РЕАКТОР СО СТАЛЬНЫМ СЕРДЕЧНИКОМ
REACTOR WITH STEEL CORE

Область техники
Настоящее изобретение относится к реакторам и, более конкретно, к реактору со стальным сердечником.
Предпосылки создания изобретения
Известный однофазный реактор со стальным сердечником состоит из одного стального сердечника «EI»-образного типа и одной обмотки. Эта конструкция подходит для реактора, рабочее напряжение и мощность которого ниже определенных значений. Однако когда уровень напряжения и мощность реактора достигают определенной величины (например, реактор, в котором уровень напряжения составляет 800 кВ и мощность - 100.000 кВт) или выше, реактор становится очень большим по размеру, ширина и высота реактора значительно увеличиваются, что затрудняет транспортировку реактора. Кроме того, поскольку длина пути утечки изоляционного элемента реактора ограничена, не разрешается, чтобы напряжение в определенном интервале изоляции неограниченно повышалось. Когда уровень напряжения реактора увеличивается, напряжение утечки по поверхности диэлектрика также соответственно увеличивается, что создает скрытую опасность для реактора.
Кроме того, в известном реакторе выводной провод обмотки поддерживается изоляционными планками, закрепленными на верхнем и нижнем ярме (раме стального сердечника EI-образного типа), которые удерживают стальной сердечник. Когда уровень напряжения достигает определенной величины, длина пути утечки выводного провода ограничена, и напряжение утечки по поверхности изоляционных планок, изготовленных из диэлектрика, относительно заземления является относительно высоким, что может привести к ненадежной работе реактора.
Кроме того, в известном устройстве стенки масляного бака, который используется для размещения в нем активной части реактора, состоят из одного слоя металла. Эта конструкция ограничена по сетевому напряжению и по предотвращению помех и вибрации корпуса реактора. Когда напряжение и мощность, используемые в реакторе со стальным сердечником, достигают определенной величины и есть ограничение на транспортную высоту и тип изоляционного материала, один стальной сердечник и одна обмотка не могут удовлетворить требования по транспортной высоте и изоляции реактора большой мощности, работающего под высоким напряжением. Для реактора большой мощности электромагнитная сила пакета пластин одного стального сердечника и вибрация, вызванная электромагнитной силой, являются трудно управляемыми. Кроме того, вибрация и помехи, создаваемые стальным сердечником, выходят за пределы масляного бака через твердые поверхности и трансформаторное масло, что не может удовлетворить требованиям защиты окружающей среды при работе энергосистемы.
Краткое содержание изобретения
Задача, решаемая настоящим изобретением, состоит в создании реактора со стальным сердечником, который обеспечивает относительно простую сборку, легкую транспортировку, имеет небольшие потери магнитного рассеяния и надежно работает по сравнению с существующими однофазными реакторами со стальным сердечником, имеющими ряд недостатков.
Техническое решение, используемое для устранения указанных недостатков известного уровня техники в настоящем изобретении, заключается в том, что реактор со стальным сердечником содержит активную часть реактора, причем активная часть реактора состоит из двух или нескольких отдельных активных частей, и обмотки в активных частях соединены вместе.
Обмотки в активных частях могут быть соединены последовательно или параллельно. Таким образом, методика соединения обмоток также может быть последовательной или параллельной.
Когда в реакторе используются две активные части, тип последовательного соединения обмоток в этих двух активных частях может состоять в том, что один конец первой обмотки первой активной части представляет собой вводной провод, а другой конец первой обмотки соединен с одним концом второй обмотки во второй активной части, причем другой конец второй обмотки представляет собой выводной провод, и, таким образом, формируется последовательное соединение; последовательное соединение также может состоять в том, что первая обмотка соединена со второй обмоткой последовательно, используя отводы в середине обмоток, т.е. в первой обмотке используется вводной провод в середине обмотки и выводные провода на обоих концах обмотки, причем выводные провода первой обмотки соединены параллельно, создавая вводной провод второй обмотки, во второй обмотке используется вводной провод в середине обмотки и выводные провода на обоих концах обмотки, при этом выводные провода на обоих концах второй обмотки соединены параллельно, и параллельное соединение между выводными проводами на обоих концах первой обмотки соединено с вводным проводом в середине второй обмотки последовательно.
