阅读说明：本技术 非液浸式变压器的绝缘 (Insulation of non-liquid immersed transformer ) 是由 L·桑切斯拉戈 C·罗伊马丁 R·穆里略 L·塞布利恩列斯 A·诺格斯巴列拉斯 于 2019-02-14 设计创作，主要内容包括：公开了非液浸式变压器以及测量变压器的绝缘的老化程度的方法。变压器包括在导电线圈内部的固体绝缘和在该固体绝缘中的一个或多个浮动电极。导电线圈的至少一部分以及一个或多个浮动电极可以分别形成一个或多个电容元件。测量电容元件的电气参数,例如复介电常数,并作为电气参数的测量结果的函数来计算老化程度。(Non-liquid immersed transformers and methods of measuring the degradation of insulation of transformers are disclosed. The transformer includes a solid insulation inside the conductive coil and one or more floating electrodes in the solid insulation. At least a portion of the conductive coil and the one or more floating electrodes may each form one or more capacitive elements. An electrical parameter of the capacitive element, such as the complex dielectric constant, is measured and the degree of ageing is calculated as a function of the measurement of the electrical parameter.)

非液浸式变压器的绝缘

本申请要求于2018年2月15日提交的欧洲专利申请EP18382087.7的优先权。

技术领域

本公开涉及变压器，并且更具体地涉及非液浸式变压器(例如干式变压器)的电气绝缘。

背景技术

众所周知，变压器将处于一个电压电平的电力转换成处于另一个更高值或更低值的电压电平的电力。变压器使用第一线圈和第二线圈来实现该电压转换，第一线圈和第二线圈中的每一个都绕铁磁芯体缠绕并且包括多匝电导体。第一线圈连接到电压源，并且第二线圈连接到负载。初级线圈中的匝与次级线圈中的匝之比(“匝比”)与源电压与负载电压之比相同。

其他类型的变压器也是众所周知的，并且被称为多绕组变压器。这种变压器根据对变压器所期望的功能性使用串联连接或并联连接或独立连接的多个绕组。

非液浸式变压器包括线圈，线圈中的匝通过固体介电材料(例如聚酯)彼此隔离。

线圈也可以具有固体绝缘材料，该固体绝缘材料放置在匝组(例如形成盘或层)之间和/或放置到线圈的外部。出于这个目的，可以通过模制工艺将线圈封装在例如环氧树脂中，或在上述位置利用附加的固体绝缘材料(例如预浸渍有环氧树脂的玻璃纤维)制造线圈。

随着时间的流逝，固体绝缘(例如环氧树脂和聚酯)的介电性能由于材料的老化而变化。变压器老化与绝缘老化直接相关联。变压器的老化状态主要与线圈内部的固体绝缘的状况有关。

US 2008/211611公开了一种完全浇注树脂的变压器，该完全浇注树脂的变压器包括至少一个低电压绕组和至少一个高电压绕组。

US 4663603描述了一种用于气冷变压器的绕组系统，该绕组系统包括绕芯体设置的绕组；和由绝缘块组成的至少一个绝缘环，所述环具有嵌入其中、电连接到相邻绕组的电极，用于抑制绕组和电极之间的电场强度。

CN 202159559涉及一种轴向三***干式整流变压器。

CN 206961661公开了一种采用分段绕线浇注圆筒式结构的干式自耦变压器。

发明内容

公开了一种非侵入式的方法和系统，以评估干式变压器的线圈内部的固体绝缘的老化程度。该方法涉及通过浮动电极(即，不与线圈的导电元件接触的电极)对固体绝缘的电气性能(例如，频谱中的复介电常数)进行测量，所述浮动电极被引入到变压器的至少热-介电关键区域(即，线圈末端)中的匝和/或匝组(例如盘或层)之间。

在第一方面中，公开了一种非液浸式变压器。非液浸式变压器包括芯体；具有绕所述芯体的导电绕组的线圈；在所述线圈中的固体绝缘材料；在所述固体绝缘中的一个或多个浮动电极。所述导电绕组的至少一部分和所述一个或多个浮动电极分别形成一个或多个电容元件，并且所述变压器包括电容计量装置，所述电容计量装置连接在连接到所述一个或多个浮动电极的端子与连接到所述导电绕组的一部分的端子之间。因此，有助于维护和维修非液体式变压器以及基于预估的老化率预测寿命终期。

通过使用浮动电极形成电容元件，可以测量固体绝缘随时间的介电性能。

在一些示例中，非液浸式变压器可以包括分布在固体绝缘中的多个浮动电极，每个浮动电极用于与导电绕组的不同部分形成电容元件。因此，可以独立地测量变压器的不同区域的老化。

