1.本发明涉及一种包括具有电感器件和绝缘液体的容器的电感装置。


背景技术：

2.电感器件(诸如变压器)是各种电气环境中的重要装备。一种这样的环境是其中变压器受到强dc电势场的影响的高压直流(high voltage direct current，hvdc)环境。
3.换流变压器中的介电绝缘通常包括液体绝缘(诸如呈矿物油的形式)和固体绝缘体(诸如像纸和纸板的纤维素)。也考虑利用替代性液体(诸如合成酯)的溶液。然后，固体绝缘体通常被液体浸渍并被液体包围。
4.由于变压器及其绝缘受到的强dc电位场，油的电阻率是重要因素。
5.gb 611254讨论了添加了添加剂的矿物油的电阻率。该文件更具体地涉及电容器，该电容器包含矿物油浸渍的间隔物作为介电材料。根据该文件，当矿物油含有少量β萘酚时，含有该矿物油的电容器在高温操作稳定性方面和寿命方面展现出显著的改善。β萘酚的添加被描述为导致油的电阻率方面的显著降低。β萘酚的稳定效果似乎与高温下电应力对矿物油的影响有关。
6.gb 426135公开了电容器的制造，其中混合物包含具有高电阻率和良好的介电性能的非水有机液体；例如磷酸三甲苯酯、磷酸三苯酯、磷酸芳基酯、磷酸二丁酯、三氯苯或矿物油与纸张一起使用。混合物还包含具有较低电阻率，并且是例如甲酚、苯酚、α-萘胺、β-萘酚、苯胺、乙酸、二硝基苯或糠醛的非水有机液体。
7.当使用矿物油或酯油作为与纤维素的固体绝缘体(诸如纸板和纸)一起使用的液体绝缘时，油的电阻率比浸渍式纤维素材料低得多。
8.最近出现了一种新型的液体绝缘，即所谓的天然气合成油(gtl)。这种液体具有很高的纯度。它基本上不含硫。出于各种原因，这种类型的油在变压器中使用是令人感兴趣的。然而，由于其纯度，油的电阻率很高。电阻率显著高于矿物油的电阻率。这改变了油和纤维素的电阻率之间的比率。
9.经受强dc电势场的变压器受到dc应力的影响。dc电压被施加持续一些时间后，与液体相比，浸渍式纤维素绝缘中dc应力通常更高。这是有利的，因为浸渍式纤维素具有更高的介电耐受能力。浸渍式纤维素受到更多的应力，因为它通常比液体具有更高的有效电阻率。对于gtl和gtl浸渍式纤维素，液体的有效电阻率大于浸渍式纤维素。这意味着dc电场替代地偏移到液体中，该液体在介电性方面比浸渍式纤维素更弱，并且这对绝缘系统具有不利影响。
10.因此，需要降低这种绝缘液体的应力。


技术实现要素：

11.本发明的一方面涉及一种电感装置，该电感装置包括具有由固体绝缘体包围的电感器件的绕组的容器，其中容器填充有绝缘液体，该绝缘液体包括呈第一油的形式的第一
主要组分和呈第二油或添加剂的形式的至少一种第二辅助组分，第一油具有高于固体绝缘体的有效电阻率有效电阻率，第二油或添加剂具有较低的平衡电阻率，从而导致绝缘液体的有效电阻率低于固体绝缘体的有效电阻率，
12.其中第一油是天然气合成油，固体绝缘体的有效电阻率比绝缘液体的有效电阻率高1至10倍，第一油具有至少10
13
欧姆米的平衡电阻率，并且绝缘液体具有至少10
11
欧姆米并且最多为第一油的平衡电阻率值的一半的平衡电阻率，
13.其中平衡电阻率是当绝缘液体在直流电势场中或缓慢变化的交流电势场中经受低于0.01kv/mm的电场强度时在室温下获得的电阻率，其中变化是频率低于10mhz的变化，并且有效电阻率是在稳态操作期间当外壳在直流电势场中经受1至10kv/mm的范围中的电场强度时的电阻率。
14.第一油的平衡电阻率可以附加地高于8*10
13
欧姆米，并且绝缘液体的平衡电阻率可以在10
11-4*10
13
欧姆米的范围内。绝缘液体的平衡电阻率附加地可以降低，使得其在10
11
–
