一种风电机舱内干式变压器的制作方法

1.本发明涉及变压器技术领域，特别涉及一种风电机舱内干式变压器。


背景技术：

2.变压器是一种静止的电气设备，可以将一种电压和电流的电能转换为另一种电压和电流的电能。风力发电机发出电能后需经过风力发电变压器将发出的电能升高电压后才能进行远距离传输电能。风力发电变压器根据安装位置的不同，一般分为机舱内变压器、塔筒内变压器和塔筒外组合式变压器。
3.风电机舱内变压器安装使用在机舱内，距地面高度在几十米到一百多米之间不等，安装、运输过程中都十分困难，运行时也不能进行日常的检修和维护。变压器及其附件如果出现故障，维修难度大，对变压器的质量和安全可靠性提出了更高的要求。其主要的面对的技术难题有：
4.(1)运行环境恶劣。风力资源丰富的地区一般集中在沿海、东北、西北地区，变压器运行在野外。因此就要考虑设备的耐候性问题。在沿海地区的设备就应考虑防盐雾、霉菌、湿热；在东北、西北地区就要考虑低温严寒、风沙等的影响。
5.(2)时刻处于低频振动环境中。因受到风机叶片转动、发电机运行的影响，变压器时刻都处于低频的振动的环境中。长期的振动会使一些零件因疲劳效应叠加而失效，可能会损坏变压器。因此变压器及其附件在设计上要充分考虑振动环境的影响，另外风电干式变压器，安装后，维修极为困难且费用高昂，需要充分考虑安装易操作及运行的可靠性。
6.(3)负载持续变化。风力的不可控性意味着变压器要在一个持续变化的负荷下运行，变压器要经受频繁的冷热循环交替。每天变压器可以在局部风力下从很低的负载到很高的负载多次循环。对环氧树脂绝缘系统耐受热冲击的能力是个极大的考验。
7.为了适应在机舱内运行时严酷的气候和环境条件，要求变压器具有抗腐蚀性和抗振动能力强的特点。因为机舱本身尺寸的限制，对变压器的体积和重量有严格要求。安装在风力机舱内的变压器，对变压器的可靠性要求高,变压器的绝缘强度、耐受高湿度、高盐分环境的能力、抗雷电冲击、抗振动的能力是此类变压器的重要技术要求。
8.常规干式变压器不能满足上述要求。现有的风力发电变压器，通常采用将变压器安装在塔底，经低压电缆连接风力发电机，再将电压升到35kv输送到总变电站。这种方式线路损耗大，发电效率低，综合成本高。而且变压器安装在塔底容易接触、防护性能差、叶片上的冰柱掉落容易损毁变压器，可靠性低。专利申请cn213124111u公开了一种干式变压器用防位移绝缘垫块及干式变压器，包括起支撑作用的绝缘垫块主体和起防位移作用的绝缘垫片，绝缘垫块主体侧壁上设置有若干道伞裙；绝缘垫块主体上部中间设置有若干个绝缘筒定位槽，绝缘筒定位槽两边顶部是线圈支撑面，所述线圈支撑面上均放置绝缘垫片；绝缘垫块主体下表面设置有若干任意形状的定位孔b，线圈支撑面上设置有若干个任意形状的定位孔a，该专利充分考虑到了变压器在长期振动环境下工作，有效增强了固定防位移效果，但缺乏在变压器的绝缘强度、耐受高湿度、高盐分环境运行、雷电冲击、长期振动等综合因
素下，提高风电干式变压器运行可靠性，保持变压器生命周期内免维修工作的考虑。


技术实现要素：

9.为了克服上述现有技术存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种风电机舱内干式变压器，低压终端可以根据机舱内低压接口位置，在x,y,z调节低压线圈接线位置，保证与机舱低压可靠连接，操作便捷；变压器低压线圈引出400v抽头，并配置熔断器保护，可以集成电源变压器功能，为二次设备提供所需电源，节约电源变压器投入，节约机舱内空间，减少机舱整体重量；电气及绝缘设置，体积小、重量轻、电气性能稳定、耐候性好、抗雷电冲击能力强，能适应风力发电机舱的环境条件，抗振动能力强，适用于长期振动等严酷运行环境的使用要求，可以在生命周期内安全可靠运行，具有运行寿命长，运行稳定，抗腐蚀，安全可靠的优点。
