油浸變壓器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及油浸變壓器(10)，其包括變壓器容器(12)、安裝在變壓器容器中的變壓器芯(14)、具有圍繞變壓器芯(14)的柱(28)而布置的至少一個(gè)軸向冷卻通道(34,36)的至少一個(gè)立式中空圓柱形變壓器線圈(16,18)，以及布置在變壓器線圈(16,18)的軸向前側(cè)處的油室(20,22,60,80,90)。預(yù)見從內(nèi)室(100)通向變壓器線圈(16,18)的相應(yīng)的前側(cè)的至少一個(gè)第一開口(86,87,88)，且預(yù)見至少一個(gè)第二開口(70)在油室(20,22,60,80,90)的周圍邊界(64,66,94,96)內(nèi)。油室(20,22,60,80,90)為欠壓室，其中至少一個(gè)第一開口(86,87,88)為入口端口，而至少一個(gè)第二開口(70)為出口(78)端口。
【專利說明】油浸變壓器【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種油浸變壓器，其包括變壓器容器、安裝在變壓器容器中的變壓器芯、具有圍繞變壓器芯的柱(limb)布置的至少一個(gè)軸向冷卻通道的至少一個(gè)立式中空圓柱形變壓器線圈、布置在變壓器線圈的軸向前側(cè)處的油室，其中預(yù)見從內(nèi)室通向變壓器線圈的相應(yīng)的前側(cè)的至少一個(gè)第一開口，以及其中預(yù)見至少一個(gè)第二開口在油室的周圍邊界內(nèi)。
【背景技術(shù)】
[0002]已知的是，例如具有IOOkV或380kV的額定電壓的能量分配網(wǎng)絡(luò)中的變壓器通常設(shè)計(jì)為油浸變壓器。具有其線圈的變壓器芯布置在填充油的容器中，其中油一方面是絕緣介質(zhì)且另一方面是冷卻介質(zhì)。通常，油在穿過線圈繞組(在變壓器操作期間，在該處產(chǎn)生熱損失)的冷卻通道與將熱從油傳遞至外界環(huán)境的冷卻裝置之間循環(huán)。油的循環(huán)可例如由泵產(chǎn)生，但自然對流也是可行的。
[0003]變壓器線圈必須在機(jī)械方面加強(qiáng)，以經(jīng)得起短路期間在相鄰導(dǎo)體繞組之間出現(xiàn)的機(jī)械力，短路可引起例如IOOkA或更高的短暫電流。尤其是在變壓器繞組的軸向方向上需要這種機(jī)械加強(qiáng)，其中在徑向方向上，圍繞繞組軸線環(huán)狀布置的繞組的足夠強(qiáng)，以經(jīng)得起相應(yīng)的短路力。相比于由變壓器線圈本身的重量引起的力，在短路期間的軸向力例如可為五倍高。
[0004]因此，在變壓器線圈的兩個(gè)軸向端部處需要軸向夾持結(jié)構(gòu)，其將軸向夾持壓力施加到線圈的軸向端部上，且在短路期間防止線圈沿軸向方向的機(jī)械變形。該夾持結(jié)構(gòu)必須設(shè)計(jì)成使得允許穿過該結(jié)構(gòu)至夾持在其中的變壓器線圈的內(nèi)冷卻通道的油流分別從內(nèi)冷卻通道在變壓器繞組的相對側(cè)處穿過夾持結(jié)構(gòu)。
[0005]通常，預(yù)見改善穿過相應(yīng)的變壓器線圈的冷卻通道的油流的油室。此油室一般為盤狀形狀，且置于相應(yīng)的立式線圈下方，且與其軸向冷卻通道在流體方面連接。經(jīng)冷卻的油在該油室內(nèi)加壓，以便油向上經(jīng)由冷卻通道流到線圈的上軸向端部。一般而言，相應(yīng)的下線圈夾具結(jié)合為相應(yīng)的油室的一部分。因此，油室包括構(gòu)成油室的底板的壓環(huán)，以及間隔環(huán)，其中預(yù)見附加的下邊界壁在間隔環(huán)的徑向邊緣處，以使內(nèi)室能夠經(jīng)得起油的壓力。此外，預(yù)見間隔環(huán)的頂部上的扁平穿孔面板，其構(gòu)成了油室的頂蓋。穿孔的目的在于油從內(nèi)油室通到變壓器繞組。例如，油室的實(shí)例在專利文件US 4424502內(nèi)公開。