Когда две обмотки этих двух активных частей соединены последовательно в соответствии с настоящим изобретением, при условии что транспортная высота отвечает соответствующим требованиям, число секций обмотки двух обмоток больше общего числа секций обмотки с одним сердечником, и общая высота обмоток увеличивается, таким образом, длина пути утечки на поверхности обмоток при рабочем напряжении также значительно увеличивается. Таким образом, рабочее напряжение распределено на две обмотки, что гарантирует надежность изоляции реактора при этом рабочем напряжении.
Когда в реакторе используются две активные части, тип параллельного соединения обмоток в этих двух активных частях может состоять в том, что концы обмоток соединены параллельно, т.е. один конец каждой из двух обмоток в этих двух активных частях представляет собой их вводной конец, и он соединен параллельно с другим концом как вводной провод, а другой конец каждой из двух обмоток в этих двух активных частях представляет собой их выводной конец, соединенный параллельно как выводной провод; параллельное соединение также может быть выполнено так, что и первая обмотка первой активной части, и вторая обмотка второй активной части используют отводы в середине обмоток, и концы вводных проводов в середине двух обмоток соединены параллельно, при этом верхний конец и нижний конец каждой обмотки соединены параллельно, и затем параллельные соединения двух обмоток соединены параллельно и используются как выводной провод, т.е. первая обмотка использует вводной провод в середине обмотки, верхний конец и нижний конец первой обмотки, т.е. выводные концы, соединены параллельно, во второй обмотке используется вводной провод в середине обмотки, верхний конец и нижний конец второй обмотки используются как выводные провода, соединенные параллельно; концы вводных проводов в середине первой обмотки и второй обмотки соединены параллельно, и два конца первой обмотки и два конца второй обмотки соединены параллельно и используются как выводной провод.
При условии что удовлетворены требования по транспортной высоте и электрическим параметрам, можно использовать технику параллельного соединения. Когда используется средний вывод обмотки, требования по изоляции концов обмоток не являются слишком жесткими.
Если в реакторе используются более активные части, обмотки активных частей соединяются последовательно или параллельно, при этом конструкция обмоток в активных частях реактора аналогична конструкции обмоток вышеупомянутых активных частей двойной структуры.
Конечно, тип соединения обмоток в соответствии с настоящим изобретением не ограничен вышеупомянутыми четырьмя способами.
Предпочтительно, чтобы соединение активных частей было бы параллельным. Выводной провод (соединение между двумя обмотками) может не иметь нулевого электрического потенциала (заземления) при использовании такого параллельного соединения, и диаметр жилы выводного провода может быть уменьшен. Альтернативно эти две активные части могут быть расположены в линию. При использовании такого расположения помехи от магнитного рассеяния между обмотками в активных частях являются незначительными.
Конечно, тип соединения активных частей реактора в соответствии с настоящим изобретением может быть иным.
В соответствии с настоящим изобретением каждая из отдельных активных частей имеет стальной сердечник, сформированный в виде структуры "EI", в середине которой расположен стальной стержень магнитной системы многослойной конструкции, состоящий из множества стальных пластин сердечника с центральными отверстиями и множеством воздушных зазоров.
Активные части реактора помещены в один и тот же масляный бак реактора. Когда в реакторе используются две активные части, и эффективные напряжения этих двух активных частей под рабочим напряжением отличаются друг от друга, и расстояния по изоляции этих двух активных частей тоже отличаются друг от друга. Таким образом, эти две активные части могут быть большими или малыми по размеру. Когда эти две активные части размещены последовательно, согласно установленным условиям, допустимое напряжение первой активной части может составлять 30-70% общего допустимого напряжения реактора, и допустимое напряжение второй активной части может составлять 70-30% общего допустимого напряжения реактора. Естественно, эти две активные части могут иметь один и тот же размер.
