有载调压变压器及设有其的海上升压站的制作方法

1.本发明涉及有载调压变压器制造技术领域，特别涉及一种有载调压变压器及设有其的海上升压站。


背景技术：

2.在环境污染和温室气体排放日益严重的今天，风力发电作为全球公认可以有效减缓气候变化、提高能源安全、促进低碳经济增长的方案，得到各国政府、机构和企业等的高度关注。此外，由于风电技术相对成熟，且具有更高的成本效益和资源有效性，因此，风电也成为近年来世界上增长最快的能源之一。
3.我国幅员辽阔、海岸线长，同时我国东部沿海地区先天条件优越，东部沿海地区经济发达、常规能源缺乏、环境保护要求高、同时拥有丰富的风能资源，而且工业基础雄厚。所以相对于陆上风电来说，更具备开发建设海上风电的良好条件。
4.随着海上风力发电技术的发展，海上风电场离岸距离越来越远、风电场规模越来越大，传统的在陆上设置陆上升压站的方式因为低压输电线损大、电缆的铜材消耗量大、费用高而不再合适，为了将海上风电场产生的电能安全可靠的、经济的送到内陆，就必须在海上设置海上升压站。如此，海上风电场的风机群组产生的电能经由海底电缆集电环节集中送电至海上升压站，再经海上升压站的变压器升压送至岸上变电站完成电力输送。
5.海上升压站一般分为上部组块和海上平台钢结构，是海上风电场升压、配电和控制中心。上部组块内一般布置有变压器、高低压配电柜、gis、通信继保设备等各种电气设备，变压器由绕在同一铁芯上的两个或两个以上的线圈绕组组成，绕组之间是通过交变磁场而联系着并按电磁感应原理工作，以在电力系统中传递电能、变换电压和电流，以满足输电及用电的要求。
6.变压器作为海上风电场的重要组成部分，是整个海上风电场电力传输的枢纽，其重量、体积以及损耗性能是制约整个海上升压站的重量、尺寸及能耗的决定性因素。因此，如何在确保可靠的前提下，降低变压器的总体重量，减小变压器的占地面积，从而降低整个海上升压站平台的投资成本，是本领域技术人员亟待解决的问题。


技术实现要素：

7.基于此，有必要针对变压器的占地面积较大的问题，提供一种有载调压变压器及设有其的海上升压站，该有载调压变压器及设有其的海上升压站可以达到减少占地面积的技术效果。
8.根据本技术的一个方面，提供一种有载调压变压器，所述有载调压变压器包括铁心柱、低压绕组、高压绕组以及调压绕组，所述铁心柱、所述低压绕组、所述高压绕组以及所述调压绕组由内向外依次同心套装；
9.其中，所述调压绕组包括粗调绕组和细调绕组，所述粗调绕组包括相互并联的上部粗调单元和下部粗调单元，所述细调绕组包括相互并联的上部细调单元和下部细调单
元，且所述上部粗调单元、所述上部细调单元、所述下部细调单元和所述下部粗调单元沿所述铁心柱的轴向方向自上往下依次间隔排布。
10.上述有载调压变压器，组成调压绕组的上部粗调单元、上部细调单元、下部细调单元以及下部粗调单元沿铁心柱的轴向方向依次排布而非沿辐向方向排布，从而有效减小了有载调压变压器在铁心柱的辐向方向上的尺寸，进而减小了有载调压变压器的占地面积，对降低了设有该有载调压变压器的海上升压站的体积起到了积极作用。
11.在其中一个实施例中，所述上部粗调单元、所述下部粗调单元、所述上部细调单元以及所述下部细调单元在所述铁心柱的辐向方向上的尺寸相同。
12.在其中一个实施例中，所述上部粗调单元和所述下部粗调单元以一虚拟平面为对称面对称设置，所述虚拟平面垂直于所述铁心柱的轴向方向；和/或
13.所述上部细调单元和所述下部细调单元以一虚拟平面为对称面对称设置，所述虚拟平面垂直于所述铁心柱的轴向方向。
14.在其中一个实施例中，所述低压绕组包括第一低压绕组和第二低压绕组，所述第一低压绕组和所述第二低压绕组沿所述铁心柱的轴向方向间隔设置。
15.在其中一个实施例中，所述上部粗调单元和所述上部细调单元套设于所述第一低压绕组外，所述下部粗调单元和所述下部细调单元套设于所述第二低压绕组外。