在一些示例中，线圈可以包括箔线圈。浮动电极可以放置在箔之间。然后，电容元件可以形成在浮动电极和线圈的箔之间。

在一些示例中，线圈可以包括箔-盘线圈。浮动电极可以放置在盘线圈的盘的箔匝之间。可以在浮动电极和绕组的箔匝之间形成电容元件。

在一些示例中，导电绕组可以包括CTC-盘线圈，其中CTC代表连续换位的导体。浮动电极可以放置在盘线圈的盘的CTC匝之间。电容元件可以形成在浮动电极和绕组的CTC匝之间。

在一些示例中，导电绕组可以包括带-盘线圈。浮动电极可以放置在带-盘的盘的匝之间。电容元件可以形成在浮动电极和绕组的带匝之间。

在一些示例中，浮动电极可以是放置在盘线圈的盘之间的浮动环。电容元件可以形成在浮动环和绕组的盘之间。

在一些示例中，绕组可以包括层线圈。浮动电极可以放置在层线圈的层的匝之间。匝可以是带式或CTC式的。电容元件可以形成在浮动电极和绕组的匝之间。

在一些示例中，导电绕组可以包括层线圈。浮动电极可以放置在层线圈的层之间。可以在浮动电极和绕组的层之间形成电容元件。

在一些示例中，导电绕组可以包括散线线圈。浮动电极可以放置在散线线圈的电缆之间。电容元件可以形成在浮动电极和散线线圈的电缆之间。

在一些示例中，浮动电极可以沿着固体绝缘的一部分放置。例如，浮动电极可以放置在例如绕组末端的热-介电关键区域中。

在一些示例中，非液浸式变压器可以是干式变压器。

在一些示例中，固体绝缘可以是聚酯膜、环氧树脂或间位芳族聚酰胺材料中的一种，例如

在另一方面中，公开了一种评估非液浸式变压器的固体绝缘的至少一部分的老化程度的方法。非液体浸入式可以包括根据本文公开的示例的电容元件。该方法可以包括测量电容元件的电气参数以及作为电气参数的测量结果的函数来计算老化程度，其中，所测量的电气参数是复介电常数。

在一些示例中，所测量的电气参数是介电常数。例如，该方法可以测量固体绝缘的复介电常数的变化。通过优选地在优选地位于线圈的热-介电关键区域中的固体绝缘(最老化的部分)的接近直流的子范围(例如在0Hz和5Hz之间)中沿着频率扫描测量该值，并且通过与非老化状况进行比较，可以预测变压器的老化状态和剩余寿命。

附图说明

下面将参考附图描述本公开的非限制性示例，在附图中：

图1A是根据一个示例的非液浸式变压器的示意性局部视图。

图1B是根据一个示例的非液浸式变压器的箔式线圈的示意性局部视图。

图2A是根据一个示例的非液浸式变压器的箔-盘式线圈的透视图。

图2B是图2A的线圈的一部分的详细视图。

图2C示意性地示出了由箔-盘线圈中的浮动电极形成的电容元件的分析图。

图3是根据一个示例的非液浸式变压器的层-带式或层-CTC式线圈的透视图。

图4是根据一个示例的非液浸式变压器的散线式线圈的透视图。

图5是根据一个示例的评估干式变压器的固体绝缘的至少一部分的老化的方法的流程图。

具体实施方式

图1A是根据一个示例的非液浸式变压器的示意图。变压器50可以包括高压线圈5和低压线圈10，高压线圈5和低压线圈10具有绕芯体15缠绕的绕组。高压线圈5可以是包括盘7的盘-箔(disk-foil)式线圈。低压线圈10可以是包括箔12的箔式线圈。

图1B是根据一个示例的非液浸式变压器100的线圈105的示意性局部视图。线圈105可以包括导电绕组110。线圈105可以进一步包括固体绝缘120。一个或多个浮动电极125可以放置在固体绝缘120中。导电绕组110的至少一部分以及一个或多个浮动电极125可以形成一个或多个电容元件130。可以使用电容计量装置135来测量一个或多个电容元件130的电气参数。这种电气参数可以是复介电常数。可以沿着扫频(frequency sweep)来测量复介电常数，尤其是在例如0Hz-5Hz的接近直流的子范围中。通过与非老化状况进行比较，可以预测变压器的老化状态和剩余寿命。

图2A是根据另一示例的非液浸式变压器200的箔-盘式线圈205的透视图。线圈205可以包括由多个盘207形成的导电绕组。每个盘可以包括通过匝间绝缘彼此之间隔离的多个匝210。这些匝可以是箔式、带式或CTC式的。匝间绝缘可以是聚酯。一个或多个匝间浮动电极225可以放置在盘207A的匝之间的匝间绝缘中。线圈205可以进一步包括固体盘间绝缘220。固体盘间绝缘可以是环氧树脂。

