CN102017029B - 用于降低从环境到填充有绝缘液体的高压设备的膨胀容器中的空气输入的方法以及实施该方法的装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于降低从环境向填充有绝缘液体的高压设备的膨胀容器中的空气输入的方法，此外涉及一种用于实施所述方法的装置，该装置的结构在变压器新开动时与在变压器已开始热老化时不同。因此能够对由湿、氧加速的绝缘系统退化形成限制，进而能延长高压设备的使用寿命。根据本发明的方法的特征是，至一给定的、相对于环境压力的过压，气体从膨胀容器进入一外部缓冲腔，至一给定的、相对于环境压力的负压，气体从一外部缓冲腔进入所述膨胀容器，其中，所述缓冲腔的体积由所述高压设备中的绝缘液体的下工作温度(Tu)和上工作温度(To)来确定。

Description

用于降低从环境到填充有绝缘液体的高压设备的膨胀容器中的空气输入的方法以及实施该方法的装置
技术领域
本发明涉及一种用于降低从环境到填充有绝缘液体的高压设备的膨胀容器/油轨中的空气输入的方法。此外，本发明涉及一种用于实施该方法的装置，该装置的结构在变压器新开动/初始运行时与在变压器已开始热老化时不同。
背景技术
高压设备、例如变压器为冷却目的而填充有绝缘液体、例如矿物油。负载变化以及冷却设备功率和外部温度的波动导致明显的温度变化，进而导致油填充物的体积变化。所述油填充物由变压器箱上方的膨胀容器容纳。在该膨胀容器中油面与环境空气直接接触。相对于环境的压力平衡通过一管路来实现，所述管路在其端部利用空气去湿器和油罩封闭。当随着开始热老化而消耗变压器活性成分中的氧时以及在恢复饱和
Figure BPA00001240027300011
(新开动，修理)期间绝缘液体被脱气的情况下，附加地从环境输入空气。虽然这种相对于环境的常规封装系统在欧洲已得到证明，但由此出发的研发方向是带有空气密封功能的封装系统，主要用以使氧气不能进入，另外用以避免空气去湿装置的损耗。认为氧直接与绝缘系统的使用寿命相关。缺乏这方面的标准以及用于监测的可靠分析方法。
已知的技术方案通过隔膜替代直接的空气接触或者在膨胀容器中封闭氮或真空。这种解决方案具有以下缺点：
-高成本，特别是在更换装备/补充新设备时；
-在切断状态下更换装备；
-缺乏效果标准；
-由于技术限制而不能对氧实现希望的整体干燥。
因为氧的复杂作用仍不够明确，所以认为此前仅降低(氧)的要求是安全的。
已知在油中实现活性成分分离的技术。因此，在DE 102005054812A1中公开了一种与容器并行的管形空心体，所述空心体以液压的方式与该容器连接。其中引导一浮动设置的密封活塞，所述密封活塞在一侧被绝缘填充在容器中的、具有确定电气强度/绝缘强度的绝缘液体加载而在另一侧被在环境压力下的、具有任意电气强度的绝缘油加载，其中用作阻断液体的绝缘油位于设置在空心体上方的平衡容器中。
DE 10035947 B4公开了一种用于降低空气混合物和水对液体的污染的装置。这种装置包括：内有热源的主容器，所述热源在其下部区域中利用一管与扩张容器连接；所述扩张容器自由地通入外界环境。在纯净的液体和受热的液体之间形成一热分层的稳定层，该热分层在热源下方自发地形成在相对于下方可能被污染的冷液体的分界层上，所述液体位于主容器的下部区域、接管和扩张容器中。
这种技术具有上述缺点。
本发明的目的是，特别是利用直接的空气接触来加强膨胀容器、实现氧含量的持续降低以及来自环境的湿气输入的降低。
发明内容
因此，本发明的目的在于：实现一种与高压设备的膨胀容器连接的、不能被封断的空气缓冲腔，所述空气缓冲腔以给定的界限来限制和利用由绝缘液体系统的气体管理(Gashaushalt)引起的来自环境的空气输入，在绝缘系统开始热老化的同时消耗溶解在液体中的氧，这样便使膨胀容器中空气的氧含量降低，从而通过持续的反馈降低氧消耗以及降低湿气输入。
为了实现所述目的，考虑以下与特别是直接接触空气的膨胀容器相关的知识：
-在新开动变压器后，容器油在6周至18个月的时间段内达到空气饱和(NIS标准)。
-约32000ppm的空气氧饱和浓度保持多年，直至绝缘系统开始热退化并进行氧化反应；
-油中氧浓度的降低对膨胀容器的空气腔中的氧含量没有影响(仅在热异常时确定)，因为(氧)迅速地从环境得到补充。
所述目的通过在权利要求中给出的特征实现。在此基本构想是，使用一外部的吹吸缓冲器，该吹吸缓冲器可以与惰性气体一起使用。
根据本发明的方法的特征是，
-至一给定的、相对于环境压力的过压，使气体从膨胀容器进入一外部缓冲腔，
