專利名稱：大電流變壓器絕緣套管的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種大電流變壓器絕緣套管，其具有一個(gè)用于在發(fā)電廠變 壓器上進(jìn)行固定的固定裝置、 一個(gè)用于貫穿變壓器容器外殼的電導(dǎo)體、以 及一個(gè)圍繞該導(dǎo)體導(dǎo)引的電絕緣子。
背景技術(shù)：
用于發(fā)電廠變壓器的饋電線是大電流饋線，其設(shè)計(jì)用于傳輸與高電壓關(guān)聯(lián)的非常大的電流。如果例如一種蒸汽輪機(jī)的發(fā)電機(jī)在21 kV至27 kV的 輸出電壓下提供600 MW至900 MW的功率，那么就形成一個(gè)18kA至25 kA 的電流強(qiáng)度，必須對(duì)于該電流強(qiáng)度而設(shè)計(jì)至變壓器的饋線。困難的是，通過(guò)這種饋線的電流由于集膚效應(yīng)而集中在導(dǎo)體的外部區(qū) 域，使得在該處出現(xiàn)造成顯著電流熱損耗的非常高的橫截面電流。集膚效 應(yīng)描述了這樣一種情形流經(jīng)一個(gè)導(dǎo)體的交流電在該導(dǎo)體內(nèi)部產(chǎn)生渦流， 該渦流與發(fā)電機(jī)電流方向相反。因?yàn)?，由交流電感生?茲場(chǎng)在該導(dǎo)體內(nèi)部 感應(yīng)出比在邊緣處更大的渦流，所以由此在導(dǎo)體內(nèi)部產(chǎn)生的反向電壓最大 并向該導(dǎo)體邊緣逐漸衰減。電流由于導(dǎo)體內(nèi)部的較大的電抗而基本在邊緣 流動(dòng)。在銅導(dǎo)體中，其中電流密度降到因子1/e以下的集膚深度，在50Hz 下為約9毫米。因此，位于導(dǎo)體徑向外表面下約20毫米以下的導(dǎo)體區(qū)域幾 乎對(duì)輸電沒(méi)有貢獻(xiàn)。為了向發(fā)電廠變壓器饋送大電流，已知的是，將饋線設(shè)計(jì)為壁厚最大 為20毫米的管形導(dǎo)體。這種管形導(dǎo)體可以具有高達(dá)1米的直徑。不過(guò)，為 將三相交流電導(dǎo)出的三相穿過(guò)發(fā)電廠變壓器殼體的三根這種管形導(dǎo)體的實(shí)施，在電壓絕緣方面是昂貴的且在空間需求上是不利的，因此用較細(xì)的管 形導(dǎo)體構(gòu)造穿過(guò)變壓器殼體的絕緣套管。由此導(dǎo)致的導(dǎo)體中的較高電流密 度以及與此相聯(lián)系的較高發(fā)熱由較昂貴的導(dǎo)體材料和利用變壓器油對(duì)導(dǎo)體 的冷卻來(lái)至少部分地補(bǔ)償，以便遵循按照IEC和ANSI標(biāo)準(zhǔn)要求的90°的 導(dǎo)體最大許用溫度、在較熱的個(gè)別位置最高至115°C
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題在于，提供一種小型化的大電流變壓器絕 緣套管，利用該絕緣套管可以使被輸送通過(guò)變壓器容器殼體的電導(dǎo)體的發(fā) 熱保持較小。這一技術(shù)問(wèn)題通過(guò)本文開(kāi)頭所述類型的大電流變壓器絕緣套管解決， 其中，電導(dǎo)體具有兩個(gè)被相互嵌套地導(dǎo)引的管形部分導(dǎo)體。變壓器的電流 可以由兩個(gè)部分導(dǎo)體導(dǎo)引，并這樣保持每個(gè)部分導(dǎo)體內(nèi)的電流密度，使得 部分導(dǎo)體的發(fā)熱保持在一個(gè)期望的范圍內(nèi)。適當(dāng)?shù)氖?，以適當(dāng)措施使兩個(gè) 部分導(dǎo)體的內(nèi)部電阻相同，使得總電流在不受相應(yīng)控制的情況下在兩個(gè)部 分導(dǎo)體上均勻分配。該兩個(gè)部分導(dǎo)體優(yōu)選在其端部相互連接，使得總電流 可以被共同饋送到兩個(gè)部分導(dǎo)體上，并由兩個(gè)部分導(dǎo)體共同地輸出。如果兩個(gè)部分導(dǎo)體同心地設(shè)置，那么流經(jīng)兩個(gè)部分導(dǎo)體的總電流的均 勻分布可以特別簡(jiǎn)單地實(shí)現(xiàn)。由于集膚效應(yīng)而造成的徑向電流集中可以在 徑向上均勻地分布在兩個(gè)部分導(dǎo)體上。