CN101702511B - 一种智能油浸变压器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种智能油浸变压器，包括装有变压器绝缘油的箱体和安装在箱体内的变压器，在箱体内还安装有传感器模块和保护装置，其中，保护装置包括真空灭弧室及其操动机构和控制模块，其中，操动机构一端与所述高压套管座连接，另一端与真空灭弧室的动触头相连，而所述真空灭弧室的静触头则与变压器的高压进线端连接，所述控制模块分别与所述操动机构和所述传感器模块连接，以便将传感器模块采集到的变压器运作电参量数据进行电路运算和转换，向传配电网络的远端控制中心传输，同时在出现电路故障时向所述操动机构发出开断指令。本发明无需另设断路器柜体，可明显地减小变压器及其配套装置的安装空间，能大大缩减变压器的安装施工的环节和工作量，使变压器的安装变得方便快捷。

Description

一种智能油浸变压器

技术领域

本发明涉及一种变压器，特别涉及一种智能油浸变压器。 

背景技术

现有的市区配电网络一般由变电站级电网和配网级电网组成，配网级电网往往采用10千伏变压器，为了实现向低压用户级的电网供给电力，根据具体用电情况在配网级电网上设置多个用电点，在每个用电点上再安置配备了变压器、用于电费计量的电压/电流互感器和保护装置的电房，10千伏的高压电经过配网上的变压器降压而转化为220～380伏的市电输送给用户使用。所述的保护装置是为了在变压器受到雷电冲击、对地短路和外部电器故障短路等故障时切断供电线路以保护配网或者上一级电网不受故障的影响和破坏。现有变压器的保护装置大致有三种类型： 

第一种保护装置是采用设置在户外的分体式高压跌落开关，目的是为了隔离故障点与网络的联系。当变压器出现故障时，熔断器中的熔丝会被熔断，当一相熔丝熔断时，三相开关均会跌落。在进行修复时，需要切断上一级电网的电力供应，以致造成大面积区域停电，给居民生活和工业生产带来不便。为了尽快恢复供电，修复时间往往过于紧张，而且这种户外的熔断器一般设置在较高的支撑柱体上，因此在修复时需要爬上支撑柱，先排出故障后再更换被熔断的熔丝，工作量较大，是一种相对落后的保护模式。 

第二种保护装置是采用组合式的负荷开关结合熔丝保护，该保护装置一般设置在户内的开关柜中，既可以控制正常状态下的负荷电流启闭，也可以在发生短路故障时，通过熔丝熔断切断故障电流，实现配电网络的各种电流情况下开断的全范围的保护。但是，这种保护装置也存在维修不便，需要在上一级电网停的情况下进行电修复的缺陷，而且合闸三相同时关合，可能对电网造成较大冲击。 

第三种保护装置是可实现全范围高压保护的断路器级开关，能够开合各种性质的故障电流，因其在故障修复时只需排除故障，无需更换熔丝即可，修复的工作量小且速度较快。 

在上述第一种和第二种保护装置的使用中，当配网上某处用电点的变压器发生故障时，该处变压器的保护装置会切断电路，同时，变电站级的总开关跳闸， 一个用电点发生故障，会导致该点所在的整个配网断电，虽然，此时在变电站观测时可确定某配网发生故障，但是无法具体判明故障点的在该配网的具体位置，需要采用巡查的方式，即必须将每个用电点的变压器巡查一遍，才能确定故障位置，这样的修复办法显然既费时又费力，与我国目前所建设的智能化电网系统——安全、可靠性网络的目标极不相符合。 

上述的第三种保护装置是采用真空断路器，不但可实现分散合闸，减小负荷开关合闸时对电网的冲击，同时，还可在变电站级通过数据运算得出故障点的确切位置，省去了故障巡查的繁重而缓慢的修复环节，所以真空断路器是目前较为先进的变压器保护装置。然而，由于真空断路器一般采用真空灭弧室作为开关元件，处在空气中的三相真空灭弧室之间的绝缘间隙要求较大，导致真空断路器的体积较大，现有安装断路器的柜体体积往往达到1.0×1.0×2.2m，占用了较大的安装空间。 

