用于地震应用的变压器线圈块设计的制作方法

1.本公开的实施例总体上涉及用于支撑变压器中的线圈绕组的线圈块，具体地涉及特别是在地震条件下用于提供对经受振动荷载的线圈绕组的支撑的线圈块。本公开的进一步的实施例总体上涉及具有根据本公开的至少一个线圈块的电力变压器。


背景技术：

2.高压变压器通常包括由线圈块支撑的若干个线圈绕组。高压变压器的典型线圈块提供对线圈绕组的机械支撑以及线圈块与周围部件的电绝缘。如图1中示例性地示出的，典型的高压变压器布置结构(arrangement)设置有至少一个初级线圈绕组和至少一个次级线圈绕组。至少一个初级线圈绕组和至少一个次级线圈绕组的纵向轴线竖直地布置。初级线圈绕组和次级线圈绕组由设置在线圈绕组的下端和下支撑结构之间以及线圈绕组的上端和上支撑结构之间的线圈块支撑。上线圈块和下线圈块为初级线圈绕组和次级线圈绕组提供足够的刚度，以防止线圈绕组相对于上支撑结构和下支撑结构发生竖直运动。
3.需要变压器线圈块来机械地支撑变压器的线圈绕组。然而，当使用根据当前现有技术的块时，某些荷载条件是有问题的。例如，变压器的地震荷载可能引发破坏性振动，这可能损坏线圈绕组、线圈块或变压器的其他部件。通常建议的是，变压器(特别是线圈绕组和线圈块)被设计成具有最小共振频率(例如，高于33hz)，以便使系统部件上的剩余加速度峰值最小化且因此使通过变压器的各种螺栓连接件和焊接连接件所传输的应力和力最小化。然而，即使考虑到这些设计考虑因素，振动载荷(特别是地震引发的振动)也可能引起线圈块移动或旋转，使得失去线圈块和线圈绕组之间的支撑接触，从而修改线圈绕组的共振频率，使得振动载荷可能是破坏性的。
4.一种解决方案是提供一种更具限制性的紧固布置结构，诸如在中国实用新型专利文献cn 205487731 u中所公开的线圈块中。其中，一对黄铜螺纹嵌件被铸入树脂线圈块中，从而提供两个螺纹盲孔，在两个螺纹盲孔中，可用两个紧固件将块紧固到支撑结构以防止线圈块旋转。当这种块加载有地震荷载时，这种方法的缺点就很明显了。例如，在铸成的树脂块中铸造黄铜嵌件在尖锐拐角处引入了应力集中点，这些应力集中点在振动荷载大的情况下引起过早的疲劳失效。绝缘树脂中的尖锐拐角也可能引起集中电场逐渐形成。进一步地，螺纹孔的位置是固定的，因此支撑结构需要槽或扩大的安装孔，使得可以在将线圈块组装到变压器时考虑到公差和未对齐。扩大的安装孔会引起线圈块在大的振动荷载下移动或旋转。
5.鉴于上文讨论的技术问题，期望克服现有技术中的至少一些问题。特别地，期望提供一种用于电力变压器的线圈块，该线圈块在经受地震荷载时具有改进的机械性能。


技术实现要素：

6.本公开的方面提供了一种用于支撑电力变压器中的至少一个线圈绕组的线圈块。该线圈块包括：第一元件，其具有第一夹持表面和用于接触所述至少一个线圈绕组的至少
一个支撑表面；以及第二元件，其具有紧固器件和用于接触第一夹持表面的第二夹持表面，其中，该紧固器件限制线圈块绕平行于所述至少一个线圈绕组的纵向轴线的轴线旋转。
7.本公开的进一步方面提供了一种电力变压器，其包括至少一个初级线圈绕组、至少一个次级线圈绕组和根据以上方面的至少一个线圈块。
8.本公开中所描述的实施例允许线圈块在经受地震荷载时具有改进的机械性能。特别地，本公开中所描述的实施例允许防止线圈块在地震荷载下移动或旋转，使得变压器的线圈绕组仍然得到适当的支撑。
9.从从属权利要求、权利要求组合、描述和附图中，可以与本文中所描述的实施例结合的进一步优点、特征、方面和细节是显而易见的。
附图说明
10.下文中将参考附图来描述细节，其中
11.图1是根据本公开的实施例的变压器的示意性侧视图；
12.图2是根据本公开的实施例的线圈块的透视图；
13.图3a-3b是根据本公开的实施例的线圈块的示意性横截面图；以及
14.图4a-4d是根据本公开的实施例的线圈块的示意性横截面图。
具体实施方式
15.现在将详细参考各个实施例，其一个或多个示例在每个图中进行了图示。每个示例通过解释来提供，而并非意在作为限制。例如，被图示或描述为一个实施例的一部分的特征可以在任何其他实施例上使用或者结合任何其他实施例使用以产生又进一步的实施例。本公开旨在包括这种修改和变化。