在本發(fā)明的一種優(yōu)選設(shè)計(jì)中，沿著一條電流路徑的兩個(gè)部分導(dǎo)體借助 徑向交叉而既具有在另一部分導(dǎo)體內(nèi)部的內(nèi)部段又具有在另一導(dǎo)體外部的 外部段。分別設(shè)置在另一部分導(dǎo)體內(nèi)的部分導(dǎo)體具有比另一部分導(dǎo)體更高 的內(nèi)部電阻。由于兩個(gè)部分導(dǎo)體在內(nèi)、外同時(shí)延伸，因而這種升高的內(nèi)部 電阻分布在兩個(gè)部分導(dǎo)體上，因?yàn)閮蓚€(gè)部分導(dǎo)體設(shè)有具有升高了的電阻的 內(nèi)部線路。因此可通過(guò)簡(jiǎn)單的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)電流在兩個(gè)部分導(dǎo)體上的平均分 配。電流路徑是一條在符合生產(chǎn)條件的電壓施加于該導(dǎo)體上時(shí)沿著電壓梯 度的路徑。優(yōu)選將兩個(gè)部分導(dǎo)體通過(guò)軸向距離相互嵌套地導(dǎo)引，并將交叉設(shè)置在與運(yùn)行條件無(wú)關(guān)地對(duì)稱地并從而均勻地分布。在此充分的是，如果交叉的 一個(gè)范圍設(shè)置在軸向距離的中心。交叉設(shè)置在變壓器殼體外是適當(dāng)?shù)摹Ｅc 一個(gè)升高的電阻和一個(gè)升高的發(fā)熱相聯(lián)系。為了克服在該處相對(duì)環(huán)境升 高的發(fā)熱并將所產(chǎn)生的熱量有效地散發(fā)到環(huán)境中，優(yōu)選的是，用冷卻油環(huán) 繞沖洗該交叉。適當(dāng)?shù)氖?，冷卻油是變壓器油。
交叉可以通過(guò)對(duì)連接導(dǎo)體的布置產(chǎn)生，這些連接導(dǎo)體將部分導(dǎo)體的一 個(gè)內(nèi)部段與一個(gè)外部段相互連接。這些連接導(dǎo)體可以沿徑向方向指向，或 者被傾斜于軸向呈X形地導(dǎo)引。如果交叉具有在內(nèi)部段和外部段之間S形 隆起的連接導(dǎo)體，那么就可以簡(jiǎn)單地制成一種機(jī)械穩(wěn)定且緊湊的交叉。在本發(fā)明的另 一種優(yōu)選實(shí)施形式中，在部分導(dǎo)體的內(nèi)部段之間的軸向 距離比部分導(dǎo)體的外部段之間的軸向距離小?？梢栽谳^窄的空間里建立交 叉，使得具有較小導(dǎo)體橫截面的導(dǎo)體距離可以保持較短并且電阻可以保持 較小。在該交叉處， 一個(gè)部分導(dǎo)體被導(dǎo)引穿過(guò)另一個(gè)部分導(dǎo)體。如果一個(gè)部 分導(dǎo)體具有若干切向段，這些切向段端部封閉并可以被導(dǎo)引穿過(guò)另一部分 導(dǎo)體的連接導(dǎo)體，那么這可以在制造中特別簡(jiǎn)單地實(shí)施。在另一實(shí)施形式 中建議，交叉具有在內(nèi)部段和外部段之間沿軸向相互圍繞地轉(zhuǎn)動(dòng)的連接導(dǎo) 體對(duì)?？梢允∪ザ瞬糠忾]的段，除了在連接導(dǎo)體之間沒(méi)有絕緣距離之外， 并可以實(shí)現(xiàn)一個(gè)較大的實(shí)心導(dǎo)體橫截面。為了在這種交叉處實(shí)現(xiàn)在連接導(dǎo)體中的盡可能小的電流集中，優(yōu)選的 是，沿軸向相互圍繞地轉(zhuǎn)動(dòng)的連接導(dǎo)體對(duì)的寬度最大為部分導(dǎo)體徑向管壁 厚度的三倍。另外，容易將這種連接導(dǎo)體加工成更寬的連接導(dǎo)體。為了平 衡連接導(dǎo)體那的電流集中，可以將其中間區(qū)域設(shè)計(jì)得比其軸向端部更厚。


下面借助附圖中所示實(shí)施例詳細(xì)解釋本發(fā)明。在附圖中 圖1示出了被封裝的發(fā)電機(jī)引出線與具有大電流變壓器絕緣套管的發(fā) 電廠變壓器之間的 一 種連接，圖2示出了圖1所示大電流變壓器絕緣套管的剖視圖， 圖3示出了大電流變壓器絕緣套管的導(dǎo)體的第 一橫截面， 圖4示出了該導(dǎo)體的另一橫截面，圖5以透視圖示出了具有兩個(gè)部分導(dǎo)體的交叉的另一導(dǎo)體，而 圖6示出了沿軸向相互圍繞轉(zhuǎn)動(dòng)的連接導(dǎo)體對(duì)的交叉。