上述的三种保护方式均还存在以下缺陷： 

(1)保护装置与变压器分别由不同生产厂家生产，在实际安装过程中，供电局需分别从不同的厂家购买保护装置和变压器，并在现场分别安装。由于与变压器分体的保护装置的体积较大，而城市适于安装变压器的空间有限，会导致变压器选址上的不便，而且安装过程较为复杂，还要进行复杂的调试工作，使得变压器的安装施工的工作量大大增加。 

(2)作为电费计量用的计量柜(安装有电压/电流传感器)也与变压器分体，需要占用一定的安装空间。 

(3)现有的变压器保护装置在变压器产生故障时，虽然能够开断变压器电路，但是无法实现故障的自行判断及将故障信息上报的功能，而且在变压器正常运作时，也无法向远端控制中心传送变压器运作的电参量数据，另外，远端控制中心也无法控制保护装置进行相关操作，因此现有的保护装置无法实现未来智能化电网的智能化功能。 

发明内容

本发明的第一个目的在于提供一种安装方便、节省空间的智能油浸变压器。 

本发明的第二个目的在于提供一种在第一个目的基础上实现配网全范围智能保护的智能油浸变压器。 

本发明的第一个目的通过以下的技术措施来实现：一种智能油浸变压器，包括装有变压器绝缘油的箱体和安装在箱体内的变压器，所述箱体上设有高压套管座与低压套管座，所述变压器上具有高压进线端和低压出线端，其特征在于具有保护装置，保护装置包括真空灭弧室及其操动机构和控制模块，所述真空灭弧室及其操动机构设置在箱体的内部，所述控制模块设置在箱体的外部，其中，操动机构一端与所述高压套管座连接，另一端与真空灭弧室的动触头相连，而所述真空灭弧室的静触头则与变压器的高压进线端连接，在箱体内还安装有传感器模块，所述控制模块分别与所述操动机构和所述传感器模块连接，以便将传感器模块采集到的变压器运作电参量数据进行电路运算和转换，向配电网络的远端控制中心传输，同时在出现电路故障时向所述操动机构发出开断指令。

本发明将真空断路器中的主要功能件作为变压器的保护装置以及传感器模块有机地安装在油浸变压器的箱体内与变压器组合为一体，无需另设断路器柜体，不但可明显地减小变压器及其配套装置的安装空间，有利于变压器在城市中的安装选址，而且，能大大缩减变压器的安装施工的环节和工作量，使变压器的安装变得方便快捷。 

本发明的第二个目的通过以下的技术措施来实现：在上述变压器的基础上，所述控制模块设置有数据信号分析和判断的电脑芯片，用于对接收的数据信号分析和判断变压器内部或外部的故障，向配网或者更上一级的电网远端控制中心报警，并在判断有严重故障时，向所述操动机构发出指令开断真空灭弧室。这种改进的控制模块可实现电网控制中心对变压器运作状况的远程智能化管理，为实现未来智能电网一体化的发展目标创造了良好的前提条件。 

作为本发明的一种实施方式，所述保护装置中的操动机构可采用机械弹簧操作机构或者真空永磁机构。 

本发明可做的进一步改进是：所述控制模块将传感器模块采集的电参量数据进行运算和转换后作为电费计量的基础数据输送给远端控制中心，可进一步省去变压器的计量柜，从而进一步缩小变压器及其配套机构所占用的安装空间。 