Предпочтительно в соответствии с настоящим изобретением выводные устройства обмоток могут быть непосредственно соединены с активными частями реактора. Конкретно, выводные устройства могут быть соединены в определенной точке наружного диаметра обмоток активных частей реактора. Выводное устройство включает U-образную изоляционную пластину и металлическое покрытие слоя экранирующей изоляции с распределением напряжения вне U-образной изоляционной пластины. В устройстве вывода U-образная изоляционная пластина может быть замещена цилиндрической изоляционной пластиной. Отметим, что U-образная изоляционная пластина формируется из улучшенной цилиндрической изоляционной пластины. Предмет усовершенствования состоит в увеличении диаметра токопроводящей жилы, улучшении распределения электрического поля и уменьшении расстояния до заземления. Кроме того, по сравнению с цилиндрической изоляционной пластиной, U-образная изоляционная пластина может обеспечить больше свободного места и снизить расход материала.
Более предпочтительно выводное устройство может иметь окружающий изоляционный слой, покрывающий металлический слой как экранирующая изоляция с распределением напряжения, и между окружающим изоляционным слоем и металлическим слоем с экранирующей изоляцией с распределением напряжения формируется масляный зазор. Целью использования окружающего слоя изоляции является разделения изоляционного масляного зазора, улучшение распределения электрического поля, уменьшение изоляционного расстояния и экономия материала.
Еще одной предпочтительной конструкцией масляного бака реактора может быть конструкция с местной двойной стенкой масляного бака. В этой конструкции на внутренней поверхности стенки масляного бака установлено множество планок и на них закреплена вторая стенка масляного бака.
Планки состоят из поперечных планок и продольных планок, которые формируют множество решеток. Вторая стенка масляного бака закрывает пластины, размеры которых соответствуют размерам решеток.
Планки сделаны из металла. Каждая поперечная планка имеет следующий размер: длина×ширина = 650×50 мм, и толщина составляет 4-50 мм. Длина продольной планки зависит от высоты масляного бака реактора и обычно определяется на практике. Ширина может быть равна 50 мм.
Кроме того, масляный бак реактора может быть снабжен радиаторами. Радиаторы могут быть расположены на одной стороне или на двух сторонах масляного бака реактора симметрично или расположены вокруг масляного бака реактора.
В соответствии с настоящим изобретением для охлаждения трансформаторного масла может использоваться охладитель с вентилятором или водяной охладитель.
Поскольку в настоящем изобретении используется конструкция с двумя активными частями или множеством активных частей, гарантируется прессовый натяг стальных пластин ярма. Таким образом, можно регулировать помехи и вибрацию. Кроме того, недостаток, заключающийся в концентрации потерь реактора с одной активной частью, мощность которой сравнима с мощностью активной части по настоящему изобретению, может быть устранен, и распределение температур по всему реактору может быть улучшено. Таким образом, недостаток известного реактора, заключающийся в том, что в активной части существует локальный участок местного перегрева, устраняется (местный перегрев зависит от величины магнитного рассеяния, а магнитное рассеяние реакторов различной мощности имеет различную величину. Чем больше мощность, тем больше магнитное рассеяние. Когда в реакторе используются две активные части, это равносильно тому, что мощность каждой активной части уменьшается наполовину, и относительное магнитное рассеяние также наполовину снижается).
В соответствии с настоящим изобретением выводное устройство непосредственно закреплено на активной части реактора, и это позволяет устранить недостаток, заключающийся в том, что граница пути утечки изоляционного материала является небольшой в условиях допустимой ограниченной транспортной высоты. Таким образом, проблема длины пути утечки по поверхности диэлектрика опорных изоляционных планок, используемых в известной конструкции, относительно точки заземления, решена и, таким образом, гарантируется надежность работы реактора с высоким напряжением.
Конструкция масляного бака реактора с местной двойной стенкой по настоящему изобретению обеспечивает то, что помехи и вибрация, вызванная электромагнитной силой пластин стального сердечника, и увеличенное запаздывание намагничивания стального ярма передаются масляному баку и за пределы масляного бака, когда в реакторе протекают электрические токи переменной величины. Поперечно связанные металлические планки в двухслойной конструкции масляного бака используются для разделения площади всей стенки масляного бака первого слоя; таким образом, амплитуда колебаний стальной поверхности стенки масляного бака уменьшается. Кроме того, конструкция масляного бака реактора с двойной стенкой полезна для подавления помех, вызванных стальным сердечником, что удовлетворяет требования защиты окружающей среды и работы энергетической системы.
