專利名稱：用于浸沒式電變壓器的自保護跳閘機構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電力變壓器領(lǐng)域或用于配電變壓器領(lǐng)域；更準確地說，涉及自保護的浸沒式變壓器領(lǐng)域。
下面將回顧，浸沒式變壓器是一種把它的電繞組和磁路浸入一種裝于密封箱的礦物油之類的介電流體中進行冷卻的變壓器。當(dāng)變壓器包括一個裝于其箱中的系統(tǒng)，這個系統(tǒng)在可能導(dǎo)致箱爆炸的內(nèi)部擊穿的情況下，不提供外部能量，也能把變壓器的一次繞組從電源斷開時，就把變壓器叫作“自保護的”。作為這種擊穿的實例，可以列舉由于介電流體從密封箱泄漏的結(jié)果，流體液位反常地下降；或者介電流體的壓力過度升高。在本申請人提出的歐洲專利申請EP-A-0,653,765中，或者在其它發(fā)表文獻，例如EP-0,093,076或USP4,223,364中，描述了一個專用于多相變壓器的整個自保護系統(tǒng)的詳細實例。
上述自保護系統(tǒng)通常包括一個斷電器，在斷電器上有一個激勵器起作用，激勵器本身由一個跳閘機構(gòu)激勵，跳閘機構(gòu)包括一個對介電流體參數(shù)變化敏感的檢測設(shè)備，這些參數(shù)變化能夠表達給密封箱帶來危險的異常的可能狀態(tài)，這些參數(shù)有密封箱中介電流體的溫度-壓力或表面液位等。
本發(fā)明用于下述類型的自保護系統(tǒng)它包括一個至少對液位變化敏感的跳閘機構(gòu)，用于防止由于介電冷卻流體損失而引起的危險，舉例來說，密封箱泄漏可造成這種流體損失；從而當(dāng)這液位達到一個異常低的值時，使保護設(shè)備跳閘。
上述跳閘機構(gòu)可以是一種由一個浮體組成的機構(gòu)，該浮體由一種其密度小于介電流體密度的材料(例如聚苯乙烯)制成，因此在原則上會可靠地跟蹤流體的液位。然而，浮體設(shè)備的超時行為不會完全令人滿意。如果給定上述類型的變壓器的使用壽命為30年左右或30年以上，則必然是，浮體由于油滲透而結(jié)束其壽命，尤其如果浮體明顯多孔，則更是如此，這是由于浮體持久地經(jīng)歷加壓-降壓循環(huán)的緣故。
在這些條件下，浮體逐漸喪失其漂浮能力，這就可能導(dǎo)致保護設(shè)備提前跳閘的情況，從而總是很費錢的，因為需要人工干預(yù)去拆卸變壓器的上部，以便使其復(fù)位。
可以設(shè)想，用一些充滿空氣的不可滲透的中空容器去替換常規(guī)的浮體。然而，這種容器需要精巧地地調(diào)節(jié)保護設(shè)備的靈敏度，還難以實施，這是因為盡管它重量輕，但它必須在變壓器整個使用壽命期間，能夠耐真空(變壓器是抽真空的)和耐高壓(在工作中，變壓器的過壓可達0.2毫巴)，以及耐高溫(慣常地超過100℃)。
本發(fā)明的目的在于給自保護浸沒式電變壓器的制造者提供一種簡單而價廉的設(shè)備，這種設(shè)備對密封箱中介電冷卻流體的液位敏感，并且在這種液位有異常時，能夠保證自保護設(shè)備有效地跳閘，和在變壓器的整個使用壽命期間始終可靠。
按照這個目的，本發(fā)明的主題是一種用作內(nèi)裝設(shè)備的跳閘機構(gòu)，用于對浸沒于一個注滿介電冷卻流體的箱中的電變壓器進行自保護，其方法是在介電流體的液位出現(xiàn)異常下降時，從供電電網(wǎng)斷開變壓器一次繞組。這種設(shè)備包括一個用一個激勵器作用于其上的斷電器，而激勵器本身又由所述的跳閘機構(gòu)激勵。