作为本发明的一种推荐的实施方式，所述传感器模块包括分别用于采集箱体内部或外部的电压、电流数据的电压互感器和电流互感器，所述高压套管座为三相套管座，所述高压套管座的内部接线端并列引出两组三相引线，其中一组三相引线穿过所述电流互感器的感应线圈连接至所述真空灭弧室的操动机构，另一组三相引线则与所述电压互感器连接，所述电压互感器和电流互感器的信号输出端分别连接至所述控制模块的信号输入端。电流、电压互感器是传感器模块的一种具 体形式，作为其它实施方式，传感器模块也可以采用现有技术中用于采集变压器运作电参量数据的其它类型的传感器。 

作为本发明的一种实施方式，所述高压套管座与低压套管座均设置在所述箱体的顶面上，所述高压套管座包括两组三相套管座，分设于所述箱体顶面的两对侧上，其中一组套管座与所述保护装置的操动机构连接，另一组套管座作为配网接线的预留端；所述低压套管座为一组三相套管座且设于所述箱体顶面的中部，该低压套管座位于所述两组高压套管座之间。 

作为基础设置，高压套管座与低压套管座分别采用三个，每个套管座上都对应设有一相接线端子，对于低压套管座，作为常规设计，还需要具有一个零相的低压套管座(中性线)；为了适应不同的配网接线方式，高压套管座的数量可根据实际情况增多或者减少。 

作为其它实施方式，所述高压套管座与低压套管座的设置位置可灵活变换，例如还可将高压套管座与低压套管座设置在箱体的侧壁上，具体位置的选择可以根据高压套管座与低压套管座和其它元器件连接时的方便难易程度进行确定。 

作为本发明的一种实施方式，所述电压互感器、电流互感器和真空灭弧室均位于所述变压器的上方，所述电压互感器通过托架固定在箱体顶部的下表面上，所述电流互感器与所述真空灭弧室相对设置，所述真空灭弧室与电流互感器均由支架承托固定。 

与现有技术相比，本发明具有如下显著的效果： 

(1)本发明是将现有真空断路器中的主要功能件-真空灭弧室及其操动机构和控制模块，与传感器模块组装在油浸变压器的箱体内，利用绝缘油的绝缘性能高于空气的特点，可大大减小每相邻两相真空灭弧室之间的绝缘间隙，缩小到30～50mm，与现有变压器、保护装置及计量装置总体体积相比，本发明的变压器与上述元器件的组合体的体积大大减小，不仅使变压器易于在城市中选址安装，而且安装施工方便快捷，施工的工作量大大减少。 

(2)控制模块可将传感器模块采集到的变压器运作电参量数据进行电路运算和转换，向传配电网络的远端控制中心传输，同时在出现电路故障时向操动机构发出开断指令。 

(3)本发明的控制模块具有数据信号分析和判断的电脑芯片，能根据接收的数据信号分析和判断变压器内部或外部的故障并向远端控制中心报警，当判断为严重故障时，向操动机构发出指令开断真空灭弧室的变压器高压电源，从而实现智 能电网一体化的管理模式。 

(4)控制模块将传感器模块采集的电参量数据进行运算和转换后作为电费计量的基础数据输送给远端控制中心，可进一步省去变压器的计量柜，从而进一步缩小变压器及其配套机构所占用的安装空间。 

