一种高压绕组及干式变压器的制作方法

1.本技术涉及电力变压器技术领域，特别是涉及一种高压绕组及干式变压器。


背景技术：

2.目前变压器可分为：油浸式变压器、干式变压器、气体变压器。干式变压器具有无油、防火、寿命长、节能低噪、维护简单、安全可靠等优点。当前市场上干式变压器的高压绕组多采用环氧树脂或液态硅橡胶作为主绝缘材料，生产效率低、成本高，且由于制造工艺等缺陷，容易引起局部放电。


技术实现要素：

3.针对现有技术的不足，本技术的目的在于提供一种高压绕组及干式变压器，本技术的高压绕组具备较好的导热率，主绝缘材料分布均匀，以避免产生电场分布不均的现象，同时制备效率高、成本低。
4.为实现上述目的，本技术所采用的技术方案是：一种高压绕组，包括绕线体、高压线圈和高压绝缘层，导线绕制在绕线体上形成高压线圈，高压绝缘层填充绕线体和高压线圈之间的间隙并包覆绕线体的两端，绕线体和高压外绝缘层均为高温硫化硅橡胶，绕线体的外周面上设有若干环形绕线槽。
5.该高压绕组采用高温硫化硅橡胶制成的绕线体，通过整体真空注射一次成型，使高压绕组整体制备时间缩短，生产效率高。
6.其中，绕线体为空心柱体，若干绕线槽沿绕线体的轴向间隔设置，相邻两个绕线槽之间形成绕线齿，用于导线的绕制，绕线体的两端面均设置为绕线齿的端面，能够保证导线绕制得更牢靠，防止在注射高压绝缘层的过程中由于较大的注射压力将绕线体损坏，造成导线移位。
7.其中，导线在绕线槽中绕制形成高压线圈，使得导线的绕制更加牢靠，绕线槽能够均衡支撑导线。
8.其中，将绕线齿沿绕线体轴向的高度定义为齿高，位于绕线体中部的齿高和绕线体两端的齿高均大于绕线体其他部分的齿高。绕线板中部需要引出分接线的分接头，将绕线板中部的齿高设置大一点可以为分接头留出放置空间。以及，由于高压线圈的端部场强不均，将绕线板两端的齿高设置大一点可均匀电场。
9.其中，绕线齿上设有用于导线穿绕的缺口，避免导线在绕制过程中损伤绕线体。
10.其中，高压绕组还包括至少一个第一支撑辅助件，第一支撑辅助件抵接高压线圈的外周面，能够防止导线在注射过程中发生位置偏移，有效提高产品的质量稳定性。
11.其中，所有绕线齿上均设置卡槽，若干卡槽位于同一条直线上形成卡槽组，第一支撑辅助件设置在卡槽组中，保证第一支撑辅助件不容易掉落。
12.其中，若干卡槽所位于的直线与绕线体的轴线平行，在绕线体的周向上设置若干组卡槽组，即若干卡槽沿绕线体的轴向设置，使第一支撑辅助件的用料最省，且可设置多个
第一支撑辅助件，进一步固定导线，从而达到防止导线移位的目的。
13.其中，高压绕组为三相一体结构，绕线体设置有三个，高压线圈设置有三个，绕制有高压线圈的三个绕线体呈直线型对称结构，能够避免分体式高压绕组的三相震动不同步引发的高压绕组开裂问题，以及使得各相高压绕组之间的绝缘距离缩短，减少了上铁轭和下铁轭的硅钢片用量，进而减小铁芯的总体积，从而降低高压绕组的空载损耗。
14.本技术的目的之二在于提供一种干式变压器，包括前述高压绕组。
15.本技术的有益效果是：本技术的高压绕组中，绕线体和高压绝缘层均采用高温硫化硅橡胶作为主绝缘结构，相比现有技术中的环氧树脂作为主绝缘结构，其高温硫化硅橡胶中的填料分散均匀，不会因填料团聚而使干式变压器产生局部放电，使干式变压器的整体性能更优。且本技术的高压绕组整体工艺成型时间能够大幅度缩短，提高生产效率；绕线体和高压绝缘层采用相同的材质，能够避免不同材质的绕线体和高压绝缘层之间的电场分布不均匀。
附图说明
16.图1是本技术一实施方式的干式变压器10的主视图；
17.图2是本技术一实施方式的干式变压器10的俯视图；
18.图3是本技术一实施方式的装配后的铁芯110的主视图；
19.图4是图2中g处的放大图；