這種跳閘機構(gòu)的特征在于它一方面包括一個圍繞一個樞軸進行第一種轉(zhuǎn)動的杠桿，該樞軸把杠桿分成一個代表杠桿“阻力”的短臂和一個代表杠桿“動力”的長臂，在長臂的端部安裝一個具有自由進入開口的容器；和另一方面包括一個使所述容器自動裝滿介電流體的裝置，這是在裝滿密封箱時通過所述開口入的，該裝置裝于短臂的端部，用于把一個力施加于激勵器上，當(dāng)所述的力超過一個由激勵器對抗的預(yù)定阻力的閾值時，就發(fā)生所述的斷電；杠桿臂的相對尺寸和容器尺寸是這樣安排，以致于只要變壓器的箱裝滿介電流體，則容器完全浸入這流體中，并且施加于激勵器上的力小于所述的預(yù)定閾值；而如果所述流體的表面下降到一個被認為是危險地低的液位，則保持裝滿流體的所述容器達到這樣一種應(yīng)急程度，以致于在它本身重量的作用下，施加于激勵器上的力會超過所述預(yù)定跳閘的閾值。
本發(fā)明還涉及一種浸沒式電力變壓器或配電變壓器，它裝有一個包含上述跳閘機構(gòu)的自保護設(shè)備。
本發(fā)明的基本構(gòu)思歸于那種對密封箱中介電流體液位變化敏感的杠桿式跳閘機構(gòu)的設(shè)計，它不象液位隨動器，而象懸浮于較長杠桿臂端上的體積器(所謂“優(yōu)勢(advantageous)”杠桿)，并且受到來自這流體的浮力的作用。這種體積器最初是空的，隨后被來自密封箱本身的介電流體所充滿，以便能夠在密封箱被充滿時自動地完成這種充滿；該體積器為此而在一個容器中打開，該容器是裝在杠桿臂端上的。這個容器在充滿后就始終保持充滿，從而具有被浮力所平衡的大的總重量，一直到在密封箱中液位因事故而下降以后，密封箱中流體表面的應(yīng)急度導(dǎo)致產(chǎn)生一個力差，這力差使其表觀總重量按照杠桿變換比值而傳送到斷電器上，然后使所要求的保護得以實施。
根據(jù)本發(fā)明的跳閘機構(gòu)的一個關(guān)鍵性優(yōu)點歸于下述事實它試圖以簡單的方式滿足杠桿浮體中固有的明顯矛盾的約束，以便把浮體插入一個小的區(qū)域，浮體必須只占據(jù)盡可能小的空間(在這種情況下，把這個很擁擠的部分放在變壓器蓋的下面)。其原因在于或者使用懸浮浮體，以便能夠縮短支承它的杠桿臂，但在這種情況下，浮體變得太龐大，因為它需要有大的體積才能浮起；或者使用較小體積的浮體，但在這種情況下需要把它裝到一個本身變笨重的杠桿臂上，因為它需要延伸才能保持杠桿的力矩。值得強調(diào)的是，在用斷開一次繞組方法的自保護變壓器的系統(tǒng)的情況下，這一問題是特別經(jīng)常出現(xiàn)的，其原因在于通過杠桿阻力臂端加到激勵器上的跳閘力是要求很大的(1kg量級)，以避免保護設(shè)備的靈敏度太高，靈敏度太高會導(dǎo)致不必要的偶然斷電。
參考所附圖片，借助下列描述，會更清楚地了解本發(fā)明，并且本發(fā)明的其它方面和優(yōu)點也會更清楚，在附圖中

圖1以截面形式示意地說明在用介電冷卻液裝滿箱之前的浸沒式變壓器箱和根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備；圖2說明在裝滿箱時的相同箱和相同設(shè)備；圖3說明在裝滿箱后的相同箱和相同設(shè)備；和圖4說明在出現(xiàn)引起箱中所述液液位危險地下降的介電流體泄漏以后的相同箱和相同設(shè)備。
在各圖中，只說明那些對了解本發(fā)明有用的元件，并且有意擴大其尺寸，以便說明。尤其是，其中沒有示出基本電部件，它們可以是本專業(yè)技術(shù)人員熟知的任何類型的部件，同樣，也沒有詳細示出除了跳閘機構(gòu)以外的自保護設(shè)備部件這些部件的完整描述，在需要時可參閱例如上述的文獻EP0,653,765，在本描述中引入其內(nèi)容，供參考。
在各圖中，用相同的標號表示相同的元件。
圖1只示意地說明一些自保護浸沒式變壓器的常規(guī)部件，即變壓器的箱1，用虛線表示的有效部分19(其中可以識別三相變壓器的諸相的三個結(jié)構(gòu)并置部分)，和電源斷電設(shè)備5，如果出現(xiàn)一種能引起變壓器爆炸的異常，例如介電流體液位異常地下降，則設(shè)備5一定被跳閘。箱1由蓋3以密封方式封閉，裝有一個注入孔4，孔4在變壓器首次試運行之前，容許箱1用礦物油之類的介電流體完全真空充注。這個注入孔本身通常還由一個密封塞18封閉。在進行這種初始充注操作之前，先說明圖1所示的箱1。