此外，一个或多个盘间浮动电极240可以放置在盘207之间的固体盘间绝缘中。盘207A的至少一部分以及一个或多个浮动电极225、240可以形成一个或多个电容元件230。可以使用电容计量装置235来测量电容元件的电气参数，例如复介电常数。电容元件由浮动电极和线圈的全部导电绕组形成。然而，绕组的更靠近浮动电极的部分(在图2A的示例中该部分将是盘的最接近的前匝和后匝)的电容贡献(超过90％，甚至接近99％)显著高于绕组的其余部分的电容贡献(可能小于10％，甚至约为1％)。即，可以安全地假定所测量的电气参数(例如，复介电常数)与浮动电极与最接近的一个或多个导电元件(例如，盘的一个或多个匝)之间的空间中的绝缘材料相对应。

图2B是图2A的线圈205的一部分的详细视图。线圈205可以包括盘207A和盘207B形式的导电绕组。盘207A可以包括匝210和匝210之间的匝间绝缘227。浮动电极225可以放置在固体绝缘220中，并且可以与匝210的一部分形成电容元件230。浮动电极240可以与盘207A和盘207B形成电容元件。电容计量装置235可以耦接在端子225T(连接到浮动端子225)和端子210T(连接到绕组210)之间。这将测量匝间绝缘老化。附加地或可替代地，电容计量装置235可以耦接在端子240T(连接到浮动端子240)和端子210T(连接到绕组210)之间。这将测量盘间绝缘老化。

图2C示意性地示出了由浮动电极225形成的电容元件的分析图。主电容器230M在浮动电极225与最接近的匝210A、210B之间形成。附加电容器(“寄生”电容器)可以在浮动电极225与盘207A的其他导电部分(匝)之间或者甚至与盘207B的导电部分(匝)之间形成。可以在浮动电极和绕组之间测量整个电容器(图2C中所示的所有电容元件的总和)的复介电常数。然而，由于支配性的电容器是主电容器230M，所以每次测量可以指示匝210A和匝210B之间的空间中的匝间绝缘(例如聚酯)的退化。

浮动电极可以是匝间的(例如，在所有类型的绕组中)、盘间的(在盘绕组中)或层间的(在层绕组中)。在匝间浮动电极的情况下，电容元件的主电容器(即电容元件的电容的至少90％)是由导电绕组(例如箔、CTC等)的上一个(前)匝和下一个(后)匝形成的。在盘间浮动电极的情况下，电容元件的主电容器是由线圈的上一个盘和下一个盘形成的。在层间浮动电极的情况下，电容元件的主电容器是由线圈的上一个层和下一个层形成的。

图3是根据一个示例的非液浸式变压器的层-带式或层-CTC式线圈305的透视图。线圈305可以包括由多个层310形成的导电绕组。每个层310可以包括多个匝310A。这些匝可以是在它们之间使用固体电介质来绝缘的带式或CTC式的。线圈305可以进一步包括固体绝缘320。固体绝缘可以是浸渍有环氧树脂的玻璃纤维。一个或多个浮动电极325可以放置在匝310A之间的固体绝缘之间。此外，一个或多个层间浮动电极340可以放置在层之间的固体绝缘中。层绕组310的至少一部分以及一个或多个浮动电极325、340可以形成一个或多个电容元件。可以使用电容计量装置335来测量电容元件。

图4是根据一个示例的非液浸式变压器的散线式(random-wire type)线圈405的透视图。线圈405可以包括利用固体绝缘材料(例如聚酯或搪瓷)彼此之间隔离的多个导体410。每个导体可以是圆形电缆。线圈305可以进一步包括固体绝缘420。在电缆之间还可以有聚酯绝缘。固体绝缘可以是环氧树脂。一个或多个浮动电极425可以放置在导体410之间的固体绝缘420中。绕组410的至少一部分以及一个或多个浮动电极425可以形成一个或多个电容元件。可以使用电容计量装置435来测量电容元件。

图5是根据一个示例的评估干式变压器的固体绝缘的至少一部分的老化的方法的流程图。在框505中，可以测量在第一时间点(例如，在第一次使用变压器之前或期间)的电容元件的第一电气参数，例如复介电常数。在框510中，可以测量在第二时间点(周期性地或多次使用后或一段时间后)的电容元件的第二电气参数，例如复介电常数。在框515中，可以作为第一复介电常数的测量结果和第二复介电常数的测量结果的函数来计算绝缘和/或变压器的老化程度。计算装置可以包括存储器，该存储器存储与一种或多种类型的绝缘材料的老化程度相关联的电气参数值(例如，复介电常数值)。在使用如本文公开的一个或多个浮动电极测量电气参数值之后，计算装置可以将测量值与针对相同或相似绝缘材料的存储值进行比较，并且可以提供对绝缘材料的老化程度的指示。

尽管本文仅公开了一些示例，但是这些示例的其他替代、修改、使用和/或等同示例也是可能的。此外，还涵盖所描述的示例的所有可能的组合。因此，本公开的范围不应由特定示例限制，而应仅由对所附权利要求的公正阅读来确定。如果与附图相关的附图标记放在权利要求中的括号中，则它们仅用于试图增强权利要求的可理解性，并且不应解释为限制权利要求的范围。