[發明專利]變壓器線圈

有效

• 申請號: 201180043376.5
• 申請日: 2011-07-22
• 公開（公告）號: CN103125003B
• 公開（公告）日: 2016-11-16
• 發明（設計）人: 本杰明·韋伯·韋伯;巴韋施·帕特爾;布拉克·埃森利克;弗蘭克·科爾內留斯;馬科斯·博克霍爾特;延斯·泰珀
• 申請（專利權）人: ABB瑞士股份有限公司
• 主分類號: H01F27/08
• 分類號: H01F27/08
• 代理公司: 北京天昊聯合知識產權代理有限公司 11112
• 代理人: 張天舒;張杰

技術領域

本發明涉及一種變壓器線圈，其具有至少兩個中空的圓柱形的、彼此相嵌的并且圍繞共同的線圈軸延伸的、電氣串聯的多層線圈模塊，還具有至少一個冷卻通道，其沿著同一個線圈軸延伸、為中空的圓柱形且位于線圈模塊之間。

背景技術

已知功率變壓器，例如額定功率為若干個MVA并且電壓范圍是5kV至30kV或者110kV，有些甚至達到170kV，也稱干式變壓器，其中在所述最后一個電壓范圍內的額定功率相當于50MVA或者也有可能更高。在變壓器運行過程中在其電氣線圈內產生釋放到周圍環境的熱損失。因此出于冷卻的目的，在這類干式變壓器中至少設置一個沿著線圈的軸向延伸方向的冷卻管道，優選借助線圈內部的自然的空氣冷卻以排出熱能。為了加強冷卻效果，特別將通常在徑向上靠內的低電壓線圈分成若干個徑向上相隔一定間距的并且電氣串聯的中空的圓柱形的線圈部分，其中設置同樣是中空的圓柱形的冷卻通道。

然而不利的是，串聯后的線圈的（雜散）電容不再大體上均勻地分配在各個線圈的拐點上，而是位于冷卻通道的區域內的具有小電容的區域。特別是干式變壓器，因為其中的冷卻通道通常具有幾個厘米的厚度，而以油填充的冷卻通道的厚度在毫米范圍內，因此線圈的電容變化相應較小。

特別是在線圈受到承載沖擊電壓的時候該現象特別明顯，即在電壓脈沖從外部加到線圈的連接端，例如上升時間在μs范圍內。由于這類電壓脈沖的高頻部分，電壓沿著線圈的各個拐點分配相應的電容。由于冷卻通道的引入，電容此刻分配不均勻，所以存在的缺點就是導線的電壓需求不一樣，該導線通常設計為在其整個長度上具有同樣的電壓需求。

發明內容

基于現有技術，本發明的目的在于，提供一種在承載沖擊電壓下具有均勻的電壓分配的變壓器線圈。

該目的由開頭所述類型的變壓器線圈達到。其特征為，在至少一個冷卻通道中，沿其徑向外圍至少部分地設置在幾乎整個軸向長度上延伸的、扁平的電氣屏蔽件，通過該屏蔽件來影響位于電氣串聯的變壓器線圈內的電容分配。

本發明的基本思想在于，至少一個通常沿變壓器線圈的整個軸向長度延伸的冷卻通道的中空的圓柱形的內腔設置有相應的位于內部的導電的屏蔽件，由此而能夠至少部分地復制未設置冷卻通道的其他拐點的電容特性。

另一方面，這樣設置各個屏蔽件，其不會對冷卻管道的冷卻效果起到負作用，或者在理想情況下能夠強化冷卻效果。這由各個屏蔽件的優選為扁平的，類似片狀的設計達到，各個屏蔽件沿著冷卻管道的軸向延伸安放。優選避免將屏蔽件的方向（即便是局部區域）橫于電流方向穿過各個冷卻通道，以避免對冷卻效果產生負作用。例如在冷卻通道內設置一塊金屬板，例如將其卷成圓柱形。這樣雖然在屏蔽件的某些區域設置缺口以實現將兩個徑向上相鄰的線圈模塊隔開必要的間距，例如通過小木板或者小木塊進行隔開。也可以考慮屏蔽件的類似圓柱殼體的分割。

在根據本發明的變壓器線圈的優選的設計方案中，至少一個冷卻通道具有徑向內壁和徑向外壁，內壁和外壁包圍出一個通道空腔，其中在兩個面對空腔的壁側的至少一個設置電氣屏蔽件。一方面通常在冷卻通道的設計中，另一方面在其中沒有額外的電氣屏蔽件的時候設置這樣的包圍通道空腔的壁。由此以有利的、較簡單的方式通過兩個由絕緣材料制成的管狀部件以額外的軸向間距構成這樣的冷卻通道。另一方面，在制造過程中順利地將電氣屏蔽件安放在兩個面對空腔的壁側的至少一個上。這里除了引入片狀的屏蔽件也可以考慮在相應的壁側涂上導電的涂層材料。

已經證明，屏蔽件的其它設置方式（例如在冷卻通道的軸向中心）可以有利地產生實現盡可能均勻的電容分配。這種位于中心的屏蔽件還以有利的方式提高了與流經冷卻通道的冷卻介質空氣的交互作用面，由此加強冷卻效果。

在另一個本發明的變形中，至少一個電氣屏蔽件與徑向上相鄰的線圈層電流導通地相連。根據線圈的其它設計方案，這構成了，在承載沖擊電壓的情況下，對勢能分配的有利的影響，以及在電網頻率穩態運行的情況下，對導線的電壓需求的有利的影響。

當至少一個電氣屏蔽件與線圈軸平行時，根據本發明證明，對于在每一個線圈層都具有拐點的帶狀線圈是有利的。這種情況下，沿著線圈的軸向長度的在每一個線圈層的勢能分配為恒定的，因此在瞬時電壓的需求情況下也可以選擇，為預先勢能分配而定位的電氣屏蔽件的方向與線圈軸平行。此外這也證實能夠作為影響流經冷卻通道的冷卻物質流的設置方式的變形。