本發(fā)明涉及用于電力設(shè)備的繞組裝置的技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

電力變壓器是在電力系統(tǒng)的電網(wǎng)中使用的裝備。電力變壓器負(fù)責(zé)轉(zhuǎn)換電壓和電流以便輸送并分配電能。

由于焦耳效應(yīng)和由傅科(foucault)電流產(chǎn)生的額外損耗，使導(dǎo)體材料變熱。因此，需要使那些材料冷卻以便維持可容許的溫度，并且以便防止絕緣老化現(xiàn)象。例如，a級絕緣材料所允許的平均溫度是105℃。因此，將整個變壓器設(shè)計(jì)成適應(yīng)最大可允許溫度是至關(guān)重要的。

在大型電力變壓器的低壓(lv)側(cè)，通常箔繞組類型用作導(dǎo)體材料。這種繞組類型的使用基本上在穩(wěn)健性方面帶來了優(yōu)勢，這是由于防止了由在變壓器的有源部分上的外部短路所引起的軸向力。電流沿著箔繞組進(jìn)行自身調(diào)節(jié)以補(bǔ)償介于變壓器的高壓(hv)部分與lv部分之間的幾何場和磁場的不平衡。此外，箔繞組通常可以以快速且簡單的生產(chǎn)工藝進(jìn)行生產(chǎn)。

內(nèi)部冷卻由內(nèi)部冷卻導(dǎo)管來實(shí)現(xiàn)，內(nèi)部冷卻導(dǎo)管周向地移位并且由用于增強(qiáng)繞組的機(jī)械一致性和穩(wěn)健性的條帶構(gòu)成。總通道通常定位在導(dǎo)體的多個層與絕緣材料之間，其中，油僅與一個完整的匝相接觸，或者在使用部分通道時與匝的一部分相接觸。

冷卻通道的數(shù)量與需要從繞組釋放的能量的量有關(guān)，并且可以沿徑向方向但單獨(dú)地組合多個同心冷卻通道。這限制了繞組的徑向尺寸，并且這與機(jī)器的整體設(shè)計(jì)直接相關(guān)并與成本成正比。

de102011080827a1公開了下述提議：該提議是針對冷卻導(dǎo)管在相對兩側(cè)上的位置和幾何結(jié)構(gòu)以及對稱的對稱導(dǎo)管在相對兩側(cè)上的布置。

jph09199344(a)描述了一種用于冷卻通道的波狀條帶，該波狀條帶有助于整體件且易于組裝，然而該波狀條帶并不是導(dǎo)體材料并且該波狀條帶位于一對匝之間。

jph08316052(a)公開了一種箔繞組變壓器，該箔繞組變壓器設(shè)有多個孔以允許冷卻流體沿周向方向循環(huán)。

根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的用于能量分配的電力變壓器的典型設(shè)計(jì)基于有線繞組和箔繞組類型，并且由軸向冷卻通道構(gòu)成。圖1a示出了現(xiàn)有技術(shù)的有線繞組裝置，而圖1b示出了現(xiàn)有技術(shù)的基于盤繞箔的繞組裝置。對于電力變壓器，通常具有層型繞組或盤型繞組。

在卷繞過程期間，就所需的冷卻和溫度而言，如果需要，則圍繞一個普通的匝定位有一系列條帶，并且接著在后續(xù)的匝上定位有更多的條帶。

圖2a示出了根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的用于電力變壓器的部件200。部件200包括內(nèi)繞組裝置210和圍繞內(nèi)繞組裝置210布置的外繞組裝置220。內(nèi)繞組裝置210由絕緣導(dǎo)電箔制成，用于變壓器的lv部分。外繞組裝置220由漆包線制成，用于配電變壓器的hv部分。內(nèi)繞組裝置210和外繞組裝置220一起形成整個繞組裝置。部件200包括沿軸向方向的多個冷卻通道。在電力變壓器的操作期間，冷卻通道通常由冷卻油流動通過。位于內(nèi)繞組裝置210與外繞組裝置220之間的冷卻通道230通常稱為雜散通道。內(nèi)繞組裝置210還包括周向冷卻導(dǎo)管211-213，并且外繞組裝置220還包括周向冷卻導(dǎo)管221-223。在相鄰的周向冷卻導(dǎo)管211-213、221-223中的每對相鄰的周向冷卻導(dǎo)管之間布置有多于一層的繞組，如可以在圖2b中最佳地看到的，圖2b是導(dǎo)電箔制成的內(nèi)繞組210的放大圖。因此，電導(dǎo)體的一些層比其它層更靠近冷卻導(dǎo)管。這是有缺陷的，原因在于來自這些層的熱必須行進(jìn)更長的路徑以被消散。此外，如可以毫不費(fèi)力地觀察到的，冷卻導(dǎo)管的體積與導(dǎo)體材料的體積幾乎相同。