16.在附图的以下描述中，相同的附图标记指代相同或类似的部件。通常，仅描述关于各个实施例的不同之处。除非另有规定，否则对一个实施例中的部分或方面的描述也可以应用于另一个实施例中的对应部分或方面。
17.图1示出了根据本公开的方面的变压器的示意性侧视图。变压器100示例性地被示出为三相变压器，但本公开不限于此。变压器100可被构造成用于中压或高压操作。在本公开的上下文中，中压是指至少1kv并且高达52kv的电压，且高压是指至少52kv的电压。变压器100可用于配电应用中，例如，在配电变电站中。
18.示例性三相变压器100的每个相包括初级线圈绕组102和次级线圈绕组103。如示例性地示出的，初级线圈绕组102和次级线圈绕组103具有纵向轴线l，并且绕纵向轴线l同心地布置。初级线圈绕组102和次级线圈绕组103分别设置有至少一个初级端子106和至少一个次级端子107以用于连接到配电网络。初级线圈绕组102和次级线圈绕组103可进一步设置有至少一个绝缘层。变压器100进一步包括布置在次级线圈绕组103内的至少一个芯元件101。在示例性三相变压器100中，芯组件可包括：e形部分，其包括三个芯元件101；以及轭部分，其组装到e形部分。
19.变压器100进一步包括被构造成用于支撑变压器100的部件的支撑梁。变压器100包括至少一上支撑梁104和至少一下支撑梁105。上支撑梁104和下支撑梁105布置成支撑芯组件、至少一个初级线圈绕组102和至少一个次级线圈绕组103。上支撑梁104和下支撑梁
105可包括一个或多个梁状元件，所述梁状元件被尺寸确定和布置成以便承受芯组件与初级线圈绕组102和次级线圈绕组103的质量、以及夹持变压器部件的夹持力。例如，上支撑梁104和下支撑梁105可各自包括两个元件，芯组件的轭部分被夹持在这两个元件之间。
20.布置在上支撑梁104与至少一个初级线圈绕组102和至少一个次级线圈绕组103之间以及下支撑梁105与至少一个初级线圈绕组102和至少一个次级线圈绕组103之间的是线圈块200。线圈块200被构造成用于将至少一个初级线圈绕组102和至少一个次级线圈绕组103支撑和夹持在上支撑梁104和下支撑梁105之间。特别地，多个线圈块200在上侧处布置在初级线圈绕组102和次级线圈绕组103与上支撑梁104之间，并且多个线圈块200在下侧处布置在初级线圈绕组102和次级线圈绕组103与下支撑梁105之间。通常，布置在上侧和下侧上的线圈块200是相同的。
21.根据本公开的方面，提供了电力变压器100，该电力变压器100包括根据本文中所描述的实施例的至少一个初级线圈绕组102、至少一个次级线圈绕组103以及至少一个线圈块200。
22.图2示出了根据本公开的实施例的线圈块200的透视图。该透视图示出了处于如下取向的线圈块200，所述取向对应于线圈块200布置在变压器100的上侧处。进一步参考图3a和图3b，这些图示出了线圈块200的横截面图。图3a是穿过剖面a-a的横截面图，且图3b是穿过剖面b-b的横截面图。
23.根据本公开的方面，提供了用于支撑电力变压器100中的至少一个线圈绕组102、103的线圈块200。线圈块200包括：第一元件210，其具有第一夹持表面213和用于接触至少一个线圈绕组102、103的至少一个支撑表面211、212；以及第二元件210，其具有紧固器件222和用于接触第一夹持表面213的第二夹持表面223，其中，紧固器件222限制线圈块绕平行于至少一个线圈绕组102、103的纵向轴线l的轴线旋转。
24.第一元件210和第二元件220被构造成提供用于支撑和夹持线圈绕组102、103的夹持力。特别地，第二元件220紧固到支撑结构(例如，紧固到上支撑梁104或下支撑梁105)，并且将夹持载荷施加到第一元件210。夹持载荷基本上是沿对应于线圈绕组102、103的纵向轴线l的方向。线圈块200进一步设置有紧固器件222，该紧固器件布置成将第二元件220紧固到支撑结构，使得线圈块被限制旋转。通过防止线圈块200旋转，经受振动载荷的变压器将不会引起线圈块200旋转和/或移动到至少一个线圈绕组102、103不再由线圈块200支撑的位置中。因此，线圈块200在经受振动荷载(特别是地震荷载)时改进了变压器的机械性能，由此防止线圈绕组102、103在振动荷载下发生损坏。