10.为达到实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
11.一种风电机舱内干式变压器，包括铁芯1，铁芯1的芯柱34外周由内向外依次设置有低压线圈6、绝缘筒10及高压线圈5，所述低压线圈6上端设有抽头并分别通过内侧引线排24、中间引线排25、外侧引线排26从低压线圈6上端部引出，其中，外侧引线排26为中性点，用于三相低压线圈6中性点连接；中间引线排25输出交流电，用于机舱内其他用电设备的电源使用；中间引线排25经过熔断器17后引出，可以保证当变压器出现故障时，熔断器17通过大电流后熔断，切断输出的交流电，保证机舱内其他用电设备的安全；内侧引线排24用于连接风力发电机作为风力发电机电能输入，内侧引线排24连接有低压终端20，所述低压终端20呈阶梯形设置，每个梯度上设置多排接线孔42，且不同梯度的接线孔42在x轴方向上相互错开，根据机舱内低压接口位置，选择相应梯度及相应排、列上的接线孔42，通过接线连接机舱内低压接口与低压线圈6，在x、y、z三个维度，即高度、横向、纵向三个方向上调节、保证低压线圈6与机舱低压可靠连接。
12.所述铁芯1采用三相三柱式叠铁芯结构，铁芯1表面刷树脂复合绝缘漆。
13.所述中间引线排25输出交流电为400v。
14.所述低压线圈6采用铝箔绕制，耐低温环氧树脂浇注；高压线圈5采用铝线绕制，耐低温环氧树脂浇注，树脂层完全包封线圈内部导体，与外部隔绝；高压线圈5一面设置有面板32，面板32上下两端设置有接线端子22，三相高压线圈的接线端子22之间通过导电杆9交叉连接，面板32中部设置分接端子23，面板上还设有爬电伞33，高压线圈5下部接线端子22设置高压终端19；高压线圈5面板32上所有裸露的端子均需采用相应绝缘等级的绝缘胶带防护，分接端子23上均套有硅胶盖；高压终端19采用异性铜板制作，高压终端19一端用于变压器与机舱高压电缆连接，另一端设置有接地球21和避雷器11；导电杆9外部热缩套绝缘处理。
15.所述铁芯1顶端的铁轭两侧设置有上夹件2，铁芯1底端的铁轭35两侧设置有下夹件3，所述低压线圈6及高压线圈5的顶端与上夹件2底面之间设置有上垫块8，低压线圈6及高压线圈5的底端和下夹件3顶面之间设置有下垫块16；上垫块8和下垫块16采用树脂浇注，上垫块8底面与低压线圈6顶面之间设有第一硅橡胶板27，上垫块8底面与高压线圈5顶面之间设有第二硅橡胶板36；第一硅橡胶板27两面分别设有第一限位凸起29，第二硅橡胶板36两面分别设有第二限位凸起39，低压线圈6顶面和上垫块8底面分别设有与第一限位凸起29
对应的第一凹陷沉孔30，高压线圈5顶面和上垫块8底面分别设有与第二限位凸起39对应的第二凹陷沉孔40。
16.所述上夹件2两侧设有吊装支架4,吊装支架4一侧设置有温控接线盒18，下夹件3底部设有安装底板14，下夹件3一侧设有风机12；风机12电源及保护接线引至风机接线盒13，风机接线盒13内设置插拔式接线端子，满足ip67级防护标准。
17.所述上夹件2上设置有温度传感电缆7，温度传感电缆7的测温探头采用pt100铂电阻；温度传感电缆7引至固定在上夹件2上的温控接线盒18中，与机舱内的控制系统连接；温控接线盒18采用防护等级ip65壳体，内部采用端子插接式接线，电缆通过密封的电缆接头进出温控接线盒18。
18.所述上垫块8与下垫块16外周均设置有增加沿面距离的侧翼28，上垫块8顶部与下垫块16底部均设有压钉31；上垫块8与高压线圈5、低压线圈6接触部位设置玻璃纤维网格和玻璃丝带41，下垫块16与高压线圈5、低压线圈6接触部位设置玻璃纤维网格和玻璃丝带41。
19.所述下垫块16顶面与低压线圈6底面之间和上垫块8底面与低压线圈6顶面之间连接结构相同，下垫块16顶面与高压线圈5底面之间和上垫块8底面与高压线圈5顶面之间连接结构相同。