20.图5是本技术一实施方式的绕线体1310的立体示意图；
21.图6是图5中h处的放大图；
22.图7是本技术一实施方式的高压线圈1320绕制在绕线体1310上的立体示意图；
23.图8是图7中j处的放大图；
24.图9是本技术一实施方式的高压绕组130的立体示意图；
25.图10是本技术一实施方式的工装连接件101的立体示意图；
26.图11是本技术一实施方式的高压绕组130的局部截面图；
27.图12是本技术另一实施方式的三组高压线圈1320分别绕制在三个绕线体1310后排列的立体示意图；
28.图13是本技术另一实施方式的三相高压绕组130的立体示意图。
具体实施方式
29.根据要求，这里将披露本技术的具体实施方式。然而，应当理解的是，这里所披露的实施方式仅仅是本技术的典型例子而已，其可体现为各种形式。因此，这里披露的具体细节不被认为是限制性的，而仅仅是作为权利要求的基础以及作为用于教导本领域技术人员以实际中任何恰当的方式不同地应用本技术的代表性的基础，包括采用这里所披露的各种特征并结合这里可能没有明确披露的特征。
30.本技术中所述的“连接”，除非另有明确的规定或限定，应作广义理解，可以是直接相连，也可以是通过中间媒介相连。在本技术的描述中，需要理解的是，“上”、“下”、“端部”、“一端”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技术和简化描述，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技术的限制。
31.如图1-图3所示，干式变压器10为三相干式变压器10，三相分别为a相、b相和c相，根据铁芯110的结构不同，三相干式变压器10可以为呈直线型或三角形的对称结构。此外，该干式变压器也可以为隔离变压器、变频变压器、试验变压器等。
32.在一实施例中，继续参阅图1-图3，干式变压器10为直线型对称结构，干式变压器10包括铁芯110、低压绕组120和高压绕组130。铁芯110包括三个柱状铁芯体111、位于三个柱状铁芯体111上端的上铁轭112和位于三个柱状铁芯体111下端的下铁轭113。低压绕组120设置为三个，分别套设在三个柱状铁芯体111的外周。高压绕组130也设置为三个，分别套设在三个低压绕组120的外周。即三个柱状铁芯体111、三个低压绕组120和三个高压绕组130从内向外依次一一对应套设，从而形成三相干式变压器10。且每相的柱状铁芯体111、低压绕组120、高压绕组130同轴设置，即三者的轴向为同一方向。柱状铁芯体111由多层硅钢片叠加而成，在多层硅钢片外用扎带进行绑扎固定，柱状铁芯体111的径向截面大致呈椭圆形或者圆形或者其他形状，只要能被容纳在低压绕组120的空心腔中即可，在此不作限制。上铁轭112和下铁轭113也是通过多层硅钢片叠加而成，使三个柱状铁芯体111固定连接，从而形成铁芯110。
33.示意性的，本技术提供了一种简便的铁芯110、低压绕组120和高压绕组130的装配方法。铁芯110的下铁轭113首先通过多层硅钢片叠加而成并设置在干式变压器10的底部，然后在下铁轭113的两端和中间部位分别插设多层硅钢片形成三个柱状铁芯体111，再在柱状铁芯体111外依次套设低压绕组120、高压绕组130，最后在三个柱状铁芯体111的上端再通过水平插设多层硅钢片形成上铁轭112，从而完成铁芯110、低压绕组120和高压绕组130的装配。
34.铁芯110的外侧设置有铁芯夹件140，铁芯夹件140用于夹持铁芯110。铁芯夹件140可以为槽钢件，也可以为空心管件，在此不作限制。铁芯夹件140设置为四个，其中两个铁芯夹件140对称位于铁芯110上端的两侧且位于高压绕组130的上方；另外两个铁芯夹件140对称位于铁芯110下端的两侧且位于高压绕组130的下方。