根據(jù)本發(fā)明，在箱1內(nèi)放置一個杠桿式自保護跳閘設(shè)備，它包括下列元件-一個第一類杠桿6；-一個水平樞軸7，它通過下述方式安置它把這個杠桿6分成長度分別為“d”和“D”的兩個臂；d對應(yīng)于短臂8，構(gòu)成“阻力”臂，而D對應(yīng)于長臂9，構(gòu)成“動力”臂。
-一個容器10，裝在長臂9的端部，它具有一個自由注入開口20，并且它的重量的作用會按照杠桿的變換比值D/d而在短臂8的端部產(chǎn)生一個向上的力“F”。在這里，只在容器的上部不加上部隔板，就可提供開口20；和-一個在短臂8的端部上的推桿11，用于在操作中把力“F”加到一個對抗它的激勵器2上，對抗阻力“Fd”相當(dāng)于用來激勵部件5的所選跳閘閾值，以便從供電電網(wǎng)斷開變壓器的一次繞組。
由跳閘杠桿6、激勵器2和斷電器5形成的整個組件，構(gòu)成本發(fā)明涉及的內(nèi)裝式自保護設(shè)備。
關(guān)于跳閘杠桿6，它形成本發(fā)明的實際主題，它的尺寸特征和它的組成元件的位置是根據(jù)已經(jīng)提到過的準則來確定的，這還要在下面再說明。
自保護設(shè)備的全部組成部件都由密實材料(金屬或塑料)制成，它們在使用變壓器的整個計劃期間不會由于接觸介電流體而改變。此外，還把跳閘杠桿6及其端部容器10選擇成用一種其密度小于介電流體密度的材料制作，以便它在變壓器的正常操作中自然地處于一種穩(wěn)定的“高”位，從圖3可看出這種情況。
在組裝一個新變壓器時，箱1中沒有介電流體，杠桿6是在其長臂9側(cè)自由下垂直的，而這時推桿11則以一個空載(blank)力“Fo”作用于斷電設(shè)備2上，把“Fo”想象成容器10的無載重量乘以杠桿6的變換比值，它小于閾值“Fd”，若大于“Fd”，則斷電設(shè)備2一定跳閘。
該設(shè)備還包括一個止動器12，其作用將在下面說明。
圖2示出裝滿介電流體13時的變壓器的箱1。從儲存器14抽出這種流體，通過連接于蓋3中的孔4的管15把它送到箱1中。如圖2所示，在流體13的表面到達杠桿6的長臂9端部上的容器10以后，這個空載容器由于浮力的作用而會逐漸上升，在液面上浮動，直至它碰到處于“高”位的止動柱12為止。
圖3示出介電流體13處于它的箱內(nèi)正常體積時的變壓器箱1，在這種情況下，假定箱1是“完全裝滿或幾乎完全裝滿的”。在全部情況下，介電流體表面16都處于一種使容器10完全浸沒的最終液位。如上所述，容器10的上緣首先接觸止動器12，它可防止容器進一步上升，從而使容器只要表面16的液位到達容器的邊緣，就能通過上部注入開口20而自動地裝滿介電流體。在容器10被完全充滿以后，它的位置完全浸入和它盛裝流體相同的流體中，從而產(chǎn)生一個使推桿11最好是保持稍微阻礙激勵器2的力，并且在全部情況下，作用于激勵器上的力都小于跳閘閾值“Fd”。
圖4示出變壓器箱1，這時箱1有一事故穿孔17，并且一些介電流體已滲出箱外。這已導(dǎo)致箱內(nèi)流體13表面16液位逐漸下降，從而導(dǎo)致作用于容器10上的浮力盡可能遲地發(fā)生相應(yīng)的降低；由作用在開始顯露的短臂端的推桿11上的阻力“Fd”適度地維持激勵器。