25.第一元件210设置有第一夹持表面213，且第二元件220设置有第二夹持表面223以用于接触第一夹持表面213。第二元件220被构造成通过第一夹持表面213和第二夹持表面223将夹持载荷施加到第一元件210，使得第一元件210和第二元件220不相对于彼此移动。进一步地，由于紧固器件222所致，第二元件220被限制沿任何方向移动和旋转，特别地被限制沿着至少一个线圈绕组102、103的纵向轴线l旋转。因此，由第二元件220施加到第一元件210的夹持载荷也用于限制第一元件210移动和旋转。
26.第一夹持表面213和第二夹持表面223可以以这样的方式彼此接触以便防止它们之间发生旋转和移动。例如，第一夹持表面213和第二夹持表面223可以是平坦表面，它们通过摩擦来防止它们之间发生旋转和移动。在这种情况下，由第二元件220施加到第一元件
210的夹持载荷不仅被提供来夹持线圈绕组102、103，而且被提供来增加第一夹持表面213和第二夹持表面223之间的摩擦载荷。这种布置允许在变压器100的组装期间以最大灵活性调节第一元件210和第二元件220的相对位置以考虑到不规则性和公差。替代地，可将第一夹持表面213和第二夹持表面223结合在一起以限制它们之间进行移动和旋转，例如利用粘合剂。该结合可在组装变压器100之前执行，使得线圈块200被制造为单个组件，或者该结合可在变压器100的组装期间执行，使得可将第一元件210和第二元件220的相对位置调节到适合。
27.根据可与本文中所描述的其他实施例组合的实施例，第一夹持表面213可包括凹部，该凹部被构造成用于接纳第二元件220，使得第二元件220相对于第一元件210的旋转受到限制。在如附图中示例性地示出的线圈块200中，第一元件210设置有凹槽，第二元件220布置在该凹槽中，使得第二元件220相对于第一元件210的旋转受到限制。由于若干种原因，这是第一夹持表面213和第二夹持表面223的优选实施例。在提供第一夹持表面213和第二夹持表面223之间的摩擦的情况下，由第二元件220将更高的夹持载荷施加到第一元件210，以确保第一夹持表面213和第二夹持表面223之间的移动和旋转受到限制。更高的夹持载荷增加了施加到线圈绕组102、103的荷载。在第一元件210和第二元件220结合的情况下，结合的组件与非结合的组件相比灵活性(flexible)较小且不可调节。
28.根据可与本文中所描述的其他实施例组合的实施例，凹部沿垂直于所述至少一个线圈绕组102、103的纵向轴线l的径向方向延伸。径向延伸的凹部允许第一元件210和第二元件220之间进行相对移动，使得可在变压器100的组装期间调节第一元件210相对于至少一个线圈绕组102、103的径向位置。进一步地，至少一个线圈绕组102、103的热膨胀引起至少一个线圈绕组102、103沿径向方向膨胀，这可用第一元件210和第二元件220之间的径向滑动移动来解释。
29.设置在第一夹持表面213上的凹部被示例性地示出为具有开放端的凹槽，其提供第一元件210和第二元件220之间大量的相对移动。然而，该凹部可代替地为具有闭合端的凹槽，使得第一元件210和第二元件220之间的径向滑动移动受到完全限制或阻止。特别地，该凹部可以是在径向内端处闭合且在径向外端处开放的凹槽，使得第一元件210沿径向内侧方向被提供大量的相对滑动移动，但沿径向外侧方向被阻止滑动。
30.第一元件210被提供用于支撑和夹持至少一个线圈绕组102、103。在图2、图3a和图3b中所示的示例性线圈块200中，第一元件210被示出为具有用于支撑两个线圈绕组102、103的两个支撑表面211、212。根据可与本文中所描述的其他实施例组合的实施例，至少一个支撑表面211、212可包括用于接触初级线圈绕组102的主支撑表面211和用于接触次级线圈绕组103的次支撑表面212。然而，本公开不限于此，并且第一元件210可设置有用于支撑任何数量的线圈绕组的任何数量的支撑表面。
31.第一元件210可由提供足够机械强度并且电绝缘的任何合适材料制造。根据可与本文中所描述的其他实施例组合的实施例，第一元件210包括聚合物的、电绝缘材料。特别地，第一元件210可包括环氧树脂材料。聚合物材料(特别是环氧树脂材料)为支撑和夹持一个或多个线圈绕组提供了必要的机械强度，而且还将线圈绕组与变压器的支撑结构电隔离。