2.5*10
13
欧姆米的范围内。
15.因此，第二组分的平衡电阻率低于第一主要组分的平衡电阻率。
16.第一油可以是具有高于1*10
14
欧姆米的平衡电阻率的烃油。
17.添加剂可以是有机酸、有机酸的金属盐和铵盐、有机酸和有机酸的金属盐和铵盐的混合物、炭黑和像苯酚或萘酚的醇类(诸如β萘酚)的组中的添加剂。添加剂可以按重量计以0.001至1％的范围内的量进行添加，有利地以按重量计在0.01至1％的范围内的量，并且优选地以按重量计在0.1至1％的范围内的量进行添加。绝缘液体的剩余部分可以是第一油。
18.第二油可以是矿物油。它也可以是合成油或天然酯油。当第二油是矿物油时，其可以按重量计以在5至49％的范围内的量进行添加。矿物油有利地按重量计以10至49％的范围内的量进行添加。在第二油是天然或合成酯的情况下，第二组分可以按重量计以1至40％的范围内的量存在，更优选地按重量计以2至20％的范围内的量存在。在这两种情况下，绝缘液体的剩余部分可以是第一油。
19.因此，至少一个第二辅助组分的有效电阻率低于第一主要组分的平衡电阻率。在稳态操作期间，固体绝缘体的有效电阻率比绝缘液体的有效电阻率高1至10倍。在这种情况下，稳态操作可以持续至少10至90分钟的范围内，并且例如持续至少60分钟。
20.如上所提及那样，平衡电阻率是在室温下获得的，该室温通常是在20至25℃的区间内的温度。
21.附加地，电场强度可以是在电感装置的稳态操作期间获得的电场强度。
22.本发明具有许多优点。它降低了绝缘液体在强直流电势场中可能经受的油应力。本发明还提高了电感器装置的可靠性和安全性。它还允许根据使用绝缘液体的环境定制绝缘液体。
23.一般来说，权利要求中使用的所有术语应根据它们在技术领域中的普通含义来解释，除非在此明确定义。对“一/一个/元件、设备、部件、装置、步骤等”的所有引用应被公开解释为指该元件、设备、部件、装置、步骤等的至少一个实例，除非另有明确说明。除非明确说明，本文公开的任何方法的步骤不必以公开的确切顺序执行。对本公开的不同特征/部件使用“第一”、“第二”等仅旨在将特征/部件与其他类似特征/部件区分开来，而不是赋予特
征/部件任何顺序或层级。
附图说明
24.将参照附图通过示例的方式描述实施例，在附图中：
25.图1示意性地示出了连接到hvdc换流站的两个换流器的两个变压器，以及
26.图2示意性示出了根据本发明的实施例的液体填充变压器。
具体实施方式
27.现在将在下文中参考附图更全面地描述实施例，在附图中示出了某些实施例。然而，在本公开的范围内，许多不同形式的其他实施例是可能的。相反，通过示例的方式提供以下实施例，使得本公开将是彻底和完整的，并且将向本领域技术人员充分传达本公开的范围。在整个描述中，相同的数字指代相同的元件。
28.本发明涉及一种包括具有电感器件的绕组(诸如变压器)的容器的电感装置，在该容器中为绕组提供绝缘液体。然而，在对此进行更详细讨论之前，将首先参考图1描述这种电感器件的环境。
29.图1示出了换流站10中的电感器件12。电感器件12是第一变压器，并且这个第一变压器连接到第一换流器14的交流(alternating current，ac)侧。第一换流器14具有连接到高压直流(hvdc)系统的第一极p1的直流(direct current，dc)侧。因此，第一换流器14也是ac/dc换流器。还有连接到第二ac/dc换流器18的ac侧的第二变压器16，该换流器具有连接到hvdc系统的第二极p2的dc侧。换流器14和18两者也连接到接地的中性线。在此，第一极p1可能具有高正电势，而第二极p2可能具有第二低电势。电位可能在100至1100kv、300至1100kv或500至1100kv范围内。例如，第一电势p1可以是+800kv，并且第二电势是-800kv。在系统中，也可能存在极性反转。也就是说，在给定的示例中，第一极p1可以从具有+800kv的电势变为具有