當(dāng)容器仍然充滿流體13時，就存在一個在箱內(nèi)介電流體表面的容器應(yīng)急度；達到應(yīng)急度以后，就相當(dāng)于在浮力與容器10表觀重量之間的平衡點。超過這個點以后，由推桿11作用在激勵器2上的力“F”就開始增加。當(dāng)它達到和超過激勵器阻力“Fd”閾值的所選值時，保護設(shè)備的跳閘機構(gòu)就開始操作。這種情況可以立即發(fā)生，也可以在延遲一段確認的預(yù)警時間以后發(fā)生，以便容許為此目的而使激勵器2的觸發(fā)器(未示出)移動一段短距離。如此計算樞軸7的位置、杠桿6的雙臂的相對尺寸(確定其變換比值)和容器10的容量，以致于力“F”的強度能夠變得比跳閘閾值“Fd”大得多，并且當(dāng)介電流體表面16的液位已降至一個會產(chǎn)生變壓器爆炸的危險點時，就會超過這個閾值“Fd”。當(dāng)然，這個液位必須在設(shè)計變壓器時加以預(yù)定。
借助一個簡單的非限制性實例，選擇一種聚丙烯杠桿6，其相對密度為0.9，總長度為330mm，分配給長臂9(杠桿動力臂)的長度“D”＝300mm，且分配給短臂8(阻力臂)的長度“d”＝30mm(即變換比為D/d＝10)。容器10具有20g的重量和100cm3的常用體積，可盛裝90g礦物油。
在這些條件下，當(dāng)容器10中沒有礦物油，并且接觸容器10的箱中也沒有油時，推桿11把一個200g的空載力“Fo”作用于激勵器2上。此外，可以這樣設(shè)置跳閘機構(gòu)6，以致于只有當(dāng)推桿11的作用力超過一個800g的跳閘閾值“Fd”時，才斷開變壓器。
當(dāng)變壓器注滿油時，容器10處于一種完全浸沒狀態(tài)。如果使推桿11和激勵器2沒有相互接觸，則由推桿11作用在激勵器2上的力是零；并且該力在任何情況下都由于有利于杠桿6的長臂9的不同浮力而皆小于200g，其原因在于杠桿的密度小于它浸入其中的介電流體的密度。
另一方面，當(dāng)油位已降至相當(dāng)于圖4所示狀態(tài)的點時-其中裝滿介電流體的容器10已部分地露出，則一個由于容器10中流體13容積的表觀重量而產(chǎn)生的等于90×10＝900g的力，就被添加到一個通常在空容器情況下由推桿11作用到激勵器上的200g的力上。因此，力“F”是200+900＝1100g，從而遠高于800g的跳閘閾值“Fd”，并且因此而激勵變壓器斷電。同這時起作用的有關(guān)其它力相比，由于杠桿長臂仍部分地浸沒于介電流體中而產(chǎn)生的影響是較小的，只影響數(shù)量級的第二位。
這種用于檢測介電流體液位的設(shè)備是在它的設(shè)計、結(jié)構(gòu)和操作上都很簡單的，從而是很可靠的。在任何時候都沒有性能惡化的風(fēng)險。優(yōu)于常規(guī)浮體設(shè)備的另一優(yōu)點在于，在充注變壓器之前和之時，浮體設(shè)備使斷電設(shè)備跳閘。因此，在充注以后必須重置斷電設(shè)備；然而這是以結(jié)構(gòu)上容許存在這種可能性為條件的，否則就要提供用于在充注時在高位閉鎖浮體的裝置，而這樣作會使跳閘設(shè)備的結(jié)構(gòu)進一步復(fù)雜化。
不言而喻，本發(fā)明不限于參照附圖描述的實例，而是如果著眼于下面權(quán)利要求書給出的本發(fā)明的限定，則可引伸出許多變異或等效例。
例如，止動器12可以由蓋13本身的底部很好地組成。在這種情況下，在容器10的邊緣上，最好在杠桿的下側(cè)上，提供的一個或多個凹口，可以有利地構(gòu)成一些用于介電流體13的通道，以便當(dāng)容器處于與蓋3鄰接處時使介電流體進入容器。同樣，在靠近容器上緣的壁上開一些孔也能夠履行上述功能。
也同樣，容器10也可以不通過其頂部自動地充滿介電流體。這是因為完全有可能在容器底部開一個孔，當(dāng)充滿箱時，通過這個孔使介電流體流入；然而這個孔要在其底部放置一個止回閥，以防容器內(nèi)部隨后連通于周圍的流體介電。
因此，更一般地說，必須把這些裝置設(shè)計成容許在充注箱時使所述的容器通過它的進入開口自動地充注介電流體，以防該流體隨后經(jīng)同樣的路線離開容器。
權(quán)利要求