35.结合图2和图4所示，低压绕组120包括铜箔121、低压绝缘层122和支撑条123，铜箔121和低压绝缘层122交替设置。铜箔121通过整张铜箔纸卷绕成型，低压绝缘层122与铜箔121重叠设置后共同卷绕，如此实现铜箔121和低压绝缘层122的交替设置。
36.低压绕组120中设有至少一条散热气道，该散热气道位于相邻的铜箔121和低压绝缘层122之间，以及支撑条123位于该散热气道内，用于支撑隔离相邻的铜箔121和低压绝缘层122。
37.低压绝缘层122采用聚酰亚胺浸渍纸，具体可以为shs-p二苯醚预浸材料，选用聚酰亚胺薄膜与聚砜纤维非织布柔软复合材料浸渍二苯醚树脂后烘烤而成，当然低压绝缘层也可以采用dmd绝缘纸或硅橡胶薄膜，或者其他绝缘材料，根据干式变压器不同的温升等级选取即可。
38.绝缘支撑条123由玻璃纤维浸渍环氧树脂制成，或者由芳纶纤维浸渍环氧树脂制成，在此不作限制。并且，绝缘支撑条123为截面呈工字型的长条，机械强度更稳定。当然，绝缘支撑条也可以为截面呈方形或者其他形状的长条，只要能够起到支撑隔离的作用即可。
39.低压绕组120的内圈层还设有内引线铜排，低压绕组120的外圈层还设有外引线铜
排，内引线铜排和外引线铜排的自由端上设置连接孔，铁芯夹件140靠近铁芯110的侧面上设有通孔(图未示)，该连接孔与铁芯夹件140上的通孔对应匹配后紧固连接。
40.如图5-图10所示，高压绕组130包括绕线体1310、高压线圈1320和高压绝缘层1330，导线绕制在绕线体1310上形成高压线圈1320。绕线体1310为空心柱体，可以是空心圆柱体，也可以是空心椭圆柱体，或者是其他空心柱状体。结合图5和图6，绕线体1310的外周面上设有若干环形绕线槽1312，若干绕线槽1312沿绕线体1310的轴向间隔设置，相邻两个绕线槽1312之间形成绕线齿1311。导线绕制在绕线槽1312中形成高压线圈1320，高压线圈1320包括若干段线圈，若干段线圈沿绕线体1310的轴向间隔布置，使得导线的绕制更加牢靠，能够均衡支撑导线。其中，绕线体1310采用高温硫化硅橡胶，通过整体真空注射工艺一次成型，同时形成若干环形绕线槽1312，使高压绕组130整体制备时间缩短，生产效率高。绕线体1310的轴向与高压绕组130的轴向为同一方向。其中，整体真空注射工艺是指硅橡胶原料在真空状态下一次注射形成高温硫化硅橡胶。
41.相邻两个绕线槽1312之间形成绕线齿1311，使得导线在绕线体1310外周面的绕制更加牢靠，能够均衡支撑导线，且绕线体1310的两端面均设置为绕线齿1311的端面，相比将绕线体1310的两端设置为绕线槽1312，能够保证导线绕制得更牢靠，防止在注射高压绝缘层1330的过程中由于较大的注射压力将绕线体1310损坏，造成导线移位。
42.将绕线齿1311沿绕线体1310轴向的高度定义为齿高，在绕线体1310的轴向上，位于绕线体1310中部的齿高和绕线体1310两端的齿高均大于绕线体1310其他部分的齿高，这是由于高压线圈1320的端部场强不均，将绕线体1310两端的齿高设置大一点可均匀电场，而绕线体1310中部需要引出分接线的分接头，将绕线体1310中部的齿高设置大一点，则对应的相邻两个绕线槽1312之间的距离更大，可以为从绕线体1310中部引出的分接头留出放置空间。
43.其中，绕线齿1311上还设有用于导线穿绕的第一缺口(图未示)，具体是用于导线在上一个绕线槽1312中完成绕制后并过渡到下一个绕线槽1312中时进行穿绕，防止导线在绕线齿1311上穿绕时磨损绕线齿1311，继而避免使绕线体1310的外周出现磨损，避免降低绕线体1310整体的机械强度。