如還可以在圖2b中最佳地看到的，周向冷卻導(dǎo)管211-213由條帶215-218穩(wěn)定，所述條帶215-218沿著周向?qū)Ч?11、212沿軸向方向延伸。

每個冷卻通道的使用增大了徑向尺寸。為了避免過熱并且使變壓器的損壞降至最低，通常使用大的電密度安全系數(shù)。例如，增大導(dǎo)體的橫截面。當(dāng)期望最高溫度超過a級材料的值時，也可以應(yīng)用特定的絕緣材料比如

然而，仍然需要具有改進(jìn)的熱消散和減小的結(jié)構(gòu)尺寸的繞組裝置。本發(fā)明的目的在于減小繞組裝置的尺寸并且改進(jìn)熱消散。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

該目的通過根據(jù)獨(dú)立權(quán)利要求采取的措施解決。另外的有利實(shí)施方式由獨(dú)立權(quán)利要求提出。

根據(jù)一方面，提出了用于電力設(shè)備的繞組裝置。繞組裝置包括電導(dǎo)體和多個冷卻導(dǎo)管。電導(dǎo)體圍繞軸線盤繞由此形成多個層。所述多個冷卻導(dǎo)管中的每個冷卻導(dǎo)管在盤繞的電導(dǎo)體的一對相鄰的層之間沿軸向方向延伸通過繞組裝置，并且所述多個冷卻導(dǎo)管中的每個冷卻導(dǎo)管沿切線方向不完全圍繞軸線延伸。多個冷卻導(dǎo)管的冷卻導(dǎo)管分布在多于一對的相鄰的層之間，使得繞組裝置基本上呈筒形。

根據(jù)另一方面，提出了一種用于生產(chǎn)繞組裝置的方法。盤繞電導(dǎo)體，由此形成圍繞軸線的電導(dǎo)體的多個層，使得多個冷卻導(dǎo)管中的每個冷卻導(dǎo)管在盤繞的電導(dǎo)體的一對相鄰的層之間沿軸向方向延伸通過繞組裝置，并且所述多個冷卻導(dǎo)管中的每個冷卻導(dǎo)管沿切線方向不完全圍繞軸線延伸。此外，電導(dǎo)體盤繞成使得多個冷卻導(dǎo)管中的冷卻導(dǎo)管分布在多于一對的相鄰的層之中以使得繞組裝置基本上呈筒形。

附圖說明

在下文中，基于由附圖所圖示的實(shí)施方式對本發(fā)明進(jìn)行描述。

圖1a示出了根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的有線繞組裝置。

圖1b示出了根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的基于盤繞箔的繞組裝置。

圖2a示出了根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的用于電力變壓器的部件。

圖2b是圖2a中示出的部件的內(nèi)繞組的放大圖。

圖3示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的繞組裝置的俯視示意圖。

圖4a示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的繞組裝置的立體圖。

圖4b示出了圖4a的繞組裝置的俯視圖。

圖5示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的繞組裝置的俯視圖。

圖6a示出了根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的用于變壓器的繞組裝置的俯視示意圖。

圖6b示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的繞組裝置的俯視示意圖。

圖7a示出了繞組裝置的示意圖，其中，冷卻導(dǎo)管的多個類型的形狀和布置圖示出本發(fā)明的多個實(shí)施方式。

圖7b是圖7a的繞組裝置的放大圖。

圖8a是由直接卷繞過程獲得的繞組裝置的俯視示意圖。

圖8b是圖8a的繞組裝置的放大圖。

圖9是包括前述繞組裝置中的任一繞組裝置的三相變壓器的立體圖。

具體實(shí)施方式

圖3示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的用于電力設(shè)備的繞組裝置300的俯視示意圖。繞組裝置300包括電導(dǎo)體309和多個冷卻導(dǎo)管301-304。冷卻導(dǎo)管301-304布置在繞組裝置300內(nèi)。電導(dǎo)體圍繞軸線330盤繞形成七個層321-327。每個冷卻導(dǎo)管301-304在盤繞的電導(dǎo)體309的一對相鄰的層322-326之間沿軸向方向在整個繞組裝置300上延伸，并且每個冷卻導(dǎo)管301-304沿切線方向不完全圍繞軸線330延伸。在上下文中相鄰指的是，在一對相鄰的層之間沒有電導(dǎo)體309的其它層。例如，在圖3中，冷卻導(dǎo)管301位于一對相鄰的層325和326之間，并且冷卻導(dǎo)管302位于相鄰的層324和325之間等。多個冷卻導(dǎo)管301-304分布在多于一對的相鄰的層321-327之間，使得繞組裝置300基本上呈筒形。

