[发明专利]变压器

说明书

本发明涉及根据权利要求1的前序部分所述的变压器和根据权利要求13所述的变压器在10-300kV、优选20-150kV、更优选36-110kV范围内且最优选约72.5kV的电压下的用途。

变压器在本领域中熟知且称为经感应耦合的导体(即变压器绕组)将电能从一个电路传输到另一电路的装置。一般来讲，绕组缠绕磁芯。在第一(“初级”)绕组中的电流在磁芯中产生磁场，所述磁场在第二(“次级”)绕组中引发电压。该效应称为互感。

包括绕组和磁芯的电有源部分的各部件必须视在其间的介电需求而彼此绝缘。

就绝缘而言，可分成两种类型的变压器：

一方面，在液体或气体变压器中，包括绕组和磁芯的电有源部分(electrical active part)配置在填充了具有比空气好的绝缘性质的介电绝缘介质的槽或容器中。具体地讲，在液体绝缘变压器中，绝缘介质为液体，诸如油、聚硅氧烷或Midel，且在气体绝缘变压器中，绝缘介质为气体，诸如处于大气压或高压下的SF₆或N₂。

另一方面，干式变压器没有槽，且电有源部分因此由常压空气围绕。

对于高于36kV的电压，通常使用气体或液体变压器。由于绝缘介质具有比较高的绝缘性能，在电有源部分的各部件之间的间隙比较小。然而，这些变压器具有比较复杂且由于使用槽和不同于空气的绝缘介质而成本比较高的缺点。并且，在这类变压器中常需要冷却装置以主动冷却绝缘空间，且尤其是在绕组之间的空间。这些冷却装置进一步导致气体和液体变压器的复杂性和高成本。

通常在至多36kV的电压下使用的干式变压器较不复杂，但具有由于空气的较低的绝缘性能而引起的间隙大的缺点。因此，干式变压器的空间需求比较大且其重量比较大。由于材料的需求量，因此干式变压器的成本也比较高。

基于目前工艺水平的上述缺点，本发明的目标在于提供一种变压器，即使指定比较高的电压，其也允许非常简单且紧凑的设计且同时也允许制造成本显著降低。

该目标由根据权利要求1所述的变压器解决。在从属权利要求中给出所述变压器的优选实施方案。

本发明的变压器包括限定隔室使其封闭且与所述变压器的剩余绝缘空间隔开的隔块。所述封闭隔室至少部分地配置在绕组之间的空间内，即在绕组空间内。

所述变压器的特征在于所述封闭隔室包含与在变压器的剩余绝缘空间中包含的绝缘流体不同的绝缘流体，在封闭隔室中包含的绝缘流体具有比在剩余绝缘空间中包含的绝缘流体高的介电击穿场强。

本发明利用了在绕组之间的间隙与例如在高压绕组和磁芯之间的间隙相比对变压器的总制造成本具有大得多的影响的发现。具体地讲，绕组之间的间隙与变压器的阻抗有关，其对绕组的匝数和磁芯的截面积有影响。一般来讲，本发明的变压器的绕组为环形绕组(circular windings)。

由于存在封闭隔室，因此，在介电性能至关重要的地方即在绕组空间，可选择性地提供具有特别高的介电性能、尤其是高介电击穿场强的绝缘流体。因此，根据本发明的绕组之间的间隙被显著降低，其伴随着变压器电阻较低、绕组匝数较高、磁芯截面积减小和最终制造成本降低。

在封闭隔室外部的剩余绝缘空间中，可在不显著增加变压器的重量的情况下使用常压空气，且因此仅适度增加变压器的空间尺寸且可获得紧凑的变压器而不需要槽。

因此，与油或气体绝缘的常规变压器相比较，根据本发明通过消除槽和较大部分的绝缘介质的成本而实现节约。与干式常规变压器相比较，根据本发明通过减少磁芯所需要的材料量而实现节约。该第二方面的经济影响非常明显，其通过在常规干式变压器中磁芯的材料成本占变压器总成本的约一半的事实而得到强调。

由于在绕组空间中的高绝缘性能，本发明的变压器可在高至较高的电压下使用。

因此，本发明组合了干式变压器的优势与液体或气体变压器的优势。

根据一个优选的实施方案，所述封闭隔室至少大致对应绕组空间。

在根据本发明的变压器的封闭隔室和剩余绝缘空间中使用的绝缘流体可为液相或气相。也可以考虑所述绝缘流体形成包括处于液相的第一部分和处于气相的第二部分的两相体系。

例如，在封闭隔室中包含的绝缘流体可为包含以下或基本由以下组成的绝缘气体：处于高压的SF₆或空气或具有高介电性能、尤其具有高介电击穿场强的任何其他绝缘气体。或者，所述绝缘流体可为例如选自Midel 7131(M&I Materials Limited)、硅油和矿物油的绝缘液体。