具體實(shí)施方式
圖1示出了發(fā)電機(jī)引出線2,其為發(fā)電廠發(fā)電機(jī)的三相交流電引出線的
三相中的一個(gè)。三相交流電引出線用于傳輸由發(fā)電廠發(fā)電機(jī)發(fā)出的三相交流電至圖1中僅簡(jiǎn)要示出的發(fā)電廠變壓器4。發(fā)電廠發(fā)電機(jī)的功率為900 MW,而發(fā)電機(jī)引出線2和發(fā)電廠變壓器4被相應(yīng)地設(shè)計(jì)。發(fā)電機(jī)引出線2 包括一個(gè)由純鋁制成的管形導(dǎo)體6，其直徑為0.92米、壁厚為20毫米，該 導(dǎo)體為進(jìn)行封裝而被護(hù)管8包圍。導(dǎo)體6在法蘭10處終止，該法蘭通過(guò)彈 性銅帶12與變壓器端子14電連接。變壓器端子14通過(guò)法蘭觸點(diǎn)16與大 電流變壓器絕緣套管18相連，該絕緣套管和發(fā)電廠變壓器4的變壓器容器 殼體22的法蘭接頭20相連，并被導(dǎo)引穿過(guò)該法蘭接頭和變壓器容器殼體 22。護(hù)管8包括彈性補(bǔ)償塊24，該補(bǔ)償塊與銅帶12—樣，用于補(bǔ)償發(fā)電廠 變壓器4和發(fā)電機(jī)引出線2之間的波動(dòng)。在圖2中示出大電流變壓器絕緣套管18的縱向剖視圖。該絕緣套管包 括外部絕緣子26，其被設(shè)計(jì)為具有用于飛弧保護(hù)(ijberschlagschutz )的肋 狀件28的陶管；還包括電導(dǎo)體30,該電導(dǎo)體與容器蓋的接地的法蘭接頭 20相隔開(kāi)。導(dǎo)體30在上方起始于法蘭觸點(diǎn)16并在變壓器容器殼體22的內(nèi) 部終止于一個(gè)實(shí)施為雙導(dǎo)體法蘭的、用于間接地固定在發(fā)電廠變壓器4上 的載流固定裝置32。雙導(dǎo)體法蘭通過(guò)螺紋連接與接線的一個(gè)匯流排34相連 接，該接線將導(dǎo)體30與發(fā)電廠變壓器4的一個(gè)低壓繞組電連接。下絕緣板 36相對(duì)于變壓器內(nèi)部密封一個(gè)填充有變壓器油的油室38,其中，該油室38 充滿了絕緣子26內(nèi)部的絕大部分并包圍了導(dǎo)體30的絕大部分，并且通過(guò) 密封件40與外界密封。導(dǎo)體30包括兩個(gè)被相互嵌套地導(dǎo)引的由銅制成的管形部分導(dǎo)體42、 44,其中，部分導(dǎo)體42具有一個(gè)外部段46和一個(gè)內(nèi)部段48,而部分導(dǎo)體 44具有一個(gè)內(nèi)部段50和一個(gè)外部段52。段46、 50和段48、 52為管形， 并分別繞中心軸線54同心地相互嵌套設(shè)置。外部段46、 52的直徑為340 毫米、內(nèi)部段48、 50的直徑為280毫米，其中，段46、 48、 50、 52的壁 厚被設(shè)計(jì)為16毫米，而相互之間的徑向間距被設(shè)計(jì)為14毫米。段46、 48、 50、 52的內(nèi)部完全由油室38內(nèi)用作冷卻油的變壓器油包圍，段48、 50的 徑向外側(cè)完全地由變壓器油包圍，而段46、 52的徑向外側(cè)則盡可能地完全 由變壓器油包圍。為了允許變壓器油的循環(huán)，在段46、 48、 50、 52中分別 引入多個(gè)開(kāi)口 56。變壓器油也環(huán)繞地冷卻部分導(dǎo)體42、 44的徑向交叉58，該交叉將部 分導(dǎo)體42的外部段46與內(nèi)部段48電連接，將部分導(dǎo)體44的內(nèi)部段50與 外部段52電連接。交叉58設(shè)置在法蘭觸點(diǎn)16和固定裝置32的法蘭之間 的軸向距離60的中心，使得內(nèi)部段48、 50和外部段52的尺寸設(shè)計(jì)得至少 基本相同。圖3和圖4示出了交叉58的不同橫截面。四個(gè)連接導(dǎo)體62將外部段 46與內(nèi)部段48相連，四個(gè)連接導(dǎo)體64將內(nèi)部段50和外部段52相連，使 得沿導(dǎo)體30的電流路徑總是延伸通過(guò)外部段46、 52、連接導(dǎo)體62、 64和 內(nèi)部段48、 50。