考慮到最靠內(nèi)的冷卻導(dǎo)管321可以從繞組裝置的中央腔內(nèi)冷卻下來，并且最靠外的冷卻導(dǎo)管327可以從繞組裝置的外部冷卻下來，僅需要四個冷卻導(dǎo)管以確保示例性的七個層321-327中每個層直接接觸冷卻器件。四個冷卻導(dǎo)管301-304被布置在繞組裝置內(nèi)，使得四個冷卻導(dǎo)管301-304可以被認(rèn)為由分布在不同的四對層之間的四個部段構(gòu)成，使得四個部段圍繞筒形繞組裝置的軸線形成周向結(jié)構(gòu)，該周向結(jié)構(gòu)以恒定的方式增大繞組裝置的直徑。當(dāng)然，本發(fā)明不限于具有四個冷卻導(dǎo)管的繞組裝置。本發(fā)明的構(gòu)思可以例如應(yīng)用于具有多于兩個的冷卻導(dǎo)管的繞組裝置。例如，所述多個冷卻導(dǎo)管中的每個冷卻導(dǎo)管301-304在盤繞的電導(dǎo)體309的一對相鄰的層321-327之間沿切線方向圍繞軸線330延伸最多180度。這允許以簡單有規(guī)律的方式在不同對的層之間分布兩個或更多個冷卻導(dǎo)管，使得多個冷卻導(dǎo)管圍繞軸線形成周向結(jié)構(gòu)，其中，該周向結(jié)構(gòu)確保了繞組結(jié)構(gòu)的筒形形式。

此外，不需要每個內(nèi)部層322-326都接觸冷卻導(dǎo)管。例如，還有下述可能的實(shí)施方式：在該實(shí)施方式中，一個或更多個層接觸多于一個的冷卻導(dǎo)管，或者這樣的實(shí)施方式：在該實(shí)施方式中，并非所有內(nèi)部層都接觸冷卻導(dǎo)管。然而，如果盤繞的導(dǎo)體309的每個層321-327均接觸至少一個冷卻導(dǎo)管301-304，則預(yù)期會有特別有效的冷卻。

電導(dǎo)體309通常是箔或?qū)Ь€。如果電導(dǎo)體309是箔，則通常箔的每個匝對應(yīng)于一個層。如果電導(dǎo)體309是導(dǎo)線，則通常多個匝形成一個層。

圖4a示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的繞組裝置400的立體圖。圖4b示出了繞組裝置400的俯視示意圖。繞組裝置400包括電導(dǎo)體和兩組多個冷卻導(dǎo)管401、402。電導(dǎo)體盤繞成多個層420。冷卻導(dǎo)管401、402與軸線410平行并且布置成兩個螺旋裝置461、462。繞組裝置的每個層接觸兩個冷卻導(dǎo)管。

圖5示出了與圖4a和圖4b中所描述的繞組裝置相似的繞組裝置500的俯視圖。然而，不同于2個螺旋裝置，圖5的繞組裝置包括具有冷卻通道的四個螺旋裝置561、562、563、564。

圖6a示出了根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的繞組裝置650的俯視示意圖。繞組裝置650包括兩個周向的標(biāo)準(zhǔn)冷卻通道裝置。兩個周向冷卻導(dǎo)管651、652各自完全布置在一對層之間。

圖6b示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的繞組裝置600的俯視示意圖，其圖示出與圖6a的現(xiàn)有技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)冷卻導(dǎo)管的不同之處。為了獲得足夠的冷卻，繞組裝置600沿著兩個螺旋形狀621、622將冷卻導(dǎo)管分布在整個繞組裝置上。圖6a和圖6b用于圖示出對于繞組裝置650的兩個冷卻通道651、652而言需要考慮的額外的體積。假設(shè)繞組裝置650的單個冷卻導(dǎo)管的徑向延伸等于冷卻導(dǎo)管651、652中的一者的徑向延伸，則用于為冷卻裝置600設(shè)置冷卻導(dǎo)管所需要的徑向總延伸僅是用于為繞組裝置650設(shè)置冷卻導(dǎo)管所需要的徑向總延伸的一半。

圖7a示出了圖示冷卻導(dǎo)管和條帶的多個類型的形狀和布置的俯視示意圖。圖7b是圖7a的繞組裝置700的一部分的放大圖。

繞組裝置700示出了：借助于筒形條帶751、752形成的簡單冷卻導(dǎo)管701；借助于筒形條帶752、絕緣體和彎曲部753形成的冷卻導(dǎo)管702；借助于矩形條帶754、絕緣體和彎曲部755形成的冷卻導(dǎo)管704；借助于幾乎呈矩形的彎曲部755和平滑的彎曲部756形成的冷卻導(dǎo)管705；以及借助于橢圓形條帶和絕緣體形成的冷卻導(dǎo)管706。當(dāng)然，用于形成冷卻導(dǎo)管的許多其它類型的形狀和布置也是可能的。

