本发明涉及一种自耦变压器，尤其是用于特高压输变电工程的分级绝缘特高压自耦变压器。包括铁芯和缠绕在铁芯上的A线圈、B线圈，A线圈和B线圈的中心抽头与铁芯及外壳电连接。该变压器的外壳和铁芯带电，并与大地绝缘，但其与任何一端的线圈抽头之间的电位差都只有特高压电压的一半。通过分级绝缘技术可以用已经成熟的超高压生产技术制造特高压变压器，使制造成本和研发周期大幅度降低。运行安全可靠，同时由于体积减小，也降低了运输成本。
1.分级绝缘特高压自耦变压器，包括铁芯(1)和缠绕在铁芯(1)上的A线圈(2)、B线圈(3)，其特征在于：A线圈(2)和B线圈(3)相串联构成自耦线圈，其中心抽头与铁芯(1)电连接；铁芯(1)以及A线圈(2)和B线圈(3)安装在金属外壳(4)中，并通过导线将铁芯(1)与外壳(4)电连接，外壳(4)内部充满绝缘油，外壳(4)固定安装在组合变压器绝缘支柱(5)的顶端，外壳(4)的上端固定连接多根绝缘套管，从A线圈(2)和B线圈(3)中引出的特高压引线(31)、超高压引线(32)、高压引线(33)、绝缘中性点引线(34)分别穿过特高压绝缘套管(6)、超高压绝缘套管(61)、高压绝缘套管(63)、绝缘中性点套管(62)与外部设备连接，特高压绝缘套管(6)的外侧套装有电流互感器(7)。
2.根据权利要求1所述的分级绝缘特高压自耦变压器，其特征在于：外壳(4)的一侧带有绝缘出油管(8)和绝缘回油管(9)，并通过绝缘出油管(8)和绝缘回油管(9)连接冷却塔(10)，冷却塔(10)上固定安装有散热片(11)，散热片(11)中的散热油管(12)的两端分别与绝缘出油管(8)和绝缘回油管(9)相连通，散热片(11)的下方设置有风扇(13)，散热油管(12)上还安装有油泵(14)；外壳(4)的上端固定安装有油箱(15)和防爆管(17)，油箱(15)的下端与外壳(4)的内部连通，油箱(15)的上端连接有呼吸器(16)。
3.根据权利要求2所述的分级绝缘特高压自耦变压器，其特征在于：所述的电流互感器(7)为光纤绝缘电流互感器，包括感应线圈(71)和骨架，感应线圈(71)连接到模拟数字转换电路(72)的信号输入端，模拟数字转换电路(72)的信号输出端连接到光调制器(73)的信号输入端，光调制器(73)的信号输出端通过光纤绝缘支柱(79)和缠绕在光纤绝缘支柱(79)上的光纤(77)连接到光解调器(74)的信号输入端。
4.根据权利要求2所述的分级绝缘特高压自耦变压器，其特征在于：在冷却塔(10)的一侧并联有集滤器(18)，集滤器(18)的外壳中安装有滤芯，集滤器(18)的入口与绝缘出油管(8)连通，出口与绝缘回油管(9)连通。
5.根据权利要求1或2所述的分级绝缘特高压自耦变压器，其特征在于：A线圈(2)和B线圈(3)的引出端分别连接分接开关(20、21)。
分级绝缘特高压自耦变压器
技术领域
[0001] 本发明涉及一种自耦变压器，尤其是用于特高压输变电工程的分级绝缘特高压自耦变压器。
背景技术
[0002] 在特高压输变电工程中，设备的绝缘问题是其中最难解决的问题之一。随着工作电压的升高，对绝缘材料的要求也随之大幅提高。现有的绝缘材料一般只能解决500KV以下的绝缘，对于当前各发达国家积极研究开发的1000KV电网，现有的绝缘材料就很难达到设计要求。特别是1000KV绝缘套管是制造特高压变压器的重大障碍，致使特高压工程的应用受到限制。
发明内容
[0003] 本发明的目的是提供一种用于特高压输变电工程、对绝缘材料要求低、成本低、安全可靠的分级绝缘特高压自耦变压器。
[0004] 为达到上述目的，本发明采用如下的技术方案：