44.绕线体1310上的相邻两个绕线齿1311间至少设置一段线圈，使得每个绕线槽1312中均缠绕有导线，合理分布设置高压线圈1320，且各段线圈实现间隔设置，结构更加稳固，防止线圈窜位。
45.在其他实施方式中，为了让开分接头的设置位置，绕线体中部的绕线齿也可以设置第二缺口，此时各个分接头从第二缺口引出并置于第二缺口处，如此分接头不会直接接触绕线齿而对绕线齿造成磨损，从而绕线体中部的绕线齿的齿高无需设置更大，也能够留出各个分接头的放置位置，可以降低绕线体的制造成本。
46.在本实施方式中，绕线槽1312为环形槽，进而相邻两个绕线槽1312之间的绕线齿1311为环形件。在其他实施方式中，绕线体上也可以沿其轴向设置若干绕线板，且若干绕线板在绕线体的外周面上周向均布，通过在若干绕线板上对应开槽以形成绕线槽，此时只需设计相应的绕线体注射模具，即可通过整体真空注射成型相应结构的绕线体。
47.继续结合图5-图10所示，导线周向绕制在绕线体1310的外周面上形成高压线圈1320。具体地，导线从绕线体1310的一端向绕线体的另一端绕制，通过在绕线体1310一端的
绕线槽1312向绕线体1310另一端的绕线槽1312中绕制，使高压线圈1320在绕线体1310的轴向上呈间隔分布，并且导线在绕制完成后首尾端形成两个外接，分别为第一外接d和第二外接x，第一外接d用于连接电缆，第二外接x用于连接其他外接线，比如在三相变压器中，用于与各相变压器之间的相互连接。导线在绕线体1310沿其轴向的中部共引出六个分接头，分别为分接头2、分接头3、分接头4、分接头5、分接头6和分接头7，六个分接头形成分接开关，为便于描述，将分接头2、分接头4和分接头6定义为第一分接开关，将分接头3、分接头5和分接头7定义为第二分接开关。
48.导线绕制时，在所有绕线槽1312中进行绕制，使得导线绕制形成的每段线圈均与绕线体1310的轴向垂直，绕制方便且导线布置整齐，绕线体1310受力均匀，机械强度好。
49.结合图11所示，为包覆有高压绝缘层1330的高压绕组130沿其轴向剖切的局部截面图，导线采用前述绕制方法，绕制在绕线槽1312中，形成饼式高压线圈1320，在沿高压绕组130的轴向上，饼式高压线圈1320与绕线齿1311间隔设置，即相邻两个绕线齿1311之间设有一饼线圈。该线圈结构具有较好的机械强度，对于短路电流产生的电动力的承受能力强，相比于层式线圈而言，其饼数较多，散热能力也较好。
50.在绕线体1310的轴向上，结合图9所示，分接头6、分接头4和分接头2依次分布形成第一分接开关，分接头3、分接头5和分接头7依次分布形成第二分接开关，且第一分接开关与第二分接开关平行设置，六个分接头形成高压线圈1320的分接装置，用于干式变压器10根据不同运行工况调节电压。
51.其中，导线绕制在绕线体1310上形成高压线圈1320，由此高压线圈1320呈环状，将高压线圈1320的环宽定义为高压线圈1320的宽度，则高压线圈1320在其各径向截面上的宽度均一致，即高压线圈1320的外侧面与绕线体1310的外周面等间距，使高压线圈1320整体受力平衡。当然考虑到实际操作情况，各线圈在其径向截面上的宽度也可以不完全相同，只要大致相同即可。
52.本实施方式中，分接开关包括六个分接头，此时干式变压器10有五个档位可调节电压，在其他实施方式中，分接开关也可以包括四个分接头，即第一分接开关和第二分接开关分别包括两个分接头，此时干式变压器包括三个档位可调节电压，只要符合干式变压器的实际使用需求即可，在此不作限制。
53.如图7-图10所示，高压绝缘层1330包裹高压线圈1320和绕线体1310后形成高压绕组130。其中，高压绝缘层1330为高温硫化硅橡胶，先将导线绕制在绕线体1310上形成高压线圈1320，将绕线体1310和高压线圈1320作为待注射体，将待注射体放入注射机的模具中，通过添加硅橡胶原料，在待注射体的外周整体注射高温硫化硅橡胶，得到高压绕组130。高压绝缘层1330采用高温硫化硅橡胶，整体提高了高压绕组130的绝缘性能和机械性能。
