绝缘变压器
阅读说明：本技术 绝缘变压器 (Insulation transformer ) 是由 A·诺杰斯·巴列拉斯 C·罗伊·马丁 L·塞布里安·列斯 R·穆律罗 L·桑切斯·拉格 R 于 2018-05-30 设计创作，主要内容包括：公开了具有绝缘模块的干式变压器。示例绝缘模块包括介电屏蔽件和支撑块。支撑块在变压器的绕组上方支撑介电屏蔽件。介电屏蔽件具有第一大致均匀部分和第二大致均匀部分,该第一大致均匀部分被构造成与由布置在变压器的第一绕组与第二绕组之间的对应圆柱形屏障物所限定的空间适配,该第二大致均匀部分对于第一部分并且对于变压器的第一绕组来说是横向的,并且从第一部分向外延伸且超出支撑块。介电屏蔽件部分地绕绕组延伸。(The dielectric shield has a th substantially uniform portion and a second substantially uniform portion, the th substantially uniform portion configured to fit a space defined by a corresponding cylindrical barrier disposed between a th winding and a second winding of the transformer, the second substantially uniform portion being transverse to the th portion and to a th winding of the transformer, and extending outwardly from the th portion and beyond the support block.)
本申请要求于2017年5月31日提交的EP17382321的权益和优先权。
技术领域
本公开涉及变压器，并且更具体地涉及变压器的电绝缘。
背景技术
众所周知，变压器将在一个电压水平的电力转换成在值更高或更低的另一电压水平的电力。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各个线圈绕铁磁芯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。初级线圈的匝数与次级线圈的匝数之比(“匝数比”)与电源电压与负载电压之比相同。
其它类型的变压器也是众所周知的，并且被称为多绕组变压器。这种变压器使用多个绕组，该多个绕组根据变压器的所期望的功能以串联或并联的方式或者独立地连接。
为了使两个部件(例如，第一线圈和第二线圈)在电压下绝缘，有时使用绝缘屏障物。该绝缘屏障物被放置在电压下的部件之间，并且垂直于电场。因此，包含绝缘屏障物会增加它们可以支撑的电场(并因此增加电压)。如果将整个空气空间分成最小的部分，则线圈之间的给定距离的空气可能承受更大的电压。该方法通过在高压(HV)与低压(LV)绕组之间包含绝缘屏障物用于干式变压器的绝缘。绝缘屏障物将这些绕组之间的气隙分开。
另一示例是当固态绝缘组件在电压下连接或桥接两个部件时。然后通常垂直于电场向该组件添加绝缘屏障物或遮挡物(sheds)，以便改进其介电表现。可以在电绝缘体中找到这种示例。
又一示例是在干式变压器中将块支撑件用于线圈。该块支撑件将电压下的线圈与金属结构分隔开，并且可以包括这种遮挡物。
对于在一定绝缘水平(例如，12kV)以上的干式变压器，通常在HV绕组与LV绕组之间具有一个或更多个圆柱形屏障物。为了增加爬电距离(creepage distance)，在支撑块中通常具有一个或更多个水平屏蔽件(screen)。但是，即使相对较高的绝缘水平(例如，72.5kV)，这些屏障物和屏蔽件也不会形成集成元件。
