圈只能采用多股的绞合导线或换位导线进行绕制，无单丝线绕制形式，不存在导线根部断线风险，产品的故障率低。对于大容量电抗器产品，采用多股换位铝导线进行绕制，产品的损耗小，导线匝间绝缘裕度大，产品性能好。
31.(5)传统环氧包封产品各层导线由较厚的环氧玻璃纱包裹。由于玻璃纱缠绕过程中呈“绳”状缠绕，工艺实现中为达到较为密实的要求，需要包裹纱的量较大，线圈整体重量较重。本专利轻型产品的导线以及表面采用经纬密度大的玻璃纤维带包裹，线圈绕制完成后整体浸胶固化。线圈整体重量较包封产品轻30％以上。另外，在相同技术条件下轻型产品所需要的吊臂数量以及底部支撑绝缘子的数量要少，更利于产品损耗控制和抗地震能力设计。在海上风电项目柔性直流输电工程中，轻型方案对于整个海上平台的轻量化设计具有重要意义。
32.(6)相同参数条件下，由于环氧包封产品和轻型方案产品的散热通道形式和结构是一样的，因此两种方案的导线用量是基本一致。即轻型方案线圈较包封方案轻的主要源头主要在环氧包封的重量上。本专利轻型产品的导线外部包裹的绝缘层较包封产品要薄，因此在产品运行过程中，导线的散热性能方面要比包封产品好。
33.(7)相同技术条件下，本专利轻型产品的外径尺寸要小于包封产品。且电抗器产品的容量越大，轻型方案产品的尺寸优势越明显。对于部分土地面积受限的设备安装现场，电抗器尺寸的缩小能够有效减小产品的防磁范围，从而减小电抗器整体的占地面积。
34.(8)相同参数条件下，本专利轻型产品的价格要低于包封产品。
附图说明
35.图1为绝缘拉杆紧固式轻型电抗器成品示意图；
36.图2为绝缘拉杆紧固式轻型电抗器线圈上部放大图；
37.图3绝缘拉带紧固式轻型电抗器成品示意图；
38.图4绝缘拉带紧固式轻型电抗器线圈上部放大图；
39.图5绝缘拉带紧固式轻型电抗器线圈下部放大图；
40.图6为绝缘拉杆紧固式轻型电抗器各包封层与吊臂连接处所用绝缘垫块放大图；
41.图7为绝缘拉杆紧固式轻型电抗器绕组层间使用的通风条放大图；
42.图8为绝缘拉杆紧固式轻型电抗器用于压紧绕组层的绝缘拉杆放大图；
43.图9为绝缘拉杆紧固式轻型电抗器中用于连接吊臂与绝缘拉杆的l型支板三视图；
44.图10为绝缘拉杆紧固式轻型电抗器吊臂间所用绝缘垫块放大图
45.图11为绝缘拉带紧固式轻型电抗器包封层与吊臂连接处所用绝缘垫块放大图；
46.附图标记说明：
47.1-拉杆式上米字汇流架；2-拉杆式绕组层；3-拉杆式下米字汇流架；4-拉杆式绝缘支柱；5-吊臂处绝缘拉杆；6-l型支板；7-拉杆式单个绕组层；8-拉杆式绕组层间通风条；9-吊臂间绝缘拉杆；10-吊臂间绝缘垫块；11-吊臂处绝缘垫块；12-拉带式上米字汇流架；13-拉带式绕组层；14-拉带式下米字汇流架；15-拉带式绝缘支柱；16-拉带式过渡支座；17-拉带式上出线端子板；18-拉带式上吊臂圆形铝柱；19-无纬绑扎带；20-拉带式上吊臂与绕组层间绝缘垫块；21-拉带式下出线端子板；22-拉带式下吊臂椭圆形调节铝柱；23-拉带式下吊臂与绕组层间绝缘垫块。
具体实施方式
48.下面结合附图对本技术作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本技术的保护范围。
