用于風(fēng)力發(fā)電的超導(dǎo)干式變壓器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種用于風(fēng)力發(fā)電的超導(dǎo)干式變壓器，包括高壓線圈、低壓線圈、鐵芯和低溫杜瓦，鐵芯外圍依次套設(shè)有低壓線圈和高壓線圈，且鐵芯穿過(guò)低壓線圈和高壓線圈的部分被設(shè)置為橢圓形橫截面的柱體；低壓線圈和高壓線圈均設(shè)置于低溫杜瓦內(nèi)；高壓線圈和低壓線圈均采用第二代高溫超導(dǎo)帶材繞制；低溫杜瓦采用玻璃鋼制成。本發(fā)明變壓器采用了由第二代高溫超導(dǎo)帶材繞制而成的高、低壓線圈，使得線圈內(nèi)部電場(chǎng)分布均勻，從而能夠保證線圈具有良好的電氣性能，降低變壓器損耗，局部放電量少，抗雷電沖擊能力強(qiáng)，有效延長(zhǎng)了變壓器的使用壽命。本發(fā)明中的高壓線圈采用特殊的繞制結(jié)構(gòu)，可提高高壓線圈的使用壽命。
【專利說(shuō)明】用于風(fēng)力發(fā)電的超導(dǎo)干式變壓器

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種變壓器，特別涉及一種用于風(fēng)力發(fā)電的超導(dǎo)干式變壓器。

【背景技術(shù)】
[0002]風(fēng)能是最清結(jié)、無(wú)污染的可再生能源之一。據(jù)專家們的測(cè)估，全球可利用的風(fēng)能資源為200億千瓦，約是可利用水力資源的10倍。如果利用1%的風(fēng)能能量，可產(chǎn)生世界現(xiàn)有發(fā)電總量8%?9%的電量。
[0003]近入21世紀(jì)，全球可再生能源不斷發(fā)展，風(fēng)能作為一種高效清潔的新能源正受到各國(guó)的高度重視。我國(guó)風(fēng)能資源儲(chǔ)量豐富，風(fēng)能開發(fā)利用的潛力很大。近年來(lái)，風(fēng)力發(fā)電作為一種可再生能源獲得了飛速的發(fā)展。作為風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中的關(guān)鍵設(shè)備，風(fēng)電用組合式變壓器技術(shù)也獲得了較快發(fā)展。風(fēng)力發(fā)電就是將風(fēng)能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能再轉(zhuǎn)換為電能的過(guò)程。而作為風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中的主要設(shè)備，風(fēng)力發(fā)電用組合式變壓器獲得了較快的發(fā)展。從早期的變電站，發(fā)展到今天的組合式變壓器。風(fēng)力發(fā)電機(jī)的電壓等級(jí)也從10kv發(fā)展到35kV。
[0004]但是，目前用于風(fēng)力發(fā)電的變壓器的線圈電氣性能較差，由此提高了變壓器的空載損耗，增加了局部放電量，同時(shí)抗雷電沖擊能力也較差，大大降低了變壓器的使用壽命。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的，就是為了解決上述問(wèn)題而提供了一種用于風(fēng)力發(fā)電的、空載損耗相對(duì)較小且使用壽命相對(duì)較長(zhǎng)的超導(dǎo)干式變壓器。
[0006]本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的:
[0007]本發(fā)明的一種用于風(fēng)力發(fā)電的超導(dǎo)干式變壓器，包括高壓線圈、低壓線圈、鐵芯和低溫杜瓦，其中:
[0008]所述鐵芯外圍依次套設(shè)有所述低壓線圈和高壓線圈，且所述鐵芯穿過(guò)所述低壓線圈和高壓線圈的部分被設(shè)置為橢圓形橫截面的柱體；
[0009]所述低壓線圈和高壓線圈均設(shè)置于所述低溫杜瓦內(nèi)；
[0010]所述高壓線圈和低壓線圈均采用第二代高溫超導(dǎo)帶材繞制；
[0011]所述低溫杜瓦采用玻璃鋼制成。
[0012]上述的一種用于風(fēng)力發(fā)電的超導(dǎo)干式變壓器，其中，所述低壓線圈和高壓線圈均被設(shè)置成標(biāo)準(zhǔn)橢圓形線圈結(jié)構(gòu)。
[0013]上述的一種用于風(fēng)力發(fā)電的超導(dǎo)干式變壓器，其中，所述高壓線圈包括至少12段依次串聯(lián)且在沿軸向排列的分段線圈，每段分段線圈包括至少11層分層線圈，每層分層線圈為一匝線圈結(jié)構(gòu)，且每層分層線圈之間采用聚酯薄膜聚酯纖維非織布柔軟復(fù)合箔層作為層間絕緣，每段分段線圈的內(nèi)外均采用網(wǎng)格布包裹，相鄰分段線圈之間采用網(wǎng)格布作為段間絕緣，所有分段線圈的兩端采用網(wǎng)格布作為端絕緣。
[0014]上述的一種用于風(fēng)力發(fā)電的超導(dǎo)干式變壓器，其中，所述鐵芯的橫截面形狀包括中間矩形，中間矩形的兩側(cè)對(duì)稱分布有長(zhǎng)度和寬度依次減小的矩形，使鐵芯的橫截面形狀形成橢圓形。
[0015]本發(fā)明變壓器采用了由第二代高溫超導(dǎo)帶材繞制而成的高、低壓線圈，使得線圈內(nèi)部電場(chǎng)分布均勻，從而能夠保證線圈具有良好的電氣性能，降低變壓器損耗，局部放電量少，抗雷電沖擊能力強(qiáng)，有效延長(zhǎng)了變壓器的使用壽命。
[0016]同時(shí)，本發(fā)明采用的高壓線圈結(jié)構(gòu)具有以下優(yōu)點(diǎn):
[0017]1、由至少12段分段線圈組成，每段軸向尺寸小，減小由線圈內(nèi)部氣泡放電引起的局部放電量，提高使用壽命；
[0018]2、用一層一匝的排列方式繞制，軸向12段容易排列，填充系數(shù)大，線圈軸向尺寸小，材料成本低；
[0019]3、導(dǎo)線繞制時(shí)無(wú)螺旋角，正常運(yùn)行時(shí)漏磁比較小，減小漏磁引起的線圈局部過(guò)熱量;
[0020]4、匝電勢(shì)比較高，用每層只有一匝線圈結(jié)構(gòu)，層間電壓為匝間電壓，每段中沒(méi)有電場(chǎng)集中點(diǎn)，減少電場(chǎng)集中點(diǎn)引起的局部放電量，提高使用壽命；
[0021]5、繞制時(shí)不需要放置角環(huán)，繞制工藝簡(jiǎn)單。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0022]圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0023]圖2是圖1中鐵芯的橫截面不意圖；
[0024]圖3是圖1中高壓線圈的橫截面示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0025]下面將結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。
[0026]請(qǐng)參閱圖1，圖中示出了本發(fā)明一種用于風(fēng)力發(fā)電的超導(dǎo)干式變壓器，包括高壓線圈3、低壓線圈2、鐵芯1和低溫杜瓦4，其中:
[0027]鐵芯1外圍依次套設(shè)有低壓線圈2和高壓線圈3，且鐵芯1穿過(guò)低壓線圈2和高壓線圈3的部分被設(shè)置為橢圓形橫截面的柱體，鐵芯1的橫截面形狀包括中間矩形，中間矩形的兩側(cè)對(duì)稱分布有長(zhǎng)度和寬度依次減小的矩形，使鐵芯1的橫截面形狀形成橢圓形(如圖2所示)；
[0028]低壓線圈2和高壓線圈3均被設(shè)置成標(biāo)準(zhǔn)橢圓形線圈結(jié)構(gòu)；