16.在其中一个实施例中，所述第一低压绕组的出线端位于所述第一低压绕组远离所述第二低压绕组的一端；
17.所述第二低压绕组的出线端位于所述第二低压绕组远离所述第一低压绕组的一端。
18.在其中一个实施例中，所述第一低压绕组和所述第二低压绕组在所述铁心柱的辐向方向上尺寸相同。
19.在其中一个实施例中，所述第一低压绕组和所述第二低压绕组以一虚拟平面为对称面对称设置，所述虚拟平面垂直于所述铁心柱的轴向方向。
20.在其中一个实施例中，所述高压绕组包括第一高压绕组和第二高压绕组，所述第一高压绕组和所述第二高压绕组相互并联，且所述第一高压绕组和所述第二高压绕组在所述铁心柱的轴向方向上并排设置。
21.根据本技术的另一个方面，提供一种海上升压站，包括上述的有载调压变压器。
22.上述海上升压站，由于粗调绕组和细调绕组沿铁心柱的轴向方向排列而非辐向方向排列，因此减小了有载调压变压器在辐向方向上的尺寸。而且，采用粗细调调压方式，额定分接时串入粗调绕组，最负分接时不带调压，从而实现了有载调压变压器在各个分接位置的负载损耗基本相同的效果，降低了有载调压变压器最负分接的负载损耗，使有载调压变压器更加环保，减小了冷却容量，从而减少了有载调压变压器散热器的数量，降低了用于对有载调压变压器进行散热的散热器的重量并减小了散热器的占地面积，最终对降低海上升压站的体积和重量起到了积极作用。
附图说明
23.图1为本发明一实施例中的有载调压变压器的结构示意图；
24.图2为本发明一实施例中的有载调压变压器的高压绕组的接线示意图；
25.图3为本发明一实施例的有载调压变压器的低压绕组的接线示意图。
26.附图标号说明：
27.100、有载调压变压器；120、铁心柱；140、低压绕组；141、第一低压绕组；143、第二低压绕组；160、高压绕组；161、第一高压绕组；163、第二高压绕组；180、调压绕组；181、粗调绕组；1812、上部粗调单元；1814、下部粗调单元；183、细调绕组；1832、上部细调单元；1834、下部细调单元。
具体实施方式
28.为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
29.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
30.此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
31.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
32.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
33.需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“上”、“下”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。
34.参阅图1及图2，图1示出了本发明一实施例中的有载调压变压器的结构示意图，图2示出了本发明一实施例中的有载调压变压器的高压绕组的接线示意图。
35.本发明一实施例提供了一种海上升压站(图未示)，海上风电场的风机群组产生的
电能经由海底电缆集电环节集中送电至海上升压站，再经海上升压站的变压器升压送至岸上变电站完成电力输送。海上升压站包括用于调节电压的有载调压变压器100，有载调压变压器100包括铁心柱120、低压绕组140、高压绕组160以及调压绕组180，铁心柱120、低压绕组140、高压绕组160以及调压绕组180由内向外依次同心套装而形成一个整体。可以理解，低压绕组140、高压绕组160以及调压绕组180制作时的选材、匝数和其他各项制作参数可根据需要设置。