49.图1和图3分别是绝缘拉杆紧固式轻型电抗器成品示意图以及绝缘拉带紧固式轻型电抗器成品示意图，如图1和图3所示，本发明的一种轻型干式空心电抗器包括汇流架、绕组层以及绝缘垫块。
50.绕组层呈圆柱形结构，汇流架分别设置在绕组层的上下两端，上、下两端的两个汇流架通过紧固结构连接，并对绕组层进行紧固，汇流架与绕组层之间设置有绝缘垫块，紧固结构为绝缘拉杆结构或绝缘拉带结构。
51.绕组层包括电抗器线圈，所述电抗器线圈采用铝绞线或换位铝导线绕制而成，其上包裹有2～3层绝缘膜，其最外侧包括玻璃丝布带，玻璃丝布带的厚度为0.1mm～0.3mm，导线由多股小节径铝导线绞合或换位铝导线绞合而成，单股铝导线包裹一层或多层绝缘膜。
52.绝缘膜材质为聚酯膜或聚酰亚胺薄膜。
53.如图1、图2以及图6至图10所示，当紧固结构为绝缘拉杆时，其包括拉杆式上米字汇流架1、拉杆式绕组层2、拉杆式下米字汇流架3以及拉杆式绝缘支柱4。
54.拉杆式绕组层2包括若干个拉杆式单个绕组层7，若干个拉杆式单个绕组层7的直径依次减小，其按照同中心轴的方式均匀布设，每相邻两个拉杆式单个绕组层7之间设置有拉杆式绕组间通风条8。
55.拉杆式绕组层2通过吊臂处绝缘拉杆5以及吊臂间绝缘拉杆9拉进固定，吊臂处绝缘拉杆5以及吊臂间绝缘拉杆9分别通过吊臂处绝缘垫块11以及吊臂间绝缘垫块10固定于拉杆式绕组层2上，吊臂处绝缘拉杆5与吊臂处绝缘垫块11之间通过l型支板6连接起来。拉杆式上米字汇流架1、拉杆式绕组层2以及拉杆式下米字汇流架3设置在拉杆式绝缘支柱4的
上方。
56.绝缘拉杆为环氧拉杆，其两个端部分别设置有金属套头，由端部的金属套头向中间依次分布有螺母、弹簧垫圈以及平垫圈。
57.如图3至图5以及图11所示，当紧固结构为绝缘拉带时，其包括拉带式上米字汇流架12、拉带式绕组层13、拉带式下米字汇流架14以及拉带式绝缘支柱15。
58.拉带式绕组层13通过无纬绑扎带19拉紧固定，无纬绑扎带19的上端通过拉带式上吊臂与绕组层间绝缘垫块20固定在拉带式上米字汇流架12吊臂两侧的拉带式上吊臂圆形铝柱18上，下端通过拉带式下吊臂与绕组层间绝缘垫块23固定在拉带式下米字汇流架14吊臂两侧后期安装的拉带式下吊臂椭圆形调节铝柱22上。拉带式上米字汇流架12、拉带式绕组层13以及拉带式下米字汇流架14设置在拉带式绝缘支柱15的上方，拉带式绝缘支柱15的下方设置有拉带式过渡支座16。拉带式上米字汇流架12的端部还设置有拉带式上出线端子板17，拉带式下米字汇流架14的端部还设置有拉带式下出线端子板21。
59.一种如上所述的轻型干式空心电抗器的制造方法，所述制造方法包括以下步骤：
60.步骤1，将铝绞线或换位铝导线直接绕制在固定尺寸的绕线胎具上，绕制绕组层；
61.步骤2，各绕组层绕制完成后，直接利用压紧工装将各绕组层整体进行压紧，压紧压力值达到预设值后，安装吊臂间绝缘拉杆9或无纬绑扎带19对各绕组层进行固定；
62.步骤3，将装配有压紧工装和拉紧结构的各绕组层整体浸入绝缘漆槽内进行浸漆，浸漆完成后，将各绕组层取出，并将其送入烘干炉进行烘干固化；