[0006]在本發(fā)明的框架內(nèi)，變壓器必須還理解為例如以變壓器自身相當(dāng)?shù)姆绞讲贾迷谟腿萜鲀?nèi)的串聯(lián)電抗器或分流器的同義詞。兩個(gè)構(gòu)件都具有與帶有線圈和軸向冷卻通道的變壓器芯相似的結(jié)構(gòu)，且因此兩個(gè)構(gòu)件需要相當(dāng)?shù)睦鋮s系統(tǒng)。以相當(dāng)?shù)姆绞?，變壓器芯必須在本發(fā)明內(nèi)理解為也例如包括電抗器芯柱的較寬范圍類型的變壓器芯的同義詞。詞語"環(huán)形〃也必須寬泛地理解，且還覆蓋正方形環(huán)。
[0007]現(xiàn)有技術(shù)內(nèi)的缺點(diǎn)在于，此布置一方面難以制造，因?yàn)榭删哂袔讎嵉闹亓康淖儔浩骼@組通常直接地組裝在油室的頂部上。另一方面，冷卻系統(tǒng)的有效性沒那么高，因?yàn)橛驮谌萜鞯捻敳课?，在那里，來自變壓器線圈的經(jīng)加熱的油已經(jīng)與其它油混合。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]基于該現(xiàn)有技術(shù)水平，本發(fā)明的目的在于提供一種油浸變壓器，其具有改進(jìn)的冷卻系統(tǒng)且較容易組裝。
[0009]該問題通過上述類型的線圈夾具解決。其特征在于油室為欠壓室，其中至少一個(gè)第一開口為入口端口，而至少一個(gè)第二開口為出口端口。根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，油室布置在立式變壓器線圈的上側(cè)。
[0010]因此，油室必須理解為由邊界(相應(yīng)地，壁)包繞的內(nèi)空間，以便可在其中產(chǎn)生欠壓。壁不必為油室的必要部分。此外，它們還可由相鄰部件的壁或側(cè)部構(gòu)成。變壓器容器必須填充有優(yōu)選的電介質(zhì)絕緣流體，以確保適合的功能性，優(yōu)選為具有變壓器油。當(dāng)然，其它適合的絕緣流體如生物溫度(bio temp)流體也是可行的。
[0011]因此，在油室布置在上變壓器線圈的上側(cè)的情況下，穿過變壓器線圈的軸向冷卻通道的油流被向上引導(dǎo)，以便即使預(yù)見沒有泵或相當(dāng)?shù)难b置用于油的循環(huán)，自然冷卻回路也至少實(shí)現(xiàn)為退一步的解決方案。以有利的方式，油在變壓器線圈的軸向上端吸入，且優(yōu)選為通過使用泵或相當(dāng)?shù)难b置直接給送到冷卻系統(tǒng)中。但是也在本發(fā)明的范圍內(nèi)的是，油室布置成類似于環(huán)，其包繞變壓器線圈的徑向外側(cè)，而變壓器線圈的相應(yīng)的平坦軸向端部未或未完全與油室接觸。
[0012]大多數(shù)熱損失在變壓器線圈的繞組內(nèi)產(chǎn)生。在變壓器操作期間，循環(huán)油在變壓器線圈的冷卻通道內(nèi)加熱，且直接地向后給送至變壓器外部的冷卻系統(tǒng)。由于這些油不會(huì)與可能并未如此加熱的變壓器容器內(nèi)的其它油混合，故流入冷卻系統(tǒng)中的油的溫度相當(dāng)高。待冷卻的油與必須傳遞熱的環(huán)境之間的溫差越高，冷卻系統(tǒng)的有效性就越好。因此，冷卻效應(yīng)以有利的方式提聞。