在連接導(dǎo)體62、 64之間總有一個(gè)較小的切向距離66，該 切向距離防止了部分導(dǎo)體42、 44短路。連接導(dǎo)體62、 64設(shè)有一個(gè)在上方 和下方沿軸向?qū)б膮^(qū)段68、 70，它們分別用于連接段46、 48、 50、 52中 的一個(gè)，還設(shè)有沿徑向取向的中間區(qū)段72,其用于連接該區(qū)段68、 70。連 接導(dǎo)體62、 64分別焊接在段46、 48、 50、 52上。由于由圖2至圖4表示的導(dǎo)體30的布置，因而外部段46、 52和內(nèi)部 段48、 52由集膚效應(yīng)造成的內(nèi)部電阻或交流電阻相同。由于各個(gè)外部段46、 52和外部段48、 50具有相同的材料和相同的幾何尺寸，因此，各個(gè)相同的 孚殳46、 48、 50、 52以及連接導(dǎo)體62、 64的歐姆電阻也相同。因?yàn)槊總€(gè)部 分導(dǎo)體42、 44具有一個(gè)外部段46、 52和一個(gè)內(nèi)部段48、 50以及四個(gè)連接 導(dǎo)體62、 64,所以部分導(dǎo)體42、 44的總電阻也相同，并且它們?cè)诖箅娏髯?壓器絕緣套管18運(yùn)行時(shí)流過(guò)相同電流強(qiáng)度的電流。在圖5的透視圖中示出了用于大電流變壓器絕緣套管的導(dǎo)體74另一實(shí) 施例。下面的說(shuō)明僅基本上限于與圖1至圖4所述實(shí)施例的不同之處，保 持不變的特征和功能可以參考這些實(shí)施例?；旧媳３植蛔兊牟考旧?以相同的附圖標(biāo)記標(biāo)注。導(dǎo)體74類似于導(dǎo)體30地構(gòu)造。段46和48以及 段50和52 (不過(guò)在圖5中僅有它們中的外部段46、 52可見(jiàn))通過(guò)連接導(dǎo) 體76、 78相互連接，它們分別沿對(duì)角線導(dǎo)引并共同構(gòu)成X形交叉80。此 實(shí)施例在制造上尤其簡(jiǎn)單。不過(guò)作為替代亦可以考慮其它形狀的交叉，如 由S形、或者更普遍地由隆起的連接導(dǎo)體構(gòu)成的交叉。盡管圖5所示實(shí)施例是容易制造的，但是根據(jù)圖2至圖4的實(shí)施例允 許了交叉58的一種軸向緊湊的結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)允許部分導(dǎo)體42、 44的內(nèi) 段48、 50之間的軸向距離82小于部分導(dǎo)體42、 44的外部段46、 52之間 的軸向距離84。內(nèi)部段48、 50之間的距離82僅為70毫米，而外部4殳46、52之間的距離84為100毫米。在圖1至圖5中所示導(dǎo)體30、 74中，外部段46、 52終止于交叉58、 80,導(dǎo)體橫截面的一半以上是封閉的。各自的四個(gè)連接導(dǎo)體62、 64、 76、 78的導(dǎo)體橫截面僅占段46、 48、 50、 52的導(dǎo)體截面的約40% 。由此，在 連接導(dǎo)體62、 64、 76、 78中出現(xiàn)了與在段46、 48、 50、 52中相比和更高 一些的發(fā)熱相聯(lián)系的更高一些的電流密度。不過(guò)由于連接導(dǎo)體62、 64、 76、 78的導(dǎo)體距離較小，因而可以將這些多余的熱量由包圍該連接導(dǎo)體62、 64、 76、 78的變壓器油的油浴帶走。為此，變壓器油通過(guò)所述開(kāi)口 56的有利對(duì) 流是優(yōu)選的。在圖6中以示意側(cè)視圖示出一種實(shí)施例，其中多余熱量的產(chǎn)生被連接 導(dǎo)體62、 64、 76、 78的較小的導(dǎo)體截面保持較小。具有段46、 48、 50、 52 的導(dǎo)體86 (在圖6中僅外部段46、 52可見(jiàn))包括具有連接導(dǎo)體90、 92的 交叉88,這些連接導(dǎo)體沿導(dǎo)體86的軸向相互圍繞地轉(zhuǎn)動(dòng)。為清楚起見(jiàn)，僅 示出兩個(gè)分別成對(duì)地相互圍繞地轉(zhuǎn)動(dòng)的連接導(dǎo)體90、 92對(duì)。在連接導(dǎo)體90、 92之間，即使在轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)也總是留有與段46和50以及48和52之間相同的 距離。為了使連接導(dǎo)體90、 92不難制造，且為了使連接導(dǎo)體卯、92內(nèi)的 集膚效應(yīng)被保持得盡可能地小，連接導(dǎo)體90、 92的寬度最大是段46、 48、 50、 52的16毫米的徑向管壁厚度的三倍。