20.所有电气连接接触面均涂抹石墨导电膏。
21.相较于现有技术，本发明具有如下技术效果：
22.(1)低压线圈6上端设有抽头并分别通过内侧引线排24、中间引线排25、外侧引线排26从低压线圈6上端部引出，内侧引线排24设置的低压终端20上不同梯度的接线孔42，在x轴方向上相互错开，能够根据机舱内低压接口位置，选择相应梯度及相应排、列上的接线孔42，通过接线连接机舱内低压接口与低压线圈6，在x、y、z三个维度，即高度、横向、纵向三个方向上调节、保证低压线圈6与机舱低压可靠连接，操作便捷。
23.(2)风力发电机发出的电能一般为690v或者更高的电压，但是机舱内有很多设备需要使用400v电源，现有技术机舱内需要配置电源变压器。在低压线圈上额外设置一个400v抽头，引出后经过熔断器保护可以提供400v电源，低压线圈可以集成电源变压器功能，为二次设备提供所需电源。采用上述结构后，可以取消原有的电源变压器，节约成本，增加机舱内的操作空间，减少机舱整体重量。
24.(3)因风电变压器负载持续变化，线圈持续的受热膨胀，冷却收缩。线圈端部与垫块接触部分受压紧力作用容易开裂。变压器线圈采用树脂浇注，在垫块与线圈接触部位增加玻璃纤维网格和玻璃丝带41。璃纤维网格和玻璃丝带41中所含有的玻璃纤维可以增加树脂的韧性，提高了端部结构的机械性能。采用上述结构后，可以提高了变压器运行可靠性。
25.(4)机舱内环境恶劣，风沙大、空气潮湿，长时间运行后普通的二次端子排容易存在接触不良和短路的故障。将风机12的电源电缆引至防水防尘的风机接线盒13、熔断器17信号电缆及温度传感电缆7分别引至防水防尘的温控接线盒18，风机接线盒13及温控接线盒18内端子采用插拔式。此结构操作简单、不容易误操作，可以防止端子在机舱潮湿、污秽、振动环境下发生故障，影响控制系统对变压器信号的采集，为变压器提供更好的保护。
26.(5)所有电气连接接触面均涂抹石墨导电膏。变压器在机舱内振动环境下运行，电气连接接触面会在振动情况下，发生瞬间的分离导致接触电阻增加，长时间运行可能烧毁变压器。接触面涂抹石墨导电膏后，在接触面分离的瞬间由于导电膏的粘性，可以保证接线
面良好的导电性。同时还可以使接触面隔绝空气，避免接触面生锈导致接触电阻增加，提高变压器的可靠性。
27.(6)铁芯1表面刷树脂复合绝缘漆，树脂复合绝缘漆能够保证铁芯1隔绝空气，解决了铁芯1在盐雾、霉菌、湿热等恶劣环境下生锈的问题，能满足c4h防腐等级，使得变压器安全、可靠运行。
28.(7)通过垫块，硅橡胶板、高压线圈5、低压线圈6端面之间采用互相嵌入结构，能够在x,y,z三个维度固定线圈。使变压器线圈在振动环境下，不移位、不晃动，还可以有效地减小线圈的振动，降低变压器噪声，提高变压器运行的可靠性。
附图说明
29.图1是本发明的变压器正视图。
30.图2是本发明的变压器俯视图。
31.图3是本发明的变压器侧视图。
32.图4是本发明的变压器后视图。
33.图5是本发明低压终端20结构示意图。
34.图6是本发明低压线圈6与内侧引线排24、中间引线排25、外侧引线排26的连接示意图。
35.图7是本发明低压线圈6平面结构图。
36.图8是本发明垫块压紧结构图，其中，图8(a)为垫块压紧结构拆分状态，图8(b)为垫块压紧结构压紧状态。
37.其中：1、铁芯，2、上夹件，3、下夹件，4、吊装支架，5、高压线圈，6、低压线圈，7、温度传感电缆，8、上垫块，9、导电杆，10、绝缘筒，11、避雷器，12、风机，13、风机接线盒，14、安装底板，15、硅橡胶管，16、下垫块，17、熔断器，18、温控接线盒，19、高压终端，20、低压终端，21、接地球，22、接线端子，23、分接端子，24、内侧引线排，25、中间引线排，26、外侧引线排，27、第一硅橡胶板，28、侧翼，29、第一限位凸起，30、第一凹陷沉孔，31、压钉，32、面板，33、爬电伞，34、芯柱，35、铁轭，36、第二硅橡胶板，39、第二限位凸起，40、第二凹陷沉孔，41、玻璃纤维网格和玻璃丝带；42、接线孔。