[0013]根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例，預(yù)見油室內(nèi)的肋狀間隔元件，其適用于支承變壓器線圈上的壓力。在短路的情況下，穿過繞組的電流可暫時(shí)增大至IOOkA和更高的值。因此，在相鄰的繞組之間施加了相應(yīng)的力。在徑向方向上，繞組由于其圍繞(虛擬)中心軸線以圓形的方式布置而經(jīng)得起那些力。在軸向方向上，預(yù)見此變壓器繞組的結(jié)構(gòu)經(jīng)不起此力，該力可相當(dāng)于變壓器線圈自身重量的五倍或以上。因此，預(yù)見線圈夾具必須在至少一個(gè)變壓器線圈的各個(gè)軸向端部處，以將相應(yīng)的壓力施加到其上。出于此原因，例如可沿徑向或沿軸向分布的間隔元件預(yù)見為將此壓力施加到線圈的軸向上端上。為了確保油室與變壓器線圈的上軸向前側(cè)之間油流不受阻，它們在流體方面連接。
[0014]根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例，變壓器線圈的至少一個(gè)冷卻通道和至少一個(gè)第一開口布置成關(guān)于其截面至少大致一致。通常，油室在一個(gè)軸向側(cè)由壓環(huán)形成壁，且在相對側(cè)由扁平穿孔面板形成壁，面板包括至少一個(gè)第一開口來作為與變壓器線圈(相應(yīng)地，其冷卻通道)的相應(yīng)的前側(cè)的連接。相應(yīng)的截面(相應(yīng)地，布置)的大致一致的配合再次改善了油室與冷卻通道之間的無阻油流。
[0015]根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例，至少一個(gè)第二開口從油室以管狀方式延長。因此，實(shí)現(xiàn)了從內(nèi)油室穿過容器的出口導(dǎo)管，其優(yōu)選為直接地結(jié)束在變壓器外部的冷卻系統(tǒng)處，在該處，油冷卻且返回給送到變壓器容器中。在若干(尤其是三個(gè))變壓器線圈布置在變壓器容器內(nèi)的情況中，若干導(dǎo)管可實(shí)現(xiàn)為公共收集導(dǎo)管。此外，有可能在將來自欠壓油室的出口油收集到較大的管之后，將其引導(dǎo)到冷卻設(shè)備。
[0016]根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例，至少一個(gè)第二開口從油室直接地通向變壓器容器外部的冷卻系統(tǒng)，其中相應(yīng)的連接可實(shí)現(xiàn)為收集導(dǎo)管。因此，經(jīng)加熱的油以其最高溫度給送至外部冷卻系統(tǒng)。例如，外部冷卻系統(tǒng)可為例如具有可選的送風(fēng)機(jī)和冷卻肋的熱交換器。
[0017]根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例，油室包括環(huán)形底板、布置在環(huán)形底板上的肋狀間隔元件，以及在底板的徑向外緣和內(nèi)緣處的下邊界壁，其中底板與其它元件中的至少一者制造在一起，成為整體部件。如上文所述，油室可尤其在短路情況下經(jīng)歷壓力。因此，需要油室有一定撓曲強(qiáng)度來承受。部件的撓曲強(qiáng)度一方面取決于部件的高度，而另一方面取決于材料的特性。例如，如果兩個(gè)相同的桿一個(gè)置于另一個(gè)上，則總撓曲強(qiáng)度為一個(gè)單桿的兩倍那樣高。另一方面，如果考慮相同材料和相同尺寸的整體桿，則由于整體部件的厚度與撓曲強(qiáng)度之間的二次關(guān)系，撓曲強(qiáng)度為單個(gè)桿的四倍那樣高，且是兩個(gè)單個(gè)桿的兩倍那樣高。
[0018]由于根據(jù)本發(fā)明的間隔元件為類似于桿的肋形，故它們還適用于貢獻(xiàn)油室的增大的撓曲強(qiáng)度。因此，例如9cm的壓環(huán)和5cm的間隔環(huán)的組件可由具有相當(dāng)和足夠的撓曲強(qiáng)度的例如Ilcm高的至少部分地為整體的油室替代。作為優(yōu)選，使用磨削方法來制造此類至少部分為整體的油室。這通常由CAD系統(tǒng)支持，以便可以此實(shí)現(xiàn)幾乎無限的形狀變化。