Поскольку в реакторе по настоящему изобретению используются две или несколько активных частей, мощность одностержневого магнитопровода стального сердечника снижается, и эта конструкция активных частей хорошо подходит для регулирования магнитного рассеяния и теплового излучения обмоток. Таким образом, эта конструкция может использоваться в любом реакторе с различными уровнями напряжения и требованиями по мощности. Для реактора напряжением 1000 кВ и мощностью 100.000 кВт эта конструкция может удовлетворить требования надежности изоляции и требования по транспортировке.
Краткое описание чертежей.
Фигура 1 - вид сверху на конструкцию активных частей реактора со стальным сердечником в одном примере воплощения настоящего изобретения (используются две активные части).
Фигура 2 - вид сбоку на устройство фигуры 1.
Фигура 3 - вид сверху на конструкцию двойных активных частей реактора со стальным сердечником в примере воплощения настоящего изобретения (используются две активные части, и эти две активные части установлены параллельно).
Фигура 4 - вид сверху на устройство, показанное на фигуре 3.
Фигура 5 - вид сверху на конструкцию двойных активных частей реактора со стальным сердечником в примере воплощения настоящего изобретения (используются две активные части, и эти две активные части установлены в линию).
Фигура 6 - вид сверху на устройство, показанное на фигуре 5.
Фигура 7 - увеличенное представление фигуры 4.
Фигура 8 - вид сверху на реактор со стальным сердечником в примере воплощения настоящего изобретения (который имеет четыре комплекта радиаторов).
Фигура 9 - вид двух обмоток с вводными проводами в середине, соединенных последовательно в одном примере воплощения настоящего изобретения.
Фигура 10 - вид двух обмоток с вводными проводами на концах, соединенных последовательно в другом примере воплощения настоящего изобретения.
Фигура 11 - вид двух обмоток с вводными проводами в середине, соединенных параллельно в одном примере воплощения настоящего изобретения.
Фигура 12 - вид двух обмоток с вводными проводами на концах, соединенных параллельно в другом примере воплощения настоящего изобретения.
Фигура 13А - вид в плане на конструкцию крепления выводных проводов в примере воплощения настоящего изобретения.
Фигура 13В - вид сверху на устройство, показанное на фигуре 13А.
Фигура 14 - вид конструкции, в которой выводное устройство закреплено на дугообразной пластине в одном примере воплощения настоящего изобретения (выводное устройство показано схематически).
Фигура 15 - вид одной конструкции выводного устройства в примере воплощения настоящего изобретения.
Фигура 16 - вид сверху на конструкцию масляного бака в примере воплощения настоящего изобретения.
Фигура 17 - вид сверху на конструкцию стенки масляного бака, показанного на фигуре 16.
Фигура 18 - вид в - направление А-А в положении Р на фигуре 17.
ЦИФРОВЫЕ ПОЗИЦИИ НА ЧЕРТЕЖАХ: 1 - высоковольтный проходной изолятор, 2 - высоковольтный проходной изолятор нейтрального провода, 3 - корпус реактора, 4 - маслохранилище, 5 - радиатор, 6 - масляный бак, 7 - стальной сердечник, 8 - обмотка, 9 - пакет стального сердечника, 10 - магнитопровод стального сердечника, 11 - первая обмотка, 12 - вторая обмотка, 13 - выводное устройство, 14 - стенка масляного бака, 15 - планка, 16 - вторая стенка масляного бака, 17 - дугообразная пластина, 18 - опорный рычаг, 19 - U-образная изоляционная пластина, 20 - металлический слой экранирующей изоляции с распределением напряжения, 21 - окружающий слой изоляции, 22 - масляный зазор, 23 - изоляционная опора для масляного искрового промежутка, 24 - выводной провод, 25 - высоковольтный ввод, 26 - изоляционная пластина, 27 - изоляционная оболочка, 28 - опорная планка, 29 - опорная плита, 30 - зажимная планка.