[0029]低壓線圈2和高壓線圈3均設(shè)置于低溫杜瓦4內(nèi)；
[0030]高壓線圈3和低壓線圈2均采用第二代高溫超導(dǎo)帶材繞制；
[0031]低溫杜瓦4采用玻璃鋼制成。
[0032]請(qǐng)參閱圖3，高壓線圈2包括12段依次串聯(lián)且在沿軸向排列的分段線圈21，每段分段線圈21包括11層分層線圈22，每層分層線圈22為一匝線圈結(jié)構(gòu)，且每層分層線圈22之間采用聚酯薄膜聚酯纖維非織布柔軟復(fù)合箔層作為層間絕緣，每段分段線圈21的內(nèi)外均采用網(wǎng)格布包裹，相鄰分段線圈21之間采用網(wǎng)格布作為段間絕緣23，所有分段線圈21的兩端采用網(wǎng)格布作為端絕緣24。
[0033]鐵芯1通過(guò)采用橢圓形截面，可以實(shí)現(xiàn)提高變壓器相間空間和器身整體空間利用率的目的，在橢圓形鐵芯1的截面積與圓形鐵芯的截面積相同以及相間距離相同情況下，該橢圓形鐵芯1的鐵芯柱中心距將減小，也就是鐵芯軛片長(zhǎng)度減小，鐵芯磁路減短。因此鐵芯1重量也將減小，這樣就達(dá)到了在鐵芯1片材料確定和磁通密度不變的情況下減少鐵芯1重量和降低空載損耗的目的，降低了變壓器的制造成本。
[0034]高壓線圈3和低壓線圈2采用第二代高溫超導(dǎo)帶材。目前，國(guó)內(nèi)外示范運(yùn)行的高溫超導(dǎo)變壓器一般采用Bi2223/Ag超導(dǎo)材料，這類第一代高溫超導(dǎo)帶材由于使用貴金屬銀作為包套，材料成本較高，其費(fèi)用占超導(dǎo)變壓器成本的70-80%，在提高性價(jià)比上難以發(fā)展。第二代高溫超導(dǎo)帶材是在不銹鋼基帶上外延生長(zhǎng)YBaCuO超導(dǎo)薄膜，其基帶不采用銀，可大大降低材料成本。另外，由于YBaCuO超導(dǎo)體在77K下的不可逆磁場(chǎng)大大高于Bi系超導(dǎo)體，其77K下的交流損耗可遠(yuǎn)低于第一代高溫超導(dǎo)材料。本發(fā)明采用一種新型高溫超導(dǎo)帶材-即基于金屬基帶上的高溫超導(dǎo)薄膜而形成的第二代高溫超導(dǎo)帶材，是一種液氮溫區(qū)超導(dǎo)電流傳輸密度和不可逆磁場(chǎng)具有明顯優(yōu)勢(shì)的實(shí)用超導(dǎo)材料。
[0035]采用的標(biāo)準(zhǔn)橢圓形線圈結(jié)構(gòu)，是一種適于第二代高溫超導(dǎo)帶材和新型超導(dǎo)變壓器設(shè)計(jì)，由此設(shè)計(jì)、制造出的超導(dǎo)變壓器尚未被國(guó)內(nèi)外企業(yè)和研發(fā)單位所報(bào)道。由于第二代高溫超導(dǎo)帶材為較寬的帶狀材料，易于大電流和橢圓形設(shè)計(jì)；所以基于第二代高溫超導(dǎo)帶材的超導(dǎo)變壓器具有較大優(yōu)勢(shì)。
[0036]本發(fā)明中的低溫杜瓦4采用玻璃鋼杜瓦，傳統(tǒng)的低溫杜瓦4采用不銹鋼材料，強(qiáng)度高，杜瓦內(nèi)壁可以很薄，有效減小固體熱傳導(dǎo)；不銹鋼密度高不放氣，能夠維持真空度，有效減小對(duì)流熱交換；在低溫杜瓦4內(nèi)外夾層間包繞多層光滑金屬箔作為輻射屏，有效地防止熱輻射的傳播；同時(shí)在夾層中間還放置一定量的活性碳已吸附多余的氣體分子。所以傳統(tǒng)的低溫杜瓦4 一般都采用不銹鋼材料制備，具有強(qiáng)度高、真空維持時(shí)間長(zhǎng)、絕熱性能好等優(yōu)點(diǎn)，不銹鋼杜瓦真空度可抽到10 - 7Pa以上，真空度可維持2年以上。但是超導(dǎo)變壓器用低溫杜瓦4包圍鐵心磁路，因此在變壓器用低溫杜瓦4不能使用任何金屬材料，所以選用絕緣性能好的玻璃鋼材料。在內(nèi)外杜瓦壁夾層內(nèi)，防輻射屏的使用與常規(guī)杜瓦不同，輻射屏光滑金屬箔應(yīng)該采用帶有切口的薄金屬箔以免在杜瓦夾層內(nèi)形成短路環(huán)。