具体实施方式
38.下面结合附图对本发明作进一步详细描述。
39.以下给出本发明的具体实施例，需要说明的是本发明并不局限于以下具体实施例，凡在本技术技术方案基础上做的等同变换均落入本发明的保护范围。
40.参见图1至图6，一种风电机舱内干式变压器，包括铁芯1，铁芯1的芯柱34外周由内向外依次设置有低压线圈6、绝缘筒10及高压线圈5，所述低压线圈6上端设有抽头并分别通过内侧引线排24、中间引线排25、外侧引线排26从低压线圈6上端部引出，其中，外侧引线排26为中性点，用于三相低压线圈6中性点连接；中间引线排25输出交流电，用于机舱内其他用电设备的电源使用；中间引线排25经过熔断器17后引出，可以保证当变压器出现故障时，熔断器17通过大电流后熔断，切断输出的交流电，保证机舱内其他用电设备的安全；内侧引线排24用于连接风力发电机作为风力发电机电能输入，内侧引线排24连接有低压终端20，
所述低压终端20采用铜板制作，呈阶梯形设置，每个梯度上设置多排接线孔42，且装置两侧的低压终端20上，不同梯度的接线孔42在x轴方向上相互错开，根据机舱内低压接口位置，选择相应梯度及相应排、列上的接线孔42，通过接线连接机舱内低压接口与低压线圈6，在x、y、z三个维度，即高度、横向、纵向三个方向上调节、保证低压线圈6与机舱低压可靠连接。
41.所述铁芯1采用三相三柱式叠铁芯结构，铁芯1表面刷树脂复合绝缘漆。
42.所述中间引线排25输出交流电为400v。
43.所述低压线圈6采用铝箔绕制，耐低温环氧树脂浇注；高压线圈5采用铝线绕制，耐低温环氧树脂浇注，树脂层完全包封线圈内部导体，与外部隔绝；高压线圈5一面设置有面板32，面板32上下两端设置有接线端子22，三相高压线圈的接线端子22之间通过导电杆9交叉连接，面板32中部设置分接端子23，面板上还设有爬电伞33，高压线圈5下部接线端子22设置高压终端19；高压线圈5面板32上所有裸露的端子均需采用相应绝缘等级的绝缘胶带防护，分接端子23上均套有硅胶盖；高压终端19采用异性铜板制作，高压终端19一端用于变压器与机舱高压电缆连接，另一端设置有接地球21和避雷器11；导电杆9外部热缩套绝缘处理，可以缩短对地绝缘距离。
44.参见图1、图8，所述铁芯1中间设有芯柱34，芯柱34与低压线圈6之间设置硅橡胶圈15，铁芯1顶端的铁轭35两侧设置有上夹件2，铁芯1底端的铁轭35两侧设置有下夹件3，所述低压线圈6及高压线圈5的顶端与上夹件2底面之间设置有上垫块8，低压线圈6及高压线圈5的底端和下夹件3顶面之间设置有下垫块16；上垫块8和下垫块16采用树脂浇注，上垫块8底面与低压线圈6顶面之间设有第一硅橡胶板27，上垫块8底面与高压线圈5顶面之间设有第二硅橡胶板36；第一硅橡胶板27两面分别设有第一限位凸起29，第二硅橡胶板36两面分别设有第二限位凸起39，低压线圈6顶面和上垫块8底面分别设有与第一限位凸起29对应的第一凹陷沉孔30，高压线圈5顶面和上垫块8底面分别设有与第二限位凸起39对应的第二凹陷沉孔40。
45.所述上夹件2两侧设有吊装支架4,吊装支架4一侧设置有温控接线盒18，下夹件3底部设有安装底板14，下夹件3一侧设有风机12；风机12电源及保护接线引至风机接线盒13，风机接线盒13内设置插拔式接线端子，满足ip67级防护标准。