32.通过为第一元件210提供改进围绕线圈块200的电场分布的特征，可进一步改进线
圈块200的电隔离性能。根据可与本文中所描述的其他实施例组合的实施例，第一元件210进一步包括被构造成用于减小电场的梯度的多个周边轮廓件(perimeter contour)214。如图2中示例性地示出，多个周边轮廓件214是围绕第一元件210的周边设置的多个凹槽。然而，本公开不限于此。例如，多个周边轮廓件214可包括多个三角形屋顶突起、多个圆形突起、或者突起和凹槽的组合。这种周边轮廓件为电场沿着线圈块200进行分级提供了一种机制(mechanism)，使得减少或消除了高度集中的电场区域。
33.在附图中所示的示例性实施例中，第二元件220包括呈基本上矩形条形式的夹持杆221，然而，本公开不限于此。可使用具有用于限制第一元件210和第二元件220之间的旋转的任何形状的夹持杆221。例如，夹持杆221可包括具有设置在第一元件210中的对应圆形凹槽的圆杆，或者包括刚好放入设置在第一元件210中的对应形状的凹部中的任何其他形状。夹持杆221通常由金属制成。特别地，夹持杆221可由非磁性金属制成，使得第二元件220不受在变压器110中生成的磁通量的影响。
34.第二元件220设置有紧固器件222，该紧固器件用于将第二元件220以限制线圈块200旋转的方式紧固到变压器100的支撑结构。根据可与本文中所描述的其他实施例组合的实施例，紧固器件222包括第一紧固件和第二紧固件。如附图中示例性地示出，第一紧固件和第二紧固件可包括螺纹构件，这些螺纹构件沿垂直于至少一个线圈绕组102、103的纵向轴线l的径向方向被间隔。特别地，第一紧固件和第二紧固件可以是焊接到夹持杆221的螺纹螺柱。螺纹螺母224可设置在第一紧固件和第二紧固件上，使得第二元件220可紧固到支撑结构，特别是上支撑梁104或下支撑梁105。每个螺纹构件可在上支撑梁104或下支撑梁105的任一侧上设置两个螺纹螺母224，然而，只有一个螺纹螺母224对于提供第一元件210和第二元件220之间的夹持力是必不可少的。对螺纹螺母224的调节用于增加或减小施加在第一元件210和第二元件220之间的夹持载荷，且因此用于增加或减小由线圈块200施加到所述至少一个线圈绕组102、103的夹持载荷。
35.然而，本公开不限于包括两个螺纹紧固件的紧固器件222。根据可与本文中的其他实施例组合的实施例，紧固器件222可包括一个螺纹紧固件和至少一个销。螺纹紧固件可设置有螺纹螺母224，可以调节这些螺纹螺母以增加或减小施加在第一元件210和第二元件220之间的载荷，并且至少一个销可被提供来与上支撑梁104或下支撑梁105中的对应孔接合以防止线圈块200旋转。替代地，紧固器件222可包括用于施加夹持载荷的不是螺纹构件的其他器件，包括插入于上支撑梁104或下支撑梁105和第二元件220之间的楔块或垫片。
36.可施加到变压器100的振动载荷(特别是在地震条件下)不仅可沿平行于至少一个线圈绕组102、103的纵向轴线l的竖直方向施加，而且可沿垂直于至少一个线圈绕组102、103的纵向轴线l的径向方向施加。线圈块200可设置有附加特征以进一步限制至少一个线圈绕组102、103沿径向方向的移动，使得线圈块200保持对至少一个线圈绕组102、103的支撑以及与其的接触。现在参考图4a-4d，这些附图示出了用于限制至少一个线圈绕组102、103和线圈块200之间的径向移动的各种器件。图4a-4d示出了线圈块200穿过剖面a-a的横截面图。
37.根据可与本文中所描述的其他实施例组合的实施例，至少一个支撑表面211、212包括线圈凹部，该线圈凹部被构造成用于沿径向方向限制至少一个线圈绕组。线圈凹部可由设置在至少一个支撑表面211、212的每一侧上的突起215形成，这些突起包围至少一个线
圈绕组102、103。在至少一个支撑表面211、212上提供线圈凹部限制或防止了至少一个线圈绕组102、103相对于线圈块200的径向移动。在沿径向方向具有振动分量的振动载荷下，线圈凹部防止至少一个线圈绕组102、103移动到线圈块200不再支撑或夹持至少一个线圈绕组102、103的位置中，由此在变压器100经受振动载荷时进一步减少对至少一个线圈绕组102、103的损坏。