对于在一定绝缘水平以上的充液变压器，通常使用与HV-LV圆柱形屏障物集成的水平屏蔽件(角环、端圈(collar))。图1示出了充液变压器100，其具有HV绕组105、LV绕组110和在它们之间的圆柱形屏障物115。角环120围绕圆柱形屏障物，同时支撑块125在HV绕组上方分离并支撑角环。因为纤维素可以根据需要经济地成型，所以使用其来制造角环或端圈。然而，纤维素对于干式变压器没有用，因为其需要浸有液体才能正常工作。同样，由于纤维素的较差的机械耐久性和较低的工作温度，所以纤维素也不适合。其它材料(例如，NomexTM或聚酯)可以用于干式变压器，但是它们昂贵和/或难以成型。机械和冷却问题也给其用于干式变压器增加了一些限制。实际上，对于充液变压器，角环或端圈沿切线方向延伸360°，覆盖绕组的整个周长。此外，因为支撑块是具有最大电压差的桥接元件(例如，HV至LV和HV至芯或夹具(clamp))，所以支撑块是潜在的弱点。尽管保留了足够的间隙以便避免在该区域中的问题，但是在涉及支撑块的绝缘的任何改进以及避免端圈或角环更复杂和昂贵的解决方案将导致更紧凑的解决方案。
发明内容
为了解决上述问题，提出了具有带有柔性L形屏蔽件的支撑块的绝缘模块。所提出的解决方案对于具有两个或更多个绕组和在其之间的圆柱形屏障物的变压器可以是有用的，并且优选地，对于更高的绝缘水平(例如，对于72.5kV或123kV)的变压器可以是有用的。所提出的解决方案是以降低的成本提供实用的绝缘解决方案的布置。
在第一方面，公开了用于变压器的绝缘模块。该绝缘模块可以包括介电屏蔽件和支撑块。支撑块可以在变压器的第一绕组上方支撑介电屏蔽件。介电屏蔽件可以具有第一大致均匀(even)部分和第二大致均匀部分，该第一大致均匀部分被构造成与由布置在变压器的第一绕组与第二绕组之间的对应圆柱形屏障物所限定的空间适配，该第二大致均匀部分对于第一部分并且对于变压器的第一绕组来说是横向的，并从第一部分向外延伸且超出支撑块。
本文中使用词语“均匀”来表示光滑且没有表面不规则性。在一些示例中，第一部分和/或第二部分可以是平坦且均匀的，而在其它示例中，第一部分和/或第二部分可以是弯曲的且均匀的。本文中使用“横向”一词来表示第二部分的平面在两条或更多条线处与第一部分相交。在优选的实施方式中，第二部分可以垂直于第一部分。
通过在支撑块与圆柱形屏障物之间提供介电屏蔽件，破坏了沿支撑块的表面的直接放电路径。介电屏蔽件可以是L形的，并且可以是柔性的以更好地与圆柱形屏障物适配。屏蔽件可能有两种不同的布置方式：
-如果支撑块由环氧树脂制成，则可以在铸造之前将屏蔽件***。这允许获得足够的爬电距离。
-如果支撑块由不同的工件组装而成，则屏蔽件可以位于它们之间。两个相邻的支撑块可以使用它们之间的连接接口(例如洞-销接口)来联接。
在一些示例中，第二部分可以包括孔，以接纳支撑块的连接部件。然后可以将一个支撑块堆叠在另一个支撑块的顶部上，形成支撑柱，其中，第二部分被***在互锁的支撑块之间。当孔破坏绝缘时，孔可以被选择或被设计成尽可能小，并使其与支撑块的横截面相对居中，以便允许足够的爬电距离。
在一些示例中，变压器可以包括多个圆柱形屏障物。然后绝缘模块可以包括多个介电屏蔽件。各个介电屏蔽件可以被构造成分别与变压器的不同圆柱形屏障物一起布置。由于圆柱形屏障物的高度可以沿从外绕组到内绕组的方向增加，所以这可以允许L形屏蔽件沿支撑块柱更好地分布，并允许在组装变压器期间逐步增加绝缘模块。因此，可以实现具有多种绝缘模块的绝缘模块结构，所述绝缘模块结构可以与变压器的圆柱屏障物结构集成。
在一些示例中，绝缘模块可以包括在第一部分与第二部分之间的边缘处弯曲的柔性介电屏蔽件。这允许将绝缘模块的第一部分更容易地***到圆柱形屏障物之间。它还允许第一部分与第二部分之间的长度可以变化；也就是说，可以根据相应支撑块与圆柱形屏障物之间的距离沿一条线弯曲介电屏蔽件。这允许将相同类型的介电屏蔽件用于不同距离的圆柱形屏障物。
在一些示例中，第一部分可以具有与对应圆柱形屏障物的曲率匹配的曲率。假设介电屏蔽件是柔性的，则可以预先建立曲率或者可以在安装期间形成曲率。
在一些示例中，绝缘模块可以包括介电材料的单个工件。该单个工件可以包括介电屏蔽件和支撑块。
在一些示例中，介电屏蔽件和/或支撑块可以由树脂制成。树脂的使用可以为绝缘模块提供绝缘特性。
在一些示例中，介电屏蔽件可以包括一个或更多个绝缘层。绝缘层的数量可以与更高的绝缘特性(更多的层可以提供更高的绝缘)和/或更高的柔性(更少的层可以导致更高的柔性)相关联。这些层也可以是局部的，即，第一部分可以包括与第二部分不同数量的层。