權(quán)利要求
1.一種大電流變壓器絕緣套管(18)，該絕緣套管具有一個(gè)用于固定在發(fā)電廠變壓器(4)上的固定裝置(32)、一個(gè)用于穿過(guò)變壓器容納殼體(22)的電導(dǎo)體(30，74，86)以及一個(gè)被圍繞該導(dǎo)體(30，74，86)導(dǎo)引的電絕緣子(26)，其中，該電導(dǎo)體(30，74，86)具有兩個(gè)相互嵌套地導(dǎo)引的管形部分導(dǎo)體(42，44)，其特征在于，沿著一條電流路徑的兩個(gè)部分導(dǎo)體(42，44)借助徑向交叉(58，80，88)而既具有在另一部分導(dǎo)體(42，44)內(nèi)部的內(nèi)部段(48，50)又具有在另一導(dǎo)體(42，44)外部的外部段(46，52)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的大電流變壓器絕緣套管(18)，其特征在于， 所述兩個(gè)部分導(dǎo)體(42, 44)被同心地設(shè)置。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的大電流變壓器絕緣套管(18 )，其特征在 于，所述兩個(gè)部分導(dǎo)體(42, 44 )被相互嵌套地導(dǎo)引通過(guò)一個(gè)軸向距離(60 ), 并且所述交叉(58， 80, 88 )被設(shè)置在該軸向距離的中心。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的大電流變壓器絕緣套管(18 ), 其特征在于，所述交叉(58, 80， 88)是為了用冷卻油環(huán)繞沖洗而設(shè)置的。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的大電流變壓器絕緣套管(18)， 其特征在于，所述部分導(dǎo)體(42, 44)的內(nèi)部段(48， 50)之間的距離(82) 小于部分導(dǎo)體(42, 44)的外部段(46， 52)之間的距離(84)。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1至5中任一項(xiàng)所述的大電流變壓器絕緣套管(18)， 其特征在于，所述交叉(88)具有在內(nèi)部段和外部段(46, 48， 50, 52 ) 之間沿軸向相互圍繞地轉(zhuǎn)動(dòng)的連接導(dǎo)體對(duì)。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的大電流變壓器絕緣套管(18)，其特征在于， 所述連接導(dǎo)體對(duì)的寬度最大是所述部分導(dǎo)體(42, 44)的徑向管壁厚度的 三倍。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種大電流變壓器絕緣套管(18)，該絕緣套管具有一個(gè)用于固定在發(fā)電廠變壓器(4)上的固定裝置(32)、一個(gè)用于穿過(guò)變壓器容納殼體(22)的電導(dǎo)體(30、74、86)以及一個(gè)被圍繞該導(dǎo)體(30、74、86)導(dǎo)引的電絕緣子(26)。在此建議，該電導(dǎo)體(30、74、86)具有兩個(gè)相互嵌套地導(dǎo)引的管形部分導(dǎo)體(42、44)?？梢詫⒈粚?dǎo)引穿過(guò)變壓器容納殼體(22)的電導(dǎo)體(30、74、86)的發(fā)熱保持較小。
文檔編號(hào)H01F27/00GK101162642SQ20071016127
公開(kāi)日2008年4月16日 申請(qǐng)日期2007年9月25日 優(yōu)先權(quán)日2006年9月25日
發(fā)明者溫弗里德·福伊爾斯坦 申請(qǐng)人:西門子公司