36.请继续参阅图1及图2，铁心柱120为三相三柱式铁心或三相五柱式铁心的其中一个心柱，铁心柱120采用优质晶粒取向冷轧硅钢片叠积而成。可以理解，铁心柱120的具体构造不限于此，可根据需要设置以满足不同要求。
37.低压绕组140套设于铁心柱120外，低压绕组140的中心轴线与铁心柱120的中心轴线重合。低压绕组140为分裂形式，包括第一低压绕组141和第二低压绕组143。第一低压绕组141和第二低压绕组143沿铁心柱120的轴向方向间隔设置。
38.进一步地，第一低压绕组141的额定电压和第二低压绕组143的额定电压相同，第一低压绕组141的额定容量和第二低压绕组143的额定容量也完全相同。而且，第一低压绕组141和第二低压绕组143以一垂直于铁心柱120的轴向方向的虚拟平面为对称面对称设置，第一低压绕组141和第二低压绕组143在铁心柱120的辐向方向上尺寸相同，第一低压绕组141和第二低压绕组143在磁场中的位置也相同。
39.如此，第一低压绕组141和第二低压绕组143可分别独立工作，也可同时接入电路中协同工作。由于第一低压绕组141和第二低压绕组143的额定电压、额定容量均相同，因此可避免两者之间产生感应电压，保证第一低压绕组141和第二低压绕组143不受干扰地独立运行。
40.更进一步地，第一低压绕组141为上部出线的双层螺旋式结构，第一低压绕组141的出线端位于第一低压绕组141远离第二低压绕组143的一端，第二低压绕组143为下部出线的双层螺旋式结构，第二低压绕组143的出线端位于第二低压绕组143远离第一低压绕组141的一端。
41.如此，第一低压绕组141和第二低压绕组143的首端、末端电流方向相反，从而可以极大地抵消端部磁场，消除因大电流产生的漏磁引起金属结构件局部过热的问题。
42.请继续参阅图1及图2，高压绕组160套设于低压绕组140外，高压绕组160的中心轴线与铁心柱120及低压绕组140的中心轴线重合。高压绕组160包括第一高压绕组161和第二高压绕组163，第一高压绕组161和第二高压绕组163在铁心柱120的轴向方向上并排设置，且第一高压绕组161和第二高压绕组163相互并联。
43.进一步地，由于第一高压绕组161和第二高压绕组163的电压在其轴向方向上的中部位置达到最大值，因此从第一高压绕组161在轴向方向上的中部和第二高压绕组163在轴向方向上的中部引出高压首端以便于端部绝缘。
44.请继续参阅图1及图2，调压绕组180包括粗调绕组181和细调绕组183，粗调绕组181和细调绕组183沿铁心柱120的轴向方向排布。粗调绕组181包括上部粗调单元1812和下部粗调单元1814，上部粗调单元1812和下部粗调单元1814相互并联，且上部粗调单元1812和下部粗调单元1814的中心轴线均与铁心柱120的中心轴线重合。细调绕组183包括上部细调单元1832和下部细调单元1834，上部细调单元1832和下部细调单元1834相互并联，且上
部细调单元1832和下部细调单元1834的中心轴线均与铁心柱120的中心轴线重合。
45.其中，上部粗调单元1812、上部细调单元1832、下部细调单元1834和下部粗调单元1814沿铁心柱120的轴向方向自上往下依次间隔排布，上部细调单元1832和下部细调单元1834位于上部粗调单元1812和下部粗调单元1814之间。可以理解，本技术中的上方是指图1中的上方，本技术中的下方是指图1中的下方。
46.如此，组成调压绕组180的上部粗调单元1812、上部细调单元1832、下部细调单元1834和下部粗调单元1814沿铁心柱120的轴向方向依次排布，而非沿铁心柱120的辐向方向排布，从而有效减小了有载调压变压器100在辐向方向上的尺寸，进而减小了有载调压变压器100的占地面积，对缩小海上升压站的体积起到了积极作用。