在一些示例中，绝缘模块还可以包括从支撑块径向向外延伸的水平遮挡物。这允许改进HV绕组与轭和夹具之间的绝缘，因为遮挡物增加了沿支撑块表面的爬电距离。
在一些示例中，介电屏蔽件的至少第一部分或第二部分可以部分地沿对应圆柱形屏障物绕第二绕组延伸。在一些实施方案中，可以绕圆柱屏障物分布多于一个的绝缘模块。例如，可以绕圆柱屏障物布置四个绝缘模块，所述绝缘模块各覆盖圆柱屏障物圆周的四分之一。
在一些示例中，至少一个块在圆柱形屏障物上方延伸并且包括搁置在变压器的第二绕组上的一部分。这允许整个变压器构造的更好的结构完整性。
在另一方面，公开了一种变压器。变压器可以包括至少一个第一绕组、至少一个第二绕组、在至少一个第一绕组与至少一个第二绕组之间的圆柱形屏障物以及根据本文公开的示例的绝缘模块。
在一些示例中，变压器可以是干式变压器，第一绕组可以是LV绕组，而第二绕组可以是HV绕组。
在一些示例中，变压器可以包括多个绕组。然后可以在连续的绕组之间布置多组绝缘模块。
附图说明
下面将参照附图描述本公开的非限制性示例，其中：
图1是包括角环的现有技术变压器的示意性局部视图；
图2A是根据示例的绝缘模块的立体图；
图2B是根据示例的绝缘模块的截面图；
图2C是根据示例的多屏蔽件绝缘模块的立体图；
图3是根据示例的包括绝缘模块的变压器的示意性局部视图；
图4是根据示例的包括绝缘模块的变压器的示意性截面图；
图5A是根据示例的一体地铸造的绝缘模块的截面图；
图5B是根据示例的具有绝缘模块的变压器部分的立体图；
图6是根据示例的具有一体地铸造的绝缘模块的变压器的截面图。
具体实施方式
图2是根据示例的绝缘模块的示意图。绝缘模块200可以包括屏蔽件205和支撑块210。屏蔽件可以包括第一部分215和第二部分220。第二部分220可以从第一部分215的边缘延伸并且可以是基本平坦的并且垂直于第一部分215。第一部分215可以包括一个或更多个介电材料层，并且可以具有被构造成与由变压器的一个或更多个圆柱形屏障物限定的空间适合的尺寸(厚度)。这种空间可以是绕组与圆柱形屏障物之间的空间，也可以是两个连续的圆柱形屏障物之间的空间。
第二部分220可以包括孔。可以将孔设计成容纳(host)支撑块210的至少一部分。在图2A和图2B的示例中，孔可以是圆形的，并且支撑块210可以具有顶部，该顶部具有大致上与屏蔽件的第二部分220的孔对应的孔或凹部R。如图2B所示，凹部R可以被定尺寸成与另一支撑块212的对应突起P匹配。
图2A和图2B的示例仅是第二部分和支撑块可能如何互连的一个示例。在其它示例中，支撑块的顶部可以包括突起，并且另一支撑块可以在底部处包括凹部以接纳突起。还在其它示例中，可以一体地铸造第二部分和支撑块。还在其它示例中，可以一体地铸造多于一个的屏蔽件和多于一个的支撑块。因此，可能不需要孔和/或互锁件。本领域技术人员可以理解，其它构造也是可能的。
图2C是根据示例的多屏蔽件绝缘模块的立体图。绝缘模块250可以包括具有介电屏蔽件260的以介电材料(例如，环氧树脂)的单个工件形式的支撑块柱255。支撑块柱255的下部可以被构造成搁置(rest)在绕组上，例如，变压器的HV绕组。各个屏蔽件可具有一个或更多个洞，以允许环氧树脂在支撑块柱255的浇铸期间流动，因此所有元件形成单个工件。各个屏蔽件可以具有大致上与支撑块柱255平行的第一部分260A和横穿支撑块柱255的第二部分260B。所述横穿可以垂直于支撑块柱的轴线。所述第一部分可以被构造成或成型成(例如，它们可以是弯曲的)与变压器的圆柱形屏障物之间的空间适配。从下介电屏蔽件开始并向上移动，第二部分260B可以逐渐变长，因为相应介电屏蔽件可能对应于距离支撑块柱255更远的圆柱形屏障物。第二部分还可以包括中心洞以允许如图2A和图2B所示使支撑块的洞-销接口接合。