(5)本发明的结构简单、容易实现，而且实用性较强，尤其适于在配电网络为35kV的领域中广泛地推广和应用。 

附图说明

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。 

图1是本发明实施例1的正视结构示意图； 

图2是实施例1的侧视结构示意图(不带箱体)； 

图3是实施例1中机械弹簧操作机构与真空灭弧室的结构示意图； 

图4是实施例1的立体结构示意图； 

图5是本发明实施例2的正视结构示意图(不带箱体)； 

图6是实施例2的侧视结构示意图； 

图7是实施例2的真空永磁机构与真空灭弧室的结构示意图； 

图8是沿图7中A-A线剖视图。 

具体实施方式

实施例1 

如图1～4所示，是本发明一种智能油浸变压器，包括装有变压器绝缘油的箱体1和安装在箱体1内的变压器2，箱体1上设有高压套管座与低压套管座7，变压器2上具有高压进线端和低压出线端，在箱体1内还安装有传感器模块和保护装置，其中，保护装置包括真空灭弧室3及其操动机构和控制模块，控制模块设置在箱体1的外部(图中未示出)，本实施例中，操动机构采用机械弹簧操作机构12(参见图3)，传感器模块采用用于采集箱体1内部或外部的电压、电流数据的电压互感器5和电流互感器4，高压套管座为两组三相套管座61、62，其中一组高压套管座61的内部接线端并列引出两组三相引线，其中一组三相引线6a穿过电流互感器4的感应线圈连接至真空灭弧室3的机械弹簧操作机构12的一端，机械弹簧操作机构12的另一端与真空灭弧室3的动触头相连，而真空灭弧室3的静触头则通过连线6b与变压器2的高压进线端连接，变压器2的低压出线端通过连 线6c与低压套管座7相连；另一组三相引线与电压互感器5连接，电压互感器5和电流互感器4的信号输出端分别连接至控制模块的信号输入端，控制模块还与机械弹簧操作机构12连接，以便将电压互感器5和电流互感器4采集到的变压器电压/电流数据等运作电参量数据进行电路运算和转换，向传配电网络的远端控制中心传输，同时在出现电路故障时向机械弹簧操作机构12发出开断指令，本实施例中，电压互感器5和电流互感器4采集的电压/电流数据通过箱体1上的接线盒8传送给控制模块。 

其中，高压套管座与低压套管座7均设置在箱体1的顶面上，高压套管座61、62分设于箱体1顶面的两对侧上，高压套管座62作为配网接线的预留端；低压套管座7为一组三相套管座且设于箱体1顶面的中部，该低压套管座7位于两组高压套管座61、62之间，低压套管座7还包括一个零相的低压套管座10。 

电压互感器5、电流互感器4和真空灭弧室3均位于变压器2的上方，电压互感器5通过托架固定在箱体1顶部的下表面上，电流互感器4与真空灭弧室3相对设置，真空灭弧室3与电流互感器4均由支架承托固定。 

与现有变压器、保护装置及计量装置总体体积相比，本实施例中的变压器与上述元器件的组合体的体积大大减小，不仅使变压器易于在城市中选址安装，而且安装施工方便快捷，施工的工作量大大减少；而且，具有现有断路器的远程控制功能。 

实施例2 

如图5～8所示，本实施例与实施例1的不同之处在于：保护装置的操动机构采用真空永磁机构13(参见图8)；控制模块设置有数据信号分析和判断的电脑芯片，用于对接收的数据信号分析和判断变压器2内部或外部的故障，向配网或者更上一级的电网远端控制中心报警，并在判断有严重故障时，向真空永磁机构13发出指令开断真空灭弧室3。 

本发明的工作过程是： 

(1)变压器处于正常工作状态：电压互感器5和电流互感器4分别采集箱体1内部或外部的变压器电压/电流数据，并将该数据信号传送给控制模块，控制模块接收后进行电路运算和转换，作为电费计量的基础数据输送给配网远端控制中心；同时向远端控制中心汇报变压器2的运行状况； 

(2)变压器产生故障时：电压互感器5和电流互感器4将故障信号传递给控制模块，控制模块分析和判断变压器内部或者外部故障，并向配网或者更上一级的 电网远端控制中心报警；并在判断有严重故障时，向真空永磁机构13发出指令开断真空灭弧室3的变压器高压电源。 

本发明实施例2在实施例1的基础上实现了配网的全范围智能保护，本实施例中这种改进的控制模块可实现电网控制中心对变压器运作状况的远程智能化管理。 

作为其它的实施方式，高压套管座与低压套管座可均设置在箱体的侧壁上，具体位置的选择可以根据高压套管座与低压套管座和其它元器件连接的方便难易程度进行设置；不仅如此，真空灭弧室、电流互感器与电压互感器的设置位置具有多种变换形式。 