Подробное описание
Настоящее изобретение будет описано ниже более подробно на примерах его осуществления со ссылками на приложенные чертежи.
Приведенные примеры воплощения являются примерами, не ограничивающими объем изобретения.
Как показано на фигурах 1, 2 и 8, в этом примере воплощения реактор со стальным сердечником содержит корпус реактора 3, маслохранилище 4 и радиатор 5. Корпус реактора 3 имеет активные части, и в этом примере воплощения используется двойная конструкция активных частей, т.е. используются две отдельные активные части. Эти две активные части соединены вместе через обмотки в них. Обе активные части помещены в масляный бак 6, который соединен с маслохранилищем 4.
Как показано на фигурах 3-7, в конструкции двойных активных частей реактора в этом примере воплощения каждая активная часть содержит EI-образный стальной сердечник 7 и обмотку 8. В середине каждого стального сердечника имеется множество пластин 9 стального сердечника с центральными отверстиями и множеством воздушных щелевых зазоров, которые образуют магнитопровод 10 стального сердечника. Магнитопровод 10 стального сердечника стянут множеством стяжных стержней, которые проходят через центральные отверстия. Верхние и нижние стороны и левые и правые стороны EI-образного стального сердечника 7 разделены на пластины определенной толщины стальным сердечником и стянуты поперечными шпильками. Магнитопровод 10 стального сердечника вставлен в обмотку 8.
Эти две активные части могут быть установлены параллельно (как показано на фигурах 3 и 4) или в линию (как показано на фигурах 5 и 6).
Обмотки 8 этих двух активных частей соединяются последовательно или параллельно.
На фигуре 10 показано последовательное соединение. Один конец обмотки первой активной части, т.е. первой обмотки 11, является вводным концом, другой конец первой обмотки 11 соединен с одним концом обмотки второй активной части, т.е. вторая обмотка 12 и другой конец второй обмотки 12 являются выводным концом так, что формируется последовательное соединение.
На фигуре 12 показано параллельное соединение. Тип соединения обмоток этих двух активных частей, соединенных параллельно, состоит в том, что вводные концы двух обмоток соединяются вместе параллельно, чтобы создать один вводной провод, и выводные концы двух обмоток соединяются вместе параллельно, чтобы создать выводной провод; первая обмотка 11 и вторая обмотка 12 соединяются, соединяя выводные провода на концах обмоток параллельно, т.е. один из двух концов каждой первой обмотки 11 и второй обмотки 12 является вводным проводом, а другие из двух концов каждой первой обмотки 11 и второй обмотки 12 являются выводным проводом, в то время как две обмотки соединяются параллельно.
Вышеупомянутые два типа соединений подходят для мощного низковольтного реактора. Конструкция реактора может быть упрощена благодаря использованию таких типов соединений.
Тип соединения, показанный на фигурах 9 или 11, также используется в этом примере воплощения.
На фигуре 9 показан еще один тип последовательного соединения. Первая обмотка 11 соединена со второй обмоткой 12 последовательно, используя отводы в середине обмоток, т.е. первая обмотка 11 использует вводной провод в середине первой обмотки 11 и выводные провода на обоих концах первой обмотки 11, и выводные провода первой обмотки 11 соединяются параллельно, вторая обмотка 12 использует вводной провод в середине второй обмотки 12 и выводные провода на обоих концах второй обмотки 12, выводные провода на обоих концах второй обмотки 12 соединяются параллельно, и параллельное соединение между выводными проводами на обоих концах первой обмотки 11 соединено с вводным проводом второй обмотки 12 последовательно.