1.一種用于一個內(nèi)裝設(shè)備的跳閘機構(gòu)，它在萬一發(fā)生介電流體液位異常下降時，通過從供電電網(wǎng)斷開變壓器一次繞組，自動地保護一個浸沒于一個充以介電冷卻流體的箱(1)中的電變壓器(19)，該內(nèi)裝設(shè)備包括一個由一個激勵器(2)作用于其上的斷電器(5)，而激勵器(2)本身由所述跳閘機構(gòu)來激勵，其特征在于它一方面包括一個圍繞一個樞軸(7)進行第一類轉(zhuǎn)動的杠桿(6)，樞軸(7)把杠桿(6)分成一個代表杠桿“阻力”的短臂(8)和一個代表杠桿“動力”的長臂(9)，長臂的端部裝有一個有一個進入開口(20)的容器(10)，并且另一方面包括一個在箱被裝滿時容許所述容器通過所述開口(20)自動地裝滿介電流體的裝置，該裝置裝在短臂(8)的端部，用于對激勵器(2)施加一個力，當(dāng)所述的力大于一個由激勵器對抗的預(yù)定跳閘閾值時，就發(fā)生所述的斷電，杠桿臂(8，9)的相對尺寸和容器(10)的相對尺寸是這樣的，以致于只要箱裝滿介電流體(13)，容器就完全浸沒于這介電流體中，和加到激勵器上的力小于所述的預(yù)定閾值，并且如果所述介電流體的表面(16)下降到一個被認為是危險地低的液位，則仍然裝滿介電流體(13)的所述容器到達一個這樣應(yīng)急的程度，以致于在它自己重量的作用下，加到激勵器上的力超過所述的預(yù)定跳閘閾值。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的跳閘機構(gòu)，其特征在于，裝在杠桿長臂(9)端部的容器(10)是在其上部(20)開口的。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2的跳閘機構(gòu)，其特征在于，容許容器(10)在裝滿箱時通過所述的開口(20)自動地裝滿介電流體的裝置，包括一個與所述容器邊緣接合的止動器(12)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2的跳閘機構(gòu)，其特征在于，容許容器(10)在裝滿箱時通過所述的開口(20)自動地裝滿介電流體的裝置，包括一些設(shè)在所述容器邊緣的凹槽。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的跳閘機構(gòu)，其特征在于，容器(10)裝有一個在它的底部形成的進入開口；容許所述的容器通過所述的開口自動地裝滿介電流體的裝置，包括一個與所述開口相互配合的止回閥。
6.一種浸沒式電力變壓器或配電變壓器，它包括一個內(nèi)裝式自保護系統(tǒng)(6，2，5)，該系統(tǒng)在盛裝介電流體的箱(1)中的介電流體(13)的液位(16)萬一發(fā)生下降時，通過斷開電力電網(wǎng)而操作，所述的系統(tǒng)包括一個對所述液位變化敏感的跳閘機構(gòu)，其特征在于所述的跳閘機構(gòu)(6)與權(quán)利要求1中的跳閘機構(gòu)一致。
全文摘要
一種用于一個內(nèi)裝設(shè)備的跳閘機構(gòu),它在出現(xiàn)介電流體液位異常下降的情況時,將浸沒于充以介電冷卻流體的箱中的變壓器的一次繞組與供電電網(wǎng)斷開,從而自動地保護該變壓器,該內(nèi)裝設(shè)備包括一個由激勵器作用于其上的斷電器,而激勵器由跳閘機構(gòu)來激勵。跳閘機構(gòu)包括一個杠桿,當(dāng)介電流體的表面下降到一個被認為是危險的低液位時,利用杠桿加到激勵器上的力就超過一個預(yù)定跳閘閾值,從而使變壓器的一次繞組與電網(wǎng)斷開。
文檔編號H02H5/08GK1201246SQ9810964
公開日1998年12月9日 申請日期1998年6月3日 優(yōu)先權(quán)日1997年6月3日
發(fā)明者雅克·維爾德, 米歇爾·薩科蒂 申請人:法國變壓器公司