47.进一步地，上部粗调单元1812和下部粗调单元1814在铁心柱120的轴向方向上间隔设置，上部粗调单元1812和下部粗调单元1814在铁心柱120的辐向方向上的尺寸相同，且上部粗调单元1812和下部粗调单元1814以一垂直于轴向方向的一虚拟平面为对称面对称设置。上部细调单元1832和下部细调单元1834在铁心柱120的轴向方向上间隔设置，上部细调单元1832和下部细调单元1834在铁心柱120的辐向方向上的尺寸相同并等于上部粗调单元1812和下部粗调单元1814的尺寸，且上部细调单元1832和下部细调单元1834以一垂直于轴向方向的平面为对称面对称设置。其中，上述虚拟平面均与第一低压绕组141和第二低压绕组143的对称面共面。
48.如此，上部粗调单元1812和下部粗调单元1814在磁场中的位置相同，上部细调单元1832和下部细调单元1834在磁场中的位置相同，且上部粗调单元1812和上部细调单元1832对应围绕于第一低压绕组141外，下部粗调单元1814和下部细调单元1834对应围绕于第二低压绕组143外，从而保证了调压绕组180在轴向方向上的两端具有相同的工况。
49.在一些实施例中，有载调压变压器100还包括粗细调分接开关，通过改变粗细调分接开关调节调压绕组180接入的匝数，可实现高压侧的高压电压的调节。具体地，在额定分接电压时串入粗调绕组181，最负分接电压时不带调压，从而实现有载调压变压器100在各个分接位置的负载损耗基本相同，降低了有载调压变压器100最负分接的负载损耗。
50.结合图2及图3所示，在一些实施例中，有载调压变压器100的高压绕组160和调压绕组180呈“y”型连接，低压绕组140呈三角型连接。其中，调压绕组180的工作原理如下：
51.当分接位置位于
“‑”
且调节开关k的触点从9
→
1变换时，可实现最负分接电压
→
额定电压的八档变换；当分接位置位于“ ”且调节开关k的触点从9
→
1变换时可实现额定分接电压
→
最大分接电压的八档变换。
52.具体地，当将开关切换至
“‑”
档位时，粗调绕组181未接入电路中，通过调节开关k可调节细调压绕组180接入电路的匝数，从而实现高压电压在一定范围内的调节。其中，当调节开关k的触点移动至“9”处时，粗调绕组181和细调绕组183均未接入电路中，有载调压变压器100的高压侧为最负分接电压。当调节开关k的触点移动至“1”处时，粗调绕组181未接入电路而细调绕组183全部接入电路中，有载调压变压器100的高压侧为额定分接电压。
53.当将开关切换至“ ”档位时，粗调绕组181接入电路，通过调节开关k可调节细调绕组183接入电路的匝数，从而实现高压电压在一定范围内的调节。当调节开关k的触点移动至“9”处时，粗调绕组181接入电路而细调绕组183未接入电路，因此有载调压变压器100的高压侧为额定分接电压。当调节开关k的触点移动至“1”处时，粗调绕组181接入电路且细调
绕组183全部接入电路中，有载调压变压器100的高压侧为最大分接电压。
54.可以理解，有载调压变压器100的接线方式不限于此，可根据需要设置以满足不同要求。
55.上述有载调压变压器100及设有其的海上升压站，由于粗调绕组181和细调绕组183沿铁心柱120的轴向方向排列而非辐向方向排列，因此减小了有载调压变压器100在辐向方向上的尺寸。而且，采用粗细调调压方式，额定分接时串入粗调绕组181，最负分接时不带调压，从而实现了有载调压变压器100在各个分接位置的负载损耗基本相同的效果，降低了有载调压变压器100最负分接的负载损耗，使有载调压变压器100更加环保，减小了冷却容量，从而减少了有载调压变压器100散热器的数量，降低了用于对有载调压变压器100进行散热的散热器的重量并减小了散热器的占地面积，最终对降低海上升压站的体积和重量起到了积极作用。
56.以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
57.以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。