На фигуре 11 показан еще один тип параллельного соединения. Первая обмотка 11 и вторая обмотка 12 соединяются параллельно, используя отводы в середине обмоток. Параллельное соединение может быть выполнено так, что обе обмотки в первой активной части, т.е. первая обмотка 11, и обмотка во второй активной части, т.е. вторая обмотка 12, используют отводы в середине обмоток, и вводные концы в середине двух обмоток соединяются параллельно, верхний конец и нижний конец каждой обмотки соединяются вместе параллельно и затем параллельные соединения двух обмоток соединяются параллельно как выводной провод, т.е. первая обмотка 11 использует вводной провод в середине первой обмотки, верхний конец и нижний конец первой обмотки 11 являются выводными проводами и соединяются параллельно, вторая обмотка 12 использует вводной провод в середине второй обмотки, при этом верхний конец и нижний конец второй обмотки 12 являются выводными проводами и соединяются параллельно, вводные концы в середине первой обмотки 11 и второй обмотки 12 соединяются параллельно, и два конца первой обмотки 11 и два конца второй обмотки 12 соединяются параллельно как выводной провод.
Описанные выше два типа соединений подходят для мощного реактора высокого напряжения и могут гарантировать хорошие рабочие характеристики реактора с низким тепловым излучением и надежную работу изоляции.
Как показано на фигурах 13А и 13В, выводное устройство 13 закреплено на стороне наружного диаметра обмотки в активной части реактора через дугообразную пластину 17, сформированную из бумажной изоляционной пластины как кронштейн для выводного устройства 13. Как показано на фигуре 14, опорная плита 29, сформированная из бумажной изоляционной пластины, укреплена в середине двух краев дугообразной пластины 17 в осевом направлении дугообразной пластины 17. Ограничительная пластина 30, сформированная из бумажной изоляционной пластины, закреплена на опорной плите 29. Два, верхний и нижний, кронштейна 18, сформированные из бумажных изоляционных пластин, установлены на ограничительной тарелке 30. Два, верхний и нижний, опорных кронштейна 18 поддерживают выводное устройство 13.
Как показано на фигуре 15, выводное устройство 13 содержит U-образную изоляционную пластину 19, металлический слой экранирующей изоляции с распределением напряжения 20, покрывающий внешнюю поверхность U-образной изоляционной пластины 19, и окружающий слой изоляции 21, покрывающий внешнюю поверхность металлического слоя экранирующей изоляции с распределением напряжения 20. Между окружающим слоем изоляции 21 и металлическим слоем экранирующей изоляции с распределением напряжения 20 сформирован масляный зазор 22. В устройстве вывода 13 U-образная изоляционная пластина 19 сформирована, соединяя две полудуги из бумажной изоляционной пластины, которые закреплены на двух опорах 18, верхней и нижней соответственно. Две полудуги из бумажной изоляционной пластины установлены напротив друг друга и после соединения могут формировать неразъемный элемент. Из вида спереди или из вида сбоку можно видеть, что верхняя часть двух полудуг, сформированных из бумажной изоляционной пластины, имеет форму буквы U.
Как показано на фигурах 16-18, обе активные части двойного реактора в этом примере воплощения помещены в масляный бак реактора. Масляный бак имеет конструкцию, в которой может использоваться местная двойная стенка масляного бака. Как показано на фигуре 16, часть стенки масляного бака 14, расположенная напротив активной части реактора (т.е. вблизи бокового ярма стального сердечника), может быть выполнена как двойная стенка масляного бака.
В этом примере воплощения масляный бак 6 сделан из стали и имеет прямоугольную или квадратную форму. В масляном баке 6 толщина стенки 14 составляет 6-16 мм, толщина дна составляет 20-60 мм и толщина крышки составляет 10-40 мм.
Как показано на фигурах 17 и 18, на внутренней поверхности стенки масляного бака 14 имеется множество поперечно-продольных металлических планок 15, закрепленных способом пайки. Эти металлические планки 15 создают множество прямоугольных рамок. Множество прямоугольных стальных пластин припаяны к прямоугольным рамкам из металлических планок 15. Прямоугольные стальные пластины создают вторую стенку масляного бака 16. В масляном баке 6 толщина планки 15 составляет 4-50 мм и толщина второй стенки масляного бака 16 составляет 4-20 мм.
Как показано на фигуре 8, в соответствии с настоящим изобретением на масляном баке 6 реактора установлено четыре комплекта радиаторов 5. Радиаторы 5 расположены симметрично по обеим сторонам масляного бака 6.