54.在绕线体1310的径向上，将高压绝缘层1330的外表面与其相对应的高压线圈1320的外表面之间的距离定义为高压绝缘层1330的厚度，在高压绕组130的任意位置上，高压绝缘层1330的厚度相等，使得高压绕组130的横截面形状与绕线体1310的横截面形状类似，即高压绕组130整体呈空心柱体，可以是空心圆柱体，也可以是空心椭圆柱体，或者是其他空心柱状体，从而使高压绕组130的重心与绕线体1310的重心大致一致。
55.通过整体真空注射高温硫化硅橡胶包覆高压线圈1320和绕线体1310后，高温硫化硅橡胶填充高压线圈1320和绕线体1310之间的缝隙并包裹绕线体1310的两端，且高温硫化
硅橡胶不包覆绕线体1310的内壁，使高压绕组130整体呈空心柱状，可以是空心圆柱体，也可以是空心椭圆柱体，或者是其他空心柱状体。
56.如此，本技术中的绕线体1310、高压绝缘层1330均采用高温硫化硅橡胶整体真空注射成型，即利用高温硫化硅橡胶作为高压绕组130的主绝缘材料，相比绕线体采用其他材料或工艺制成，本技术的高压绕组130整体工艺成型时间能够大幅度缩短，生产效率高；并且绕线体1310和高压绝缘层1330采用相同的材质，能够避免不同材质的绕线体和高压绝缘层之间的电场分布不均匀。
57.同时，在高压绝缘层1330的制备过程中，除了添加硅橡胶作为原料外，还会添加导热填料，以提升干式变压器10的导热性能。相比采用其他材料作为高压绝缘层，采用高温硫化硅橡胶作为高压绕组130的主绝缘材料，能够实现大比例导热填料的不沉降，即能够保持主绝缘材料的均匀性，进而使干式变压器10的导热率大幅提升不受限。
58.在整体注射高温硫化硅橡胶之前，在高压线圈1320上通过设置工装连接件101，连接六个分接头，避免六个分接头在注射过程中也被硅橡胶包覆而无法用于接线。如图10所示，工装连接件101为铝合金板件，工装连接件101的板面上设有保护腔，该保护腔为六个相同的台阶孔1011，且台阶孔1011的内壁还设有螺纹。六个台阶孔1011平行设置成两列，每列设置三个台阶孔1011使第一分接开关与第二分接开关也平行设置。同时，在整体注射之前，六个分接头分别连接至六个台阶孔1011之后，六个台阶孔1011内均连接螺栓，如此，螺栓可直接填充台阶孔1011剩余空间，防止硅橡胶填充六个台阶孔1011，从而避免六个分接头被硅橡胶包覆后无法用于接线。
59.在一应用场景中，结合图12-图13所示，高压绕组130为三相一体结构，即a相高压绕组131、b相高压绕组132和c相高压绕组133一体成型形成高压绕组130。具体地，高压绕组130包括三个绕线体1310、三组高压线圈1320和高压绝缘层1330，导线在三个绕线体1310上分别绕制形成三组高压线圈1320，绕制有高压线圈1320的三个绕线体1310呈直线型对称结构。高压绝缘层1330一体填充三个绕线体1310和三组高压线圈1320之间的间隙并包覆三个绕线体1310的两端，具体地，每相高压绕组均包括一个绕线体1310和一组高压线圈1320，高压绝缘层1330填充每相高压绕组上的绕线体1310与高压线圈1320之间的间隙以及三组高压线圈1320之间的间隙，同时，高压绝缘层1330还包覆三个绕线体1310的两端和三组高压线圈1320的外周，使三相高压绕组130一体成型。