图3是根据示例的包括绝缘模块的变压器的示意性局部视图。变压器300可以是干式变压器。变压器300可以包括HV绕组305和LV绕组310。可以在HV绕组305与LV绕组310之间***一系列圆柱形屏障物315。可以在HV绕组的顶部放置绝缘模块320。绝缘模块320可以包括一个在另一个的顶部上堆叠的支撑块325和柔性L形屏蔽件330。各个支撑块325可以支撑屏蔽件330。各个屏蔽件330可以与圆柱形屏障物一起布置。从底部开始并向上进行，第一屏蔽件330可以与在HV绕组与LV绕组之间的第一圆柱形屏障物一起布置。因此，第一(底部)支撑块325可以支撑第一(最下)屏蔽件330。因此，第二支撑块325可以支撑第二屏蔽件等等。第二屏蔽件的第二部分可以部分地在第一圆柱形屏障物上方延伸，使得该屏蔽件的第一部分与第二圆柱形屏障物一起布置。因此，第三屏蔽件的第二部分可以部分地在第一圆柱形屏障物和第二圆柱形屏障物上方延伸，使得第三屏蔽件的第一部分与第三圆柱形屏障物一起布置。当在接近LV绕组310的方向上与圆柱形屏障物一起布置屏蔽件时，随着HV绕组与屏障物之间的距离增加，第二部分在变压器的径向方向上可以更长。为了使结构支撑最大化，可以将支撑块放置在最上面的屏蔽件的顶部上，并且可以延伸超出最内部的圆柱形屏障物，并包括可以支撑在LV绕组上的第二支柱(pillar)。可以将L形屏蔽件放置成几乎平行于等电位线，以使绝缘特性最大化。为了完成此，在第一部分与第二部分之间的边缘处的弯曲半径可以随着与HV绕组的距离的增加而增加。
图4是根据示例的包括绝缘模块的变压器的示意性截面图。在图4的示例中，在HV绕组405与LV绕组410之间布置了六个圆柱形屏障物。在HV绕组405与LV绕组410之间布置了绝缘模块420。绝缘模块420可以包括被倒L形屏蔽件430中断的一组支撑块425。在图4的示例中，三个屏蔽件430分别与三个圆柱形屏障物一起布置。各个屏蔽件430由相应的支撑块425支撑。在最上面的屏蔽件430的顶部上，放置有支撑块，该支撑块在最里面的圆柱形屏障物的上方延伸且延伸超出最里面的圆柱形屏障物，并且垂直延伸以支撑在LV绕组上，因此绝缘模块420可以是具有倒金字塔形式的腿的π(pi)形状。
如图4所示，各个支撑块可以包括单个元件，或者可以包括用于LV绕组的一个元件和用于HV绕组的另一元件，它们之间没有任何机械连接。后者对于由环氧树脂制成的支撑块来说是更好的，因为它们的铸造更简单。此外，一些支撑块可以包括从主支撑块结构向外延伸的水平遮挡物。也可以将绝缘模块与角环或端圈结合。在图4中，遮挡物435被***在支撑块之间，因此使变压器的绝缘特性最大化。
图5A是根据示例的一体浇铸的绝缘模块的截面图。绝缘模块500可以包括支撑块柱510、集成的介电屏蔽件520和端圈525。支撑块柱和介电屏蔽件可以被一体地铸造，并且可以例如由环氧树脂制成。因此，各种突起可以从支撑块向外延伸以增加爬电。端圈525可以搁置在屏蔽件520的顶部上。在其它示例中，介电屏蔽件也可以使用相同的模具铸造并且也可以由树脂制成。
图5B是根据示例的具有绝缘模块的变压器部分的立体图。变压器550可以包括绝缘模块555、绕组560、圆柱形屏障物565和端圈570。绝缘模块555可包括支撑块557和介电屏蔽件559。介电屏蔽件559可以具有平行于支撑块柱的第一部分并且可以被布置成与圆柱形屏障物565之间的空间适合。第二部分可以对于第一部分是横向的，优选地垂直的，并且可以横穿支撑块柱。端圈570可以被搁置在介电屏蔽件559的第二部分的顶部上。
图6是根据示例的具有一体地铸造的绝缘模块的变压器的截面图。变压器600可以包括第一绕组605和第二绕组650。绝缘模块610可以搁置在第一绕组605的顶部上。更具体地，绝缘模块610可以包括支撑块柱615和介电屏蔽件620。圆柱形屏障物可以被布置在第一绕组605与第二绕组650之间。介电屏蔽件的第一部分可以被布置在圆柱形屏障物之间的空间中，延伸超出圆柱形屏障物并在边缘处与第二部分连接，所述第二部分对于第一部分来说是横向的，优选地垂直的。第二部分可以横穿支撑块柱并且延伸超出支撑块柱。端圈625可以搁置在介电屏蔽件620的第二部分的顶部上。
尽管本文仅公开了几个示例，但是其它替代、修改、使用和/或其等同方案也是可能的。此外，还覆盖了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被放在权利要求的括号中，则它们仅用于试图增加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。