63.步骤4，将烘干固化的绕组层运出烘干炉，待冷却后拆除压紧工装，经导线做头、线圈精整、线圈表面喷涂底漆、面漆以及rtv-ii防紫外线漆后产品最终成型。
64.步骤1中，绕线胎具上铺设有玻璃丝布对导线进行保护，且具备压线工装。
65.步骤3中，将浸漆完成后绕组层滴漆0.5～1小时后，再送入烘干炉进行烘干固化。
66.与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
67.(1)本专利轻型电抗器产品各绕组层间存在撑条结构，产品具备良好的散热通道和散热条件，不仅能够适用于小容量形电抗器产品，也能适用于大容量电抗器产品设计。同时产品设计中通过调整撑条的宽度，可以调整线圈整体的散热体系，来实现不同尺寸线圈的最优散热条件设计。
68.(2)本专利轻型电抗器产品采用玻璃丝布和绝缘膜共同包裹的铝绞线或换位铝导线，产品匝间绝缘安全裕度大，适用于低、中、高、超高、特高压系统电抗器产品设计。另外，本专利轻型电抗器产品结构不受相关配件的限制，可以适用于较大电感值的电抗器设计。
69.(3)传统环氧包封产品在各包封层的导线出线处容易存在缝隙。为避免雨水进行包封内，通常在电抗器产品上方配置防雨帽。而本专利轻型产品采用整体浸胶(工艺)，无缝隙风险，不必配置防雨帽。
70.(4)受轻型电抗器产品的工艺条件影响，本专利轻型产品线圈只能采用多股的绞合导线或换位导线进行绕制，无单丝线绕制形式，不存在导线根部断线风险，产品的故障率低。对于大容量电抗器产品，采用多股换位铝导线进行绕制，产品的损耗小，导线匝间绝缘裕度大，产品性能好。
71.(5)传统环氧包封产品各层导线由较厚的环氧玻璃纱包裹。由于玻璃纱缠绕过程中呈“绳”状缠绕，工艺实现中为达到较为密实的要求，需要包裹纱的量较大，线圈整体重量
较重。本专利轻型产品的导线以及表面采用经纬密度大的玻璃纤维带包裹，线圈绕制完成后整体浸胶固化。线圈整体重量较包封产品轻30％以上。另外，在相同技术条件下轻型产品所需要的吊臂数量以及底部支撑绝缘子的数量要少，更利于产品损耗控制和抗地震能力设计。在海上风电项目柔性直流输电工程中，轻型方案对于整个海上平台的轻量化设计具有重要意义。
72.(6)相同参数条件下，由于环氧包封产品和轻型方案产品的散热通道形式和结构是一样的，因此两种方案的导线用量是基本一致。即轻型方案线圈较包封方案轻的主要源头主要在环氧包封的重量上。本专利轻型产品的导线外部包裹的绝缘层较包封产品要薄，因此在产品运行过程中，导线的散热性能方面要比包封产品好。
73.(7)相同技术条件下，本专利轻型产品的外径尺寸要小于包封产品。且电抗器产品的容量越大，轻型方案产品的尺寸优势越明显。对于部分土地面积受限的设备安装现场，电抗器尺寸的缩小能够有效减小产品的防磁范围，从而减小电抗器整体的占地面积。
74.(8)相同参数条件下，本专利轻型产品的价格要低于包封产品。
75.本发明申请人结合说明书附图对本发明的实施示例做了详细的说明与描述，但是本领域技术人员应该理解，以上实施示例仅为本发明的优选实施方案，详尽的说明只是为了帮助读者更好地理解本发明精神，而并非对本发明保护范围的限制，相反，任何基于本发明的发明精神所作的任何改进或修饰都应当落在本发明的保护范围之内。