46.所述上夹件2上设置有温度传感电缆7，温度传感电缆7的测温探头采用pt100铂电阻，根据pt100铂电阻的固有属性，pt100铂电阻能够模拟测量低压线圈6温度；温度传感电缆7引至固定在上夹件2上的温控接线盒18中，与机舱内的控制系统连接；温控接线盒18采用防护等级ip65壳体，内部采用端子插接式接线，电缆通过密封的电缆接头进出温控接线盒18。
47.参见图7，所述上垫块8与下垫块16外周均设置有增加沿面距离的侧翼28，上垫块8顶部与下垫块16底部均设有压钉31；上垫块8与高压线圈5、低压线圈6接触部位设置玻璃纤维网格和玻璃丝带41，下垫块16与高压线圈5、低压线圈6接触部位设置玻璃纤维网格和玻璃丝带41。
48.所述下垫块16顶面与低压线圈6底面之间和上垫块8底面与低压线圈6顶面之间连接结构相同，下垫块16顶面与高压线圈5底面之间和上垫块8底面与高压线圈5顶面之间连接结构相同。
49.所有电气连接接触面均涂抹石墨导电膏。
50.本发明工作原理为：
51.干式变压器需适应风电机舱严苛的运行环境，也受限于风电机舱本身尺寸，变压器需有极强的抗腐蚀性和抗振动能力，免维修以及极高的安全性。
52.本发明将干式变压器安装在机舱后部的独立空间内，缩短了变压器与发电机之间的距离，减少了所需的连接电缆，降低了线路损耗，节约了成本，通过内侧引线排24、中间引线排25、外侧引线排26将低压线圈6上端的抽头分别引出，其中，外侧引线排26用于三相低压线圈6中性点连接；中间引线排25输出交流电，用于机舱内其他用电设备的电源使用；中间引线排25经过熔断器17后引出，可以保证当变压器出现故障时，熔断器17通过大电流后熔断，切断输出的交流电，保证机舱内其他用电设备的安全；内侧引线排24用于连接风力发电机作为风力发电机电能输入，内侧引线排24还连接低压终端20，所述低压终端20呈阶梯形设置，每个梯度上设置多排接线孔42，且装置两侧的低压终端20上，不同梯度的接线孔42在x轴方向上相互错开，根据机舱内低压接口位置，选择相应梯度及相应排、列上的接线孔42，通过接线连接机舱内低压接口与低压线圈6，在x、y、z三个维度，即高度、横向、纵向三个方向上调节、保证低压线圈6与机舱低压可靠连接，操作便捷。
53.铁芯1表面刷树脂复合绝缘漆，树脂复合绝缘漆采用特殊配比，能够保证铁芯1隔绝空气，解决了铁芯1在盐雾、霉菌、湿热等恶劣环境下生锈的问题，能满足c4h防腐等级，使得变压器安全、可靠运行。
54.因风电变压器负载持续变化，线圈持续的受热膨胀，冷却收缩。变压器线圈端部与垫块接触部分受压紧力作用容易开裂。变压器线圈采用树脂浇注，在垫块与变压器线圈接触部位增加玻璃纤维网格和玻璃丝带41。璃纤维网格和玻璃丝带41中所含有的玻璃纤维可以增加树脂的韧性，提高了端部结构的机械性能。采用上述结构后，可以提高了变压器运行可靠性。
55.风力发电机发出的电能一般为690v或者更高的电压，但是机舱内有很多设备需要使用400v电源，现有技术机舱内需要配置电源变压器。在低压线圈上额外设置一个400v抽头，引出后经过熔断器保护可以提供400v电源，低压线圈可以集成电源变压器功能，为二次设备提供所需电源。采用上述结构后，可以取消原有的电源变压器，节约成本，增加机舱内的操作空间，减少机舱整体重量。
56.所有电气连接接触面均涂抹石墨导电膏。变压器在机舱内振动环境下运行，电气连接接触面会在振动情况下，发生瞬间的分离导致接触电阻增加，长时间运行可能烧毁变压器。接触面涂抹石墨导电膏后，在接触面分离的瞬间由于导电膏的粘性，可以保证接线面良好的导电性。同时还可以使接触面隔绝空气，避免接触面生锈导致接触电阻增加，提高变压器的可靠性。
57.通过垫块，硅橡胶板、变压器线圈(高压线圈5、低压线圈6)端面之间互相嵌入结构能够在x,y,z三个维度牢固固定变压器线圈。使变压器线圈在振动环境下，不移位、不晃动，还可以有效地减小线圈的振动，降低变压器噪声，提高变压器运行的可靠性。