[0019]根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)變型，肋狀間隔元件在其側(cè)壁處以不同于垂直于底板的平面的方式成形，以便延長沿側(cè)壁的軸向漏電(ere印)距離。那些間隔元件還必須滿足絕緣要求，變壓器線圈的各個(gè)前側(cè)在變壓器操作期間在高電壓水平，而相鄰變壓器芯處于地電勢。由于油室的總體厚度通過本發(fā)明以有利的方式減小，故也在本發(fā)明的范圍內(nèi)的是至少獲得根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)水平由相當(dāng)?shù)挠褪姨峁┑南嗤妮S向絕緣能力。
[0020]根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，整體部件由層合材料構(gòu)成。層合材料由通過使用高壓來膠合在一起的若干扁平層構(gòu)成。因此，產(chǎn)生了剛性極高的整體塊，其還使用磨削成期望形狀。根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，整體塊(相應(yīng)地,整體部件)至少主要由壓板構(gòu)成。這是高剛性和優(yōu)異的電絕緣能力的基于纖維素的材料，其很適于在油浸變壓器中使用，例如，作為支承元件。
[0021]本發(fā)明的其它有利實(shí)施例在從屬權(quán)利要求中提到。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0022]現(xiàn)在將借助于示例性實(shí)施例且參照附圖來進(jìn)一步闡釋本發(fā)明，在附圖中:
圖1示出了示例性油浸變壓器，
圖2示出了示例性第三油室，
圖3示出了示例性第四油室，
圖4示出了示例性第五油室，以及 圖5示出了層合桿的撓曲強(qiáng)度的實(shí)例。
【具體實(shí)施方式】
[0023]圖1在截面圖中示出了示例性油浸變壓器10。具有三個(gè)柱28和安裝在其上的兩個(gè)示例性立式變壓器線圈16，18的變壓器芯14布置在變壓器容器12內(nèi)。變壓器容器12填充有變壓器油30，其一方面預(yù)見為用于電絕緣以及用于冷卻的目的。
[0024]變壓器線圈16，18為沿相應(yīng)的虛擬中心軸線40布置的中空圓柱形，且夾持在下線圈夾具24，26與上油室20，22之間，油室20，22構(gòu)造成使得它們可將壓力施加到線圈上，這與下線圈夾具24，26相當(dāng)。下線圈夾具24，26基本上或多或少對應(yīng)于油室20，22，所以它們包括具有用于變壓器柱28的內(nèi)部開口的底板和安裝在其上的間隔元件，而流動(dòng)通道58形成在相鄰的間隔元件之間。軸向冷卻通道34，36預(yù)見為穿過變壓器線圈16，18，以便變壓器油30可如箭頭38指出那樣流過其中。因此，變壓器油在流過變壓器的冷卻通道34，36的同時(shí)被加熱，且之后給送到油室20，22中。油室的第二開口為延長的管42，44，其與收集導(dǎo)管48連接來將油經(jīng)由吸入管50給送到冷卻系統(tǒng)52中。冷卻系統(tǒng)52實(shí)現(xiàn)為具有未示出的送風(fēng)機(jī)的熱交換器，其如箭頭54指出那樣將熱能傳遞至環(huán)境。此外，未示出的泵預(yù)見為在油室20，22內(nèi)產(chǎn)生欠壓。但用于產(chǎn)生欠壓的其它器件如散熱器等也是可行的解決方案。因此，欠壓也可由純浮力產(chǎn)生。在冷卻系統(tǒng)52內(nèi)冷卻油之后，其通過輸出管56返回給送到內(nèi)變壓器容器12中。