60.高压绝缘层1330一体包覆三组高压线圈1320和三个绕线体1310，即高压绝缘层1330在三组高压线圈1320和三个绕线体1310外一体成型，形成的高压绕组130为三相一体结构。其中，高压绝缘层1330为高温硫化硅橡胶，先将导线在三个绕线体1310上分别绕制形成三组高压线圈1320，将绕制有高压线圈1320的三个绕线体1310沿直线等间隔排列后作为待注射体，将待注射体放入注射机的模具中，通过添加硅橡胶原料，在待注射体的外周整体注射高温硫化硅橡胶形成高压绝缘层1330，得到三相高压绕组130，高压绝缘层1330一体填充三个绕线体1310和三组高压线圈1320之间的间隙并包覆三个绕线体1310的两端，使三组高压线圈1320和三个绕线体1310外的高压绝缘层1330成为一个整体，则三相高压绕组130也为一个整体。如此，相比分体成型的高压绕组，能够避免分体式高压绕组的三相震动不同步引发的高压绕组开裂问题，以及使得各相高压绕组之间的绝缘距离缩短，减少了上铁轭112和下铁轭113的硅钢片用量，进而减小铁芯110的总体积，从而降低高压绕组130的空载
损耗。
61.在另一应用场景中，高压绕组还包括至少一个第一支撑辅助件(图未示)，第一支撑辅助件呈长条状，所有绕线齿上均设置卡槽，形成若干卡槽，且若干卡槽位于同一条直线上，优选地，若干卡槽所位于的直线与绕线体的轴线平行，第一支撑辅助件沿其长度方向卡设在若干卡槽中，且第一支撑辅助件通过胶黏剂粘接在卡槽内，使第一支撑辅助件能够抵接高压线圈的外周面，进一步固定导线，从而达到防止导线移位的目的。
62.将位于同一条直线上的卡槽定义为卡槽组，在其他实施方式中，卡槽组可以在绕线体的周向上设置若干组，相匹配的第一支撑辅助件也设置若干个，每组卡槽组中对应设置一个第一支撑辅助件，使得若干个第一支撑辅助件对高压线圈施加的力更加均匀稳定，进一步避免导线由于受力不均而发生移位，防止在注射高温硫化硅橡胶以形成高压绝缘层时，由于极高的注射压力，使导线发生移位，进而影响产品的质量。
63.其中，第一支撑辅助件的长度与绕线体的轴向长度相等，也即第一支撑辅助件的长度与高压绕组的轴向长度相等且略大于高压线圈的轴向长度，从而当第一支撑辅助件安装后，在绕线体的轴向上，可以抵接整个高压线圈的外周面，确保高压线圈在绕线体轴向上的各段都能被保护。
64.其中，第一支撑辅助件采用玻璃纤维浸渍环氧树脂制成，成本低、重量轻、机械性能好，同时复合材料生产过程排碳量低，更绿色、更环保，性能更优异。
65.其中，高压绝缘层部分或者完全包覆第一支撑辅助件，形成外周壁连续的高压绕组。
66.在另一实施方式中，如图1-图4所示，提供一种干式变压器10，该干式变压器10为三相变压器，分别为a相、b相和c相，干式变压器10包括铁芯110、三个低压绕组120和三个高压绕组130。其中，铁芯110包括三个柱状铁芯体111、位于三个柱状铁芯体111上端的上铁轭112和位于三个柱状铁芯体111下端的下铁轭113，三个低压绕组120分别套设在三个柱状铁芯体111的外周，三个高压绕组130分别套设在三个低压绕组120的外周。
67.本技术的有益效果是：区别于现有技术的情况，本技术的高压绕组130中，绕线体1310和高压绝缘层1330均采用高温硫化硅橡胶作为主绝缘结构，相比现有技术中的环氧树脂作为主绝缘结构，其高温硫化硅橡胶中的填料分散均匀，不会因填料团聚而使干式变压器产生局部放电，使干式变压器的整体性能更优。且本技术的高压绕组130整体工艺成型时间能够大幅度缩短，提高生产效率；绕线体1310和高压绝缘层1330采用相同的材质，能够避免不同材质的绕线体和高压绝缘层之间的电场分布不均匀。
68.本技术的技术内容及技术特点已揭示如上，然而可以理解，在本技术的创作思想下，本领域的技术人员可以对上述结构和材料作各种变化和改进，包括这里单独披露或要求保护的技术特征的组合，明显地包括这些特征的其它组合。这些变形和/或组合均落入本技术所涉及的技术领域内，并落入本技术权利要求的保护范围。