由于玻璃鋼材料的放氣特性，杜瓦真空不能維持很長(zhǎng)時(shí)間，所以超導(dǎo)干式變壓器用低溫玻璃鋼杜瓦需要定期抽真空。另外常規(guī)杜瓦的吸附氣體材料常采用活性碳；超導(dǎo)變壓器吸附材料應(yīng)該選用有機(jī)絕緣吸附氣體材料，也不要使用半導(dǎo)體吸附材料，以避免在夾層內(nèi)產(chǎn)生短路。超導(dǎo)變壓器杜瓦工作于交變磁場(chǎng)環(huán)境中，所以在材料的選取上禁止使用磁性材料。
[0037]高壓線圈3由至少12段分段線圈組成，每段軸向尺寸小，減小由線圈內(nèi)部氣泡放電引起的局部放電量，提高使用壽命；用一層一匝的排列方式繞制，軸向12段容易排列，填充系數(shù)大，線圈軸向尺寸小，材料成本低；導(dǎo)線繞制時(shí)無(wú)螺旋角，正常運(yùn)行時(shí)漏磁比較小，減小漏磁引起的線圈局部過(guò)熱量；匝電勢(shì)比較高，用每層只有一匝線圈結(jié)構(gòu)，層間電壓為匝間電壓，每段中沒(méi)有電場(chǎng)集中點(diǎn)，減少電場(chǎng)集中點(diǎn)引起的局部放電量，提高使用壽命；繞制時(shí)不需要放置角環(huán)，繞制工藝簡(jiǎn)單。
[0038]以上實(shí)施例僅供說(shuō)明本發(fā)明之用，而非對(duì)本發(fā)明的限制，有關(guān)【技術(shù)領(lǐng)域】的技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，還可以作出各種變換或變型，因此所有等同的技術(shù)方案也應(yīng)該屬于本發(fā)明的范疇，應(yīng)由各權(quán)利要求所限定。
【權(quán)利要求】
1.一種用于風(fēng)力發(fā)電的超導(dǎo)干式變壓器，其特征在于，包括高壓線圈、低壓線圈、鐵芯和低溫杜瓦，其中: 所述鐵芯外圍依次套設(shè)有所述低壓線圈和高壓線圈，且所述鐵芯穿過(guò)所述低壓線圈和高壓線圈的部分被設(shè)置為橢圓形橫截面的柱體； 所述低壓線圈和高壓線圈均設(shè)置于所述低溫杜瓦內(nèi)； 所述高壓線圈和低壓線圈均采用第二代高溫超導(dǎo)帶材繞制； 所述低溫杜瓦采用玻璃鋼制成。
2.如權(quán)利要求1所述的一種用于風(fēng)力發(fā)電的超導(dǎo)干式變壓器，其特征在于，所述低壓線圈和高壓線圈均被設(shè)置成標(biāo)準(zhǔn)橢圓形線圈結(jié)構(gòu)。
3.如權(quán)利要求1所述的一種用于風(fēng)力發(fā)電的超導(dǎo)干式變壓器，其特征在于，所述高壓線圈包括至少12段依次串聯(lián)且在沿軸向排列的分段線圈，每段分段線圈包括至少11層分層線圈，每層分層線圈為一匝線圈結(jié)構(gòu)，且每層分層線圈之間采用聚酯薄膜聚酯纖維非織布柔軟復(fù)合箔層作為層間絕緣，每段分段線圈的內(nèi)外均采用網(wǎng)格布包裹，相鄰分段線圈之間采用網(wǎng)格布作為段間絕緣，所有分段線圈的兩端采用網(wǎng)格布作為端絕緣。
4.如權(quán)利要求1所述的一種用于風(fēng)力發(fā)電的超導(dǎo)干式變壓器，其特征在于，所述鐵芯的橫截面形狀包括中間矩形，中間矩形的兩側(cè)對(duì)稱分布有長(zhǎng)度和寬度依次減小的矩形，使鐵芯的橫截面形狀形成橢圓形。
【文檔編號(hào)】H01F27/24GK104505242SQ201410851579
【公開日】2015年4月8日 申請(qǐng)日期:2014年12月31日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月31日
【發(fā)明者】陳素娟 申請(qǐng)人:上海和鳴變壓器有限公司, 陳素娟