[0005] 本发明所述的分级绝缘特高压自耦变压器包括铁芯和缠绕在铁芯上的A线圈、B线圈，A线圈和B线圈相串联构成自耦线圈，其中心抽头与铁芯电连接。
[0006] 上述铁芯以及A线圈和B线圈安装在金属外壳中，并通过导线将铁芯与外壳电连接，外壳内部充满绝缘油，外壳固定安装在组合变压器绝缘支柱的顶端，外壳的上端固定连接多根绝缘套管，从A线圈和B线圈中引出的特高压引线、超高压引线、高压引线、绝缘中性点引线分别穿过特高压绝缘套管、超高压绝缘套管、高压绝缘套管、绝缘中性点套管与外部设备连接，特高压绝缘套管的外侧套装有电流互感器。
[0007] 外壳的一侧带有绝缘出油管和绝缘回油管，并通过绝缘出油管和绝缘回油管连接冷却塔，冷却塔上固定安装有散热片，散热片中的散热油管的两端分别与绝缘出油管和绝缘回油管相连通，散热片的下方设置有风扇，散热油管上还安装有油泵；外壳的上端固定安装有油箱和防爆管，油箱的下端与外壳的内部连通，油箱的上端连接有呼吸器。
[0008] 所述的电流互感器为光纤绝缘电流互感器，包括感应线圈和骨架，感应线圈连接到模拟数字转换电路的信号输入端，模拟数字转换电路的信号输出端连接到光调制器的信号输入端，光调制器的信号输出端通过光纤绝缘支柱和缠绕在光纤绝缘支柱上的光纤连接到光解调器的信号输入端。
[0009] 在冷却塔的一侧并联有集滤器，集滤器的外壳中安装有滤芯，集滤器的入口与绝缘出油管连通，出口与绝缘回油管连通。
[0010] 在A线圈和B线圈的引出端分别连接分接开关。
[0011] 采用上述技术方案后，本发明具有如下的优点：
[0012] 1)可以用已经成熟的超高压设备生产技术制造特高压变压器，使制造成本和研发周期大幅度降低。
[0013] 2)安全可靠，由于特高压对绝缘的要求非常高，变压器制造中特别是绝缘套管的制造难度非常大，现在尚无很好的技术和运行经验，所以在制造和运行中存在较大的不确定性，对大电网构成较大的安全隐患。采用本发明技术使线圈对铁芯、外壳的绝缘等级由特高压级降低为超高压级，可以大大降低绝缘要求。同时使用成熟技术的超高压绝缘套管通过分级绝缘满足特高压变压器的要求。
[0014] 3)体积减小，运输方便。由于特高压设备要求绝缘距离较大，因此用传统工艺制造的特高压变压器体积非常庞大，运输中要修路、修桥的费用巨大。采用本发明以后变压器体积减小30％左右，运输成本可降低60％以上。解决了我国现有道路状况无法满足特高压变压器运输的难题。
[0015] 4)分级绝缘结构可方便地在中性点和特高压两个端点接装分接开关，有效改善调压灵活性。
附图说明
[0016] 图1是本发明一个实施例的结构示意图；
[0017] 图2是光纤绝缘互感器的电原理图；
[0018] 图3是本发明分级绝缘特高压自耦变压器的电原理图。
具体实施方式
[0019] 如图1所示，本发明所述的分级绝缘特高压自耦变压器包括铁芯1和缠绕在铁芯1上的A线圈2、B线圈3，A线圈2和B线圈3串联构成自耦线圈，A线圈2和B线圈3以顺磁方向缠绕在闭环的铁芯1上。A线圈2和B线圈3的中心抽头端在线圈结构内侧，并与铁芯1及外壳4电连接，其他两端在线圈结构外侧，并分别与分接开关20、21连接。铁芯
1以及A线圈2和B线圈3安装在金属外壳4中，并通过导线将铁芯1与外壳4电连接，外壳4内部充满绝缘油，用以提高绝缘和散热效果。外壳4固定连接在组合变压器绝缘支柱5的顶端，使外壳4悬空并与大地及周围物体保持绝缘。外壳4的上端固定连接多根绝缘套管，从A线圈2和B线圈3中引出的特高压引线31、超高压引线32、高压引线33、绝缘中性点引线34分别穿过特高压绝缘套管6、超高压绝缘套管61、高压绝缘套管63、绝缘中性点套管62与外部设备连接，绝缘套管的外侧套装有电流互感器7，用于检测变压器运行过程中的工作状态和保护变压器。