38.在图4a中示例性地示出的线圈凹部由突起215和支撑表面211、212提供，使得线圈凹部具有矩形轮廓。取决于突起215和至少一个线圈绕组102、103之间的距离，可允许一些径向移动，例如以考虑到至少一个线圈绕组102、103的热膨胀。
39.替代地，通过使线圈凹部的形状与至少一个线圈绕组102、103的形状相匹配，可提供对所述至少一个线圈绕组102、103的进一步改进的支撑。根据可与本文中所描述的其他实施例组合的实施例，线圈凹部的轮廓对应于至少一个线圈绕组102、103的端部分的轮廓。使线圈凹部的轮廓与至少一个线圈绕组102、103的端部分相匹配允许对线圈绕组进行更分散的支撑，从而减小施加到第一元件210的集中应力。
40.根据可与本文中所描述的其他实施例组合的实施例，线圈块200可进一步包括布置在至少一个支撑表面211、212和所述至少一个线圈绕组102、103之间的至少一个支撑垫230。支撑垫230在图4c中被示例性地示出为布置在平坦的支撑表面211、212之间，并且在图4d中进一步被示例性地示出为布置在由突起215提供的线圈凹部中。支撑垫230可由顺应性材料制造，该顺应性材料弹性地变形以适合至少一个线圈绕组102、102的轮廓。例如，支撑垫230可由橡胶或硅树脂制造。
41.支撑垫230可被提供来改进至少一个支撑表面211、212和至少一个线圈绕组102、103之间的摩擦，使得具有径向分量的振动荷载被吸收。可选择支撑垫230的材料以便优化至少一个线圈绕组102、103振动的共振频率。可将支撑垫230结合到至少一个支撑表面211、212，例如使用粘合剂。进一步地，支撑垫230的弹性性质允许吸收沿至少一个线圈绕组102、103的纵向方向l的制造公差。
42.以下条款(item)涉及进一步的实施例：
43.1.一种用于支撑电力变压器(100)中的至少一个线圈绕组的线圈块，所述线圈块包括：
44.第一元件，其具有第一夹持表面和用于接触所述至少一个线圈绕组的至少一个支撑表面；以及
45.第二元件，其具有紧固器件和用于接触所述第一夹持表面的第二夹持表面，
46.其中，所述紧固器件限制所述线圈块绕平行于所述至少一个线圈绕组的纵向轴线的轴线旋转。
47.2.根据条款1所述的线圈块，其中，所述第一夹持表面是凹部，所述凹部被构造成用于接纳所述第二元件，使得所述第二元件相对于所述第一元件的旋转受到限制。
48.3.根据条款2所述的线圈块，其中，所述凹部沿垂直于所述纵向轴线的径向方向延伸。
49.4.根据条款1至3中任一项所述的线圈块，其中，所述至少一个支撑表面包括线圈凹部，所述线圈凹部被构造成用于沿垂直于所述纵向轴线的径向方向限制所述至少一个线圈绕组。
50.5.根据条款4所述的线圈块，其中，所述线圈凹部的轮廓对应于所述至少一个线圈绕组的端部分的轮廓。
51.6.根据条款1至5中任一项所述的线圈块，其中，所述至少一个支撑表面包括用于接触初级线圈绕组的主支撑表面和用于接触次级线圈绕组的次支撑表面。
52.7.根据条款1至6中任一项所述的线圈块，其进一步包括布置在所述至少一个支撑表面和所述至少一个线圈绕组之间的至少一个支撑垫。
53.8.根据条款1至7中任一项所述的线圈块，其中，所述紧固器件包括第一紧固件和第二紧固件。
54.9.根据条款1至7中任一项所述的线圈块，其中，所述紧固器件包括第一紧固件和第一销。
55.10.根据条款1至9中任一项所述的线圈块，其中，所述紧固器件被构造成用于将夹持力施加到所述至少一个线圈绕组。
56.11.根据条款1至10中任一项所述的线圈块，其中，所述第一元件包括聚合物的电绝缘材料，特别是环氧树脂材料。
57.12.根据条款1至11中任一项所述的线圈块，其中，所述第一元件进一步包括被构造成用于减小电场的梯度多个周边轮廓件。
58.13.一种电力变压器，其包括：
59.至少一个初级线圈绕组；
60.至少一个次级线圈绕组；以及
61.根据条款1至12中任一项所述的至少一个线圈块。
62.尽管前述内容涉及本公开的各方面和实施例，但是可设计本公开的其他和进一步的实施例而不背离其基本范围，并且其范围由所附权利要求书确定。