–
800kv的电势，而第二极p2可以从具有
–
800kv的电势变为具有+800kv的电势。
30.图1中的系统仅是示例。应该认识到，本发明绝不限于所示的hvdc系统或实际上任何dc系统。电感器件也不限于变压器。例如，它可以是电抗器。然而，该图显示的是，诸如变压器的电感器件可能由于其被提供在其中的环境而经历高的dc电场强度，即使它起作用来在不同的ac电平之间进行转换。
31.图2示出了包括呈第一变压器12的形式的电感器件的电感装置13的一种实现方式。电感装置13包括外壳(例如被实现为变压器箱24)，该外壳包括变压器的变压器绕组20和固体绝缘体22，该固体绝缘体通常是纤维素基的，诸如压制板和/或纸。固体绝缘体通常围绕绕组20。纤维素还浸渍在绝缘液体中，该绝缘液体可以是下述绝缘液体或另一绝缘液体，诸如矿物油或酯。浸渍式纤维素通常具有高于10
14
以及有时也高于10
15
欧姆米的电阻率。在箱24中还有绝缘液体26。
32.绝缘液体26基于第一油，在各种实施例中该第一油是烃油，诸如天然气合成油(gtl)。这种油可以是具有均匀分子结构和低杂质水平的异链烷烃油，并且可以附加地基本上不含硫。作为示例，油可以是来自shell公司的diala s4 zx-i。作为替代性方案，第一油可以是氢裂化异链烷烃油。这种类型的油可能具有比固体绝缘体更高的dc场电阻率。第一
油的平衡电阻率通常至少为10
13
欧姆米。它可能高于8*10
13
欧姆米，并且有利地在10
14
欧姆米以上。第一油的平衡电阻率是当它在直流或缓慢变化的交流电势场中受到低于0.01kv/mm的电场强度时的电阻率。该变化通常是频率低于10mhz的变化。平衡电阻率还附加地在室温下(诸如在20至25℃的区间内的温度下)获得。
33.在许多情况下，期望的是在电感装置中使用这种油作为绝缘液体。一个原因可能是油是可生物降解的。因此，这种油的使用可能比常规油更环保。
34.而且，通过将变压器放置在高电势(诸如图1中示出的第一极p1的电势)附近，具有固体绝缘体22液体绝缘体26的变压器12将经历高的dc电场强度。
35.如果由这种高dc电场强度引起的电应力由固体绝缘体承受，则是有利的。
36.然而，如果gtl油被用作绝缘液体，由于它具有比固体绝缘体更高的电阻率，则通常不会是这种情况。
37.因此，有可能出现电场偏移到油中，油与固体绝缘体相比具有明显较低的耐受能力。通过电阻率高于固体绝缘体的油，油受到应力，并且这可能导致击穿。
38.而且，在进行dc耐压试验时，重要的是几乎所有的应力被容纳在固体绝缘体上。
39.对于极性反转，期望的是油电阻率小于但接近浸渍式纤维素的电阻率。这确保了在极性反转之前在油中保留一些应力，从而在极性反转之后直接限制油中的应力，同时确保大部分应力在一段时间之后在纤维素上。
40.为了解决这个问题，在外壳中使用的第一油是绝缘液体的第一主要组分，该绝缘液体还接收呈第二油和/或添加剂的形式的至少一种第二辅助组分，第二油和/或添加剂具有比第一油更低的平衡电阻率。第二辅助组分的添加由此导致在外壳中绝缘液体的平衡电阻率在使用时被降低。根据本发明的一方面，第二组分以这样的量添加，该量使得绝缘液体的平衡电阻率至少为10
11
欧姆米并且至多为第一油的平衡电阻率值的一半。当第一油的平衡电阻率高于8*10
13
欧姆米时，绝缘液体的平衡电阻率可以在10
11