[0025]輸出管56必須假定為延長至熱關(guān)鍵構(gòu)件(例如，如變壓器繞組16，18)下的相應(yīng)的區(qū)域。因此，從冷卻系統(tǒng)52返回給送的經(jīng)冷卻油提供在那些區(qū)域中，例如如果沒有使用散熱器，則這可需要強(qiáng)制冷卻。
[0026]圖2在俯視概略圖中示出了示例性第三油室60。在具有內(nèi)部開口 68的環(huán)形底板62上，若干肋狀間隔元件72，74，76沿徑向方向布置。底板62的徑向內(nèi)緣和徑向外緣由下邊界壁64，68包繞，以便形成內(nèi)室。第二開口 72預(yù)見為在徑向外邊界壁處作為如箭頭78指出的油的出口，但第二開口也可布置成穿過油室的頂壁或底壁，這取決于變壓器內(nèi)的可用空間。開口通過管延長，使得穿過其中吸出油室的油可容易地給送到外部冷卻系統(tǒng)。底板62和邊界壁64，66由一個(gè)整體部件制成，以便油室的撓性穩(wěn)定性以有利的方式增大。此整體布置中的底板的典型厚度可為8到12cm，而間隔元件的相應(yīng)邊界壁的高度可為6到8cm。
[0027]圖3在俯視概略圖中示出了示例性第四油室80。該室基本上對應(yīng)于圖2中所示的室，而預(yù)見間隔環(huán)的頂部上的附加扁平穿孔面板82，其在該概略圖中構(gòu)成油室的頂蓋。當(dāng)安裝在變壓器線圈的軸向上端上時(shí)，那些穿孔面板將在油室的底部處。穿孔(相應(yīng)地，第一開口 86，87，88)的定位和截面適于待布置在下方的變壓器繞組的軸向冷卻通道的截面和定位。延長的第二開口(相應(yīng)地，出口導(dǎo)管)以參考標(biāo)號84標(biāo)記。那些扁平面板不是整體結(jié)構(gòu)的一部分，因?yàn)橹圃煸蚨仨毇@得對內(nèi)油室的完全接近。
[0028]圖4從側(cè)視圖將示例性第五油室90示為截面。圍繞虛擬中心軸線98，預(yù)見了具有徑向內(nèi)邊界壁94和徑向外邊界壁96的盤狀底板92。油室的內(nèi)部區(qū)域100由邊界壁92，94、底板92和該室的頂部上的扁平面板102形成。油室的內(nèi)部區(qū)域內(nèi)的間隔元件未示出，但假定為存在。
[0029]圖5在概略圖110中示出了層合桿的撓曲強(qiáng)度的實(shí)例。壓板的若干層116，118，120，122層合到桿上。在層合過程期間，在層合層之間加入了膠或示例性環(huán)氧樹月旨。在其外側(cè)處，桿承座于兩個(gè)三角形支承件112，114上。壓力124施加到桿的中間。桿被壓力彎曲越小，則抗彎強(qiáng)度越高。由于不同層之間的高強(qiáng)度粘合，故層合桿的撓曲強(qiáng)度至少與相同尺寸的較大非層合桿的撓曲強(qiáng)度一樣高。
[0030]參考標(biāo)號列表:10示例性油浸變壓器12變壓器容器14變壓器芯
16第一立式中空圓柱形變壓器線圈
18第二立式中空圓柱形變壓器線圈
20第一油室
22第二油室
24第一線圈夾具
26第二線圈夾具
28變壓器柱
30變壓器油
32壓力支承件
34第一軸向冷卻通道
36第二軸向冷卻通道
38穿過冷卻通道的流動(dòng)方向
40虛擬中心軸線
42第一變壓器線圈的第二開口的延長部
44第二變壓器線圈的第二開口的延長部
48第一吸入管
50第二第一吸入管
52冷卻系統(tǒng)
54經(jīng)加熱空氣
56輸出管
60示例性第三油室
62環(huán)形底板
64徑向內(nèi)邊界壁
66徑向外邊界壁
68內(nèi)部開口
70第二開口
72徑向內(nèi)部肋狀間隔元件74徑向中間肋狀間隔元件76徑向外部肋狀間隔元件78離開油室的流向80示例性第四油室82扁平面板
84第四油室的第二開口的延長部86第四油室的第一第一開口87第四油室的第二第一開口88第四油室的第三第一開口90示例性第五油室92環(huán)形底板94徑向內(nèi)邊界壁96徑向外邊界壁98虛擬中心軸線100第五油室的內(nèi)部區(qū)域102扁平面板