传感器模块除了采用包括电流互感器与电压互感器形式的结构，还可以采用现有技术中的能够实现采集变压器运作电参量数据的其它结构的传感器。 

本发明的实施方式不限于此，根据本发明的上述内容，按照本领域的普通技术知识和惯用手段，在不脱离本发明上述基本技术思想前提下，本发明还具有多种形式的修改、替换或变更，均落在本发明权利保护范围之内。 

Claims (8)

1.一种智能油浸变压器，包括装有变压器绝缘油的箱体(1)和安装在箱体(1)内的变压器(2)，所述箱体(1)上设有高压套管座与低压套管座(7)，所述变压器(2)上具有高压进线端和低压出线端，其特征在于：具有保护装置，保护装置包括真空灭弧室(3)及其操动机构和控制模块，所述真空灭弧室(3)及其操动机构设置在箱体的内部，所述控制模块设置在箱体的外部，其中，操动机构一端与所述高压套管座连接，另一端与真空灭弧室(3)的动触头相连，而所述真空灭弧室(3)的静触头则与变压器(2)的高压进线端连接，在箱体(1)内还安装有传感器模块，所述控制模块分别与所述操动机构和所述传感器模块连接，以便将传感器模块采集到的变压器运作电参量数据进行电路运算和转换，向配电网络的远端控制中心传输，同时在出现电路故障时向所述操动机构发出开断指令。

2.根据权利要求1所述的智能油浸变压器，其特征在于：所述控制模块设置有数据信号分析和判断的电脑芯片，用于对接收的数据信号分析和判断变压器内部或外部的故障，向配网或者更上一级的电网远端控制中心报警，并在判断有严重故障时，向所述操动机构发出指令开断真空灭弧室。

3.根据权利要求2所述的智能油浸变压器，其特征在于：所述保护装置中的操动机构采用机械弹簧操作机构(12)或者真空永磁机构(13)。

4.根据权利要求3所述的智能油浸变压器，其特征在于：所述控制模块将传感器模块采集的电参量数据进行运算和转换后作为电费计量的基础数据输送给远端控制中心。

5.根据权利要求1～4任一所述的智能油浸变压器，其特征在于：所述传感器模块包括分别用于采集箱体(1)内部或外部的电压、电流数据的电压互感器(5)和电流互感器(4)，所述高压套管座为三相套管座，所述高压套管座的内部接线端并列引出两组三相引线，其中一组三相引线(6a)穿过所述电流互感器(4)的感应线圈连接至所述真空灭弧室(3)的操动机构，另一组三相引线则与所述电压互感器(5)连接，所述电压互感器(5)和电流互感器(4)的信号输出端分别连接至所述控制模块的信号输入端。

6.根据权利要求5所述的智能油浸变压器，其特征在于：所述高压套管座与低压套管座(7)均设置在所述箱体(1)的顶面上，所述高压套管座包括两组三相套管座(61、62)，分设于所述箱体(1)顶面的两对侧上，其中一组套管座(61)与所述保护装置的操动机构连接，另一组套管座(62)作为配网接线的预留端；所述低压套管座(7)为一组三相套管座且设于所述箱体(1)顶面的中部，该低压套管座(7)位于所述两组高压套管座(61、62)之间。

7.根据权利要求6所述的智能油浸变压器，其特征在于：所述电压互感器(5)、电流互感器(4)和真空灭弧室(3)均位于所述变压器(2)的上方，所述电压互感器(5)通过托架固定在箱体(1)顶部的下表面上，所述电流互感器(4)与所述真空灭弧室(3)相对设置，所述真空灭弧室(3)与电流互感器(4)均由支架承托固定。

8.根据权利要求5所述的智能油浸变压器，其特征在于：所述高压套管座与低压套管座(7)均设置在所述箱体(1)的侧壁上。

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