[0020] 外壳4的一侧带有绝缘出油管8和绝缘回油管9，并通过绝缘出油管8和绝缘回油管9连接冷却塔10，冷却塔10上固定安装有散热片11，散热片11中的散热油管12的连端分别与绝缘出油管8和绝缘回油管9相连通，散热片11的下方设置有风扇13，散热油管12上还安装有油泵14；外壳4的上端固定安装有油箱15和防爆管17，油箱15的下端与外壳4的内部连通，油箱15的上端连接有呼吸器16。通过油泵14推动绝缘油在外壳4与散热片11之间循环，提高散热效率。绝缘出油管8和绝缘回油管9同时起到绝缘的作用，将变压器壳体4与大地和冷却塔10绝缘。防爆管17的顶端采用结构相对脆弱的玻璃管制成，当由于突然的电火花使变压器内部压力突然增大的时候，防爆管17首先破裂，可以起到泻压防止外壳4破裂的作用。呼吸器16可以自动调节外壳4内部的压力，使油箱15因热胀冷缩引起油位变化时，空气通过呼吸器16进、出油箱，并将潮湿空气中的水份吸收，防止空气进入绝缘油中。
[0021] 在冷却塔10的一侧并联有集滤器18，集滤器18的外壳中安装有滤芯，集滤器18的入口与绝缘出油管8连通，出口与绝缘回油管9连通。当绝缘油在外壳4与散热片11之间循环时，有部分绝缘油会通过集滤器18，将杂质过滤掉。当集滤器18中的杂质较多时，只要关闭相应的阀门进行排渣即可，不影响变压器正常的工作。
[0022] 如图2所示，上述电流互感器7为光纤绝缘电流互感器，包括感应线圈71和骨架，感应线圈71连接到模拟数字转换电路72的信号输入端，模拟数字转换电路72的信号输出端连接到光调制器73的信号输入端，光调制器73的信号输出端通过光纤77连接到光解调器74的信号输入端。同时，光电传输系统还将瓦斯信号、温度信号等传输到地面控制保护系统。
[0023] 该变压器工作时，外壳4和铁芯1带电，但其与任何一端的线圈抽头之间的电压都不超过最高电压的一半。也就是说，对于工作在1000KV的特高压变压器，其绝缘能力只要相当于500KV的超高压变压器即可。其分压原理如图3所示，将A线圈2和B线圈3的中心抽头以及超高压引线与铁芯1和外壳4电连接，使自耦变压器的特高压端与外壳4的电位差变为同相位条件下特高压与超高压的电位差，从而使特高压端与铁芯1及外壳4的电位差降到特高压的50％左右，而绝缘中性点与铁芯1及外壳4的电位差则由原来的同电位上升到超高压等级，只要按此方式接线，再将特高压变压器外壳用变压器绝缘支柱5与大地绝缘，就可实现特高压变压器的分级绝缘。
[0024] 光纤绝缘互感器用于检测变压器工作时的电流等工作状态，其工作原理如下：一次电流经过电流互感器的一次线圈产生交变磁场，交变磁场穿过电流互感器的二次线圈，在二次线圈中产生电势。这个电势加在取样电阻上便产生感应电流。根据变压器的原理，这个感应电流在有效荷载内与一次电流成正比。所以，通过测量取样电阻两端电压的大小就可以计算出实际一次电流的大小。感应电流信号输入到模拟数字转换电路72转换成数字信号后通过光调制器73和光纤77传递到光解调器74以及控制保护和计量系统。
[0025] 由于高压端与信号读取端完全分离，中间只有光纤77连接，彻底解决了超高压和特高压电力互感器存在的绝缘安全问题。
[0026] 随着高强度绝缘支柱和复合绝缘支柱制造技术的快速提高，为分级绝缘特高压自耦变压器的制造提供了基础条件，使本发明必将为世界特高压输变电工程的推广、使用起到积极的推动作用，以满足全球能源可持续发展的需要。