圖8a示出了圖示由直接卷繞過程獲得的繞組裝置800的俯視示意圖。圖8b示出了繞組裝置800的一部分的放大圖。繞組裝置包括沿軸向方向延伸的多個冷卻導(dǎo)管801、802、803、804、805、806、807、808、809、810、811、812。每個冷卻導(dǎo)管呈三角形且借助于條帶821、822、823、824、825、826、827、828、829、830、831、832來形成，其中，電導(dǎo)體899的至少一個層盤繞在條帶821、822、823、824、825、826、827、828、829、830、831、832之上，使得每個條帶跨越電導(dǎo)體899的一部分以便形成相應(yīng)的冷卻導(dǎo)管801、802、803、804。這實(shí)現(xiàn)了冷卻導(dǎo)管的特別簡單且有效的生產(chǎn)過程。

圖9示出了有源部分變壓器900，用于圖示根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的繞組裝置的可能位置901。

本發(fā)明的各實(shí)施方式允許獲得更好的繞組緊湊性，以便減少導(dǎo)體材料的數(shù)量并改進(jìn)冷卻效果。作為另一優(yōu)點(diǎn)，例如與繞組的每個匝的直接接觸能夠有效地避免在不存在冷卻導(dǎo)管的集中區(qū)域上的熱區(qū)。

根據(jù)各實(shí)施方式，冷卻導(dǎo)管借助于條帶形成并穩(wěn)定。這種條帶可以由不同的形狀和材料制成。其目的在于保證繞組的一致性。

包括用于在后續(xù)位置上具有分離式冷卻導(dǎo)管的變壓器繞組的冷卻導(dǎo)管的各實(shí)施方式的其它優(yōu)點(diǎn)和特征在于以下構(gòu)思：

·考慮具有由同一匝交叉至少兩次的至少一個冷卻通道的變壓器繞組。

·(傳統(tǒng)上單個)冷卻導(dǎo)管被分成在(例如最小2n-1)匝之中例如在螺旋裝置中由內(nèi)向外分布的高達(dá)n個部段。

·如圖所示，引入冷卻導(dǎo)管以使冷卻效果分布均勻并且避免由于冷卻通道而引起的徑向尺寸增大。

·冷卻導(dǎo)管沿著繞組布置成螺旋形；

·冷卻導(dǎo)管可以由通過諸如沖壓、軋制或鍛造之類的機(jī)械加工

或者由通過卷繞機(jī)的拉伸而變形的箔制成。

·冷卻導(dǎo)管可以結(jié)合不同種類的條帶比如金屬條帶、psp條帶，

并且可以組合不同的材料。

·冷卻導(dǎo)管可以具有不同的寬度。

·冷卻導(dǎo)管可以由分離箔繞組進(jìn)行組合。

·根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的繞組裝置可以包括用于變形的元件并且可以形成可以在卷繞過程之后被抽出的導(dǎo)管。

·為了避免較大的尺寸，期望的是，優(yōu)化冷卻通道的數(shù)量，并且甚至增加導(dǎo)體的橫截面，并且因此增加導(dǎo)體的質(zhì)量用于滿足所需的標(biāo)準(zhǔn)條件。

·為了改進(jìn)冷卻效果，同時避免徑向尺寸增大，本發(fā)明的各實(shí)施方式基于如下設(shè)計(jì)：該設(shè)計(jì)允許冷卻導(dǎo)管沿螺旋方向進(jìn)行新的分布，這很可能使每個匝上的冷卻效果均勻并且有助于使整體溫度降低。

·用于電力變壓器的繞組的在后續(xù)位置的該冷卻導(dǎo)管(命名為c導(dǎo)管)開啟了在需要使用多于一個的完整的冷卻通道時通過消除額外空間來節(jié)省費(fèi)用的可能性。該構(gòu)思可以應(yīng)用于大多數(shù)繞組類型的lv繞組和hv繞組。這將使用由單個冷卻通道占據(jù)的相同的空間來提高總體的冷卻效果。

根據(jù)另外的實(shí)施方式，繞組裝置可以包括金屬條帶以及圓形、正方形、矩形和/或t形的條帶。

根據(jù)另外的實(shí)施方式，彎曲過程可以執(zhí)行如下：

a)開始卷繞過程。

b)使箔滾動交叉并使箔變形。應(yīng)該指出的是，彎曲過程增加繞組的長度。然而，這通過減小繞組裝置的外半徑進(jìn)行補(bǔ)償。

根據(jù)不必要求彎曲過程的另外的實(shí)施方式：

c)卷繞過程：使條帶變形并形成冷卻導(dǎo)管。

d)指定下一個角度并且包括下一個條帶。

alfa_i+1＝360°/步驟_i

半徑_i+1＝半徑_i+箔_厚度(+t_絕緣體)

e)條帶以直徑對稱對準(zhǔn)。