110層合桿的撓曲強(qiáng)度的實(shí)例
112第一支承件
114第二支承件
116層合桿的第一層
118層合桿的第二層
120層合桿的第三層
122層合桿的第四層
124 力。
【權(quán)利要求】
1.一種油浸變壓器(10)，包括: 變壓器容器(12)， 安裝在所述變壓器容器(12)中的變壓器芯(14)， 至少一個(gè)立式中空圓柱形變壓器線圈(16，18)，其具有圍繞所述變壓器芯(14)的柱(28)而布置的至少一個(gè)軸向冷卻通道(34，36)， 其特征在于 油室(20，22，60，80，90)在所述變壓器容器內(nèi)布置在所述立式變壓器線圈(16，18)的上側(cè)，且通過將壓力施加到所述變壓器線圈上來形成用于所述變壓器線圈的線圈夾具，其中預(yù)見從所述內(nèi)室(100)通向所述變壓器線圈(16，18)的上側(cè)的至少一個(gè)第一開口(86，87，88)，以及其中預(yù)見至少一個(gè)第二開口(70)在所述油室(20，22，60，80，90)的周圍邊界(64，66，94，96)內(nèi)，其中所述至少一個(gè)第一開口(86，87’ 88)為用于油的入口端口，以及所述至少一個(gè)第二開口(70)為用于油的出口(78)端口。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的油浸變壓器，其特征在于，所述油室(20，22，60，80，90)與所述變壓器線圈(16，18)的上部軸向(40)前側(cè)在流體方面連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的油浸變壓器，其特征在于，所述變壓器線圈(16，18)的至少一個(gè)軸向冷卻通道(34，36)和所述至少一個(gè)第一開口(86，87’ 88)布置成關(guān)于其截面為一致的。
4.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的油浸變壓器，其特征在于，所述至少一個(gè)第二開口(70)從所述油室(20，22，60，80，90)以管狀方式延長(42，44)至所述容器。
5.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的油浸變壓器，其特征在于，所述至少一個(gè)第二開口(70)從所述油室(20，22，60，80，90)通向所述變壓器容器(12)的外部的冷卻系統(tǒng)(52)。
6.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的油浸變壓器，其特征在于，所述油室(20，22，60，80，90)包括環(huán)形底板(62，92)、布置在所述底板上的肋狀間隔元件(86，87’ 88)，以及在所述底板出2，92)的徑向外緣和徑向內(nèi)緣處的下邊界壁出4，66，94，96)，而所述底板(62，92)與至少一個(gè)其它元件(64，66，86，87，88，94，96) —起制造為整體部件。
7.根據(jù)權(quán)利要求8所述的油浸變壓器，其特征在于，所述肋狀間隔元件(86，87，88)在其側(cè)壁處以不同于垂直于所述底板出2，92)的平面的方式成角度地成形，使得沿所述側(cè)壁的軸向漏電距離延長。
8.根據(jù)權(quán)利要求8或9所述的油浸變壓器，其特征在于，所述整體部件由層合材料構(gòu)成。
【文檔編號】H01F27/32GK103975399SQ201280060588
【公開日】2014年8月6日 申請日期:2012年11月27日 優(yōu)先權(quán)日:2011年12月8日
【發(fā)明者】A.古斯塔夫斯森, E.維丁, J.恩格斯特雷姆, E.福斯伯格, L.E.施密特, H.布倫德 申請人:Abb 技術(shù)有限公司