至4*10
13
欧姆米的范围内。绝缘液体的平衡电阻率还可以在10
11
至2.5*10
13
欧姆米的范围内。
41.当第二组分是矿物油时，这个第二组分可以按重量计以5至49％的范围内的量添加，或者更优选地按重量计以10至49％的范围内的量添加，同时其余为第一油。在第二组分是天然或合成酯的情况下，第二组分可以按重量计以1至40％的范围内的量存在，或者更优选地按重量计以2至20％的范围内的量存在，同时其余为第一油。在第二组分是添加剂的情况下，其可以按重量计以0.001至1％的范围内的量进行添加，更优选地以按重量计在0.01至1％的范围内的量，并且优选地以按重量计在0.1至1％的范围内的量进行添加，同时其余为第一油。
42.通过使用第二组分，电阻率因此被降低，并且这可以用于改善具有基于第一油的绝缘液体的变压器的性能。
43.因此，第一液体可能已经接受了一些添加剂或者已经与第二油混合。第二油的示例是矿物油或合成或天然酯油，其中矿物油可以具有链烷结构、环烷结构和/或芳族结构。矿物油可能附加地含有氮、硫和/或氧。天然油的一个示例是nytro 10xn。天然或合成酯又可以衍生自有机酸或无机酸，并且包含至少一个o-烷基取代羟基。合成酯的一个示例是midel 7131，而天然酯的示例是fr3。当第二组分是添加剂时，它可以是有机酸、有机酸的金属盐和铵盐、有机酸和有机酸的金属盐和铵盐的混合物的组中的添加剂。在这种情况下，有
机酸的盐可以是有机铵，诸如四丁基铵。添加剂附加地可以是碳基的(诸如炭黑)，或者包括醇类，像苯酚或萘酚(诸如β萘酚)。
44.如上所提及那样，平衡电阻率是低场强下处于平衡的电阻率。然而，如前所提及那样，电感器件通常在高电场强度下使用。
45.绝缘液体的电阻率被认为具有对场强以及在期间其经受特定dc场的时间的严重依赖性。电阻率取决于被电离的分子(正离子和负离子)的量。这个量取决于电场，并且因此绝缘液体的电阻率将具有对电场强度的依赖性。
46.电阻率可以更特别地被认为与正离子和负离子的离子迁移率之和乘以离子浓度乘以基本电荷成反比。
47.因此，重要的是，当在如此强的场中操作时，所添加的第二组分使得绝缘液体具有与固体绝缘体的电阻率具有一定关系的电阻率。这种类型的电阻率被称为有效电阻率，并且是当电感器件在直流电势场中受到1至10kv/mm的范围内的电场强度时的电阻率。有效电阻率附加地可以是在电感装置在设定时间内的稳态操作期间获得的电阻率。这个时间可以在10到90分钟之间，并且例如可以是60分钟。
48.因此，第一油可以具有高于固体绝缘体的有效电阻率的有效电阻率。在这种情况下，第二组分也具有低于第一主要组分的有效电阻率的有效电阻率。在这种情况下，第二组分可以以使得绝缘液体的有效电阻率低于固体绝缘体的有效电阻率的量添加。第二组分附加地可以以使得固体绝缘体的有效电阻率比绝缘液体的有效电阻率高1至10倍的量添加。
49.以这样的方式可以看出，在液体在电阻方面比固体更小的情况下，可以实现固体和液体绝缘之间的电阻率比率。在这种情况下，绝缘液体仍可能保留一些电应力。这消除了电感器件中与高电阻油相关的风险。可以看出，在dc下的过度油应力的风险可能被消除，并且极性反转下的应力被降低。因此，可以调节绝缘液体的电阻率，使得固体绝缘体电阻率和绝缘液体电阻率之间的比率不会变得像矿物油被用作绝缘液体时那样大。因为第二组分的量可以调节，所以将可能针对其要被使用的特定环境定制绝缘液体。由此可以优化绝缘设计。
50.上面主要参考几个实施例描述了本公开。然而，如本领域技术人员容易理解的那样，在由所附权利要求限定的本公开的范围内，除了上面公开的实施例之外的其他实施例同样是可能的。