-至一给定的、相对于环境压力的负压，使气体从一外部缓冲腔进入所述膨胀容器，
-其中，所述缓冲腔的体积由所述高压设备中的绝缘液体的下工作温度(Tu)和上工作温度(To)来确定。
在超出所述相对于环境压力的过压时，使气体从所述缓冲腔经由一位于较小的内箱的壳体中的管口排出。
在低于所述相对于环境压力的负压时，使空气从环境经由一平衡管和一位于一较小的内箱的壳体中的管口进入所述缓冲腔中。
在一种实施方式中，为了在低于所述相对于环境压力的负压时更快、更强地降低来自环境的空气输入，将惰性气体输入所述缓冲腔中。
在另一种实施方式中，可以以下述方式改善气体管理的稳定性：在缓冲腔中确定绝对压力的上限和下限，在所述绝对压力的上、下限范围外便与环境进行压力平衡。
直接利用所述方法应用(Verfahrensanwendung)，利用惰性气体冲洗膨胀容器和缓冲腔，则特别具有优势。将氮气用作惰性气体。
通过降低在各箱中的绝缘液体的填充体积，来减小来自环境的空气输入的降低。另一方面，通过经由一集管将多个箱连接到膨胀容器的空气去湿器来增强从环境到膨胀容器中的空气输入的降低。利用不透气的缓冲袋扩大所述箱的缓冲腔，也能增强从环境到膨胀容器中的空气输入的降低。
为了证明从环境到膨胀容器中的空气输入的降低效果，测量膨胀容器中的绝对氧含量。
所述方法不仅能应用在绝缘液体与气体腔直接接触的膨胀容器中，而且能应用在具有隔膜的膨胀容器中。
根据本发明的装置包括封闭的柱形外箱，在该外箱的顶部中嵌入有一具有一顶部的、较小的第二柱形内箱。所述第二内箱向下打开并且与外箱的底部相间隔。在下部壳体区域中，一管口通入内箱的补偿腔的上部区域中。所述外箱经由一接管与膨胀容器的空气去湿器连接。从内箱的补偿腔起、向外穿过外箱的壳体引出一水平管，所述水平管以向下敞开的弯管部结束。在外箱和内箱中含有精确分配填充体积的绝缘液体，从而在外箱中形成一缓冲腔而在内箱中形成一补偿腔。在外箱上，优选在壳体的上部区域中设置一单路柱塞(Einweghahn)。在外箱的壳体上同样可以设置浮子切换器，所述浮子切换器通过一阀与惰性气体的压力容器连接。
所述两个箱的尺寸以及绝缘液体的填充体积由所选的工作温度、给定的压力和绝缘液体特性得出。
为了增大缓冲腔和补偿腔的工作体积，通过一集管使多个装置与膨胀容器的空气去湿器连接。为了增大缓冲腔，可以使所述缓冲腔与体积可变的缓冲袋连接。在集管中可内置有一压力传感器，该压力传感器与一相对于环境自由打开的阀相关联。
一种可能的设计方案中，外箱和内箱是正方体或长方体形。
在另一种设计方案中，内箱具有底部并与外箱并排设置成共用一个壁，在所述壁的下部区域中、在一给定的高度上设置一管连接部。
设有抗太阳辐射的防护装置以抵抗外界的气象条件，设有加热装置以抵抗极端的低温。
整个装置不能被封断。
根据本发明的方法和用于实施所述方法的装置具有以下优点：
-能够对由湿、氧加速的绝缘系统退化形成限制，进而能延长高压设备的使用寿命；
-溶解在液体中的氧通过流体运动而进入高压设备中，并随着绝缘系统开始热老化而被消耗，而不从外界输入新的氧；
-由例行的监测可以确定安装所述装置的时刻；所述时刻最迟应起始于绝缘系统开始热老化时；
-购置和安装成本低，无需为安装中断运行；
-可通过对膨胀容器气体的分析来跟踪/监视氧降低的效果；
-可通过绝缘液体在装置中的填充状态来改变氧降低的效果；
-通过将多个装置连接在一起和/或将装置与缓冲袋联接，实现了与膨胀容器尺寸以及氧降低效果的匹配；
-装置的使用无需维修并使膨胀容器上的空气去湿器无需工作；
-通过在低于所述相对于环境压力的负压时定量供给惰性气体，实现了更快、更强地降低来自环境的空气输入；
-变压器的开放式封装系统转变成几乎是封闭的，其中在膨胀容器中形成近似的在线平衡气体(Online-Gleichgewichtsgas)，这一点对于分析性的监测非常重要。
附图说明
下面借助附图阐述本发明。为此示出了：
图1示出连接到膨胀容器的本发明装置的示意图，
图2示出具有附加的浮体以及用于缓冲袋的接管的实施例，和
图3示出多个叠置、并排堆叠的装置的示意图。
具体实施方式
图1示出变压器膨胀容器上的本发明装置的示意图，该装置被以不能封断的方式连接。该装置包括一外部的、封闭的柱形箱1，在该箱的顶部2中居中装入一较小的、第二柱形箱3。箱1和3还可以是正方体或长方体形。内箱3不具有底部，并且与外箱1的底部间隔开，该内箱在壳体的下部部分中具有一管口4，该管口4经由一管5通入箱3的上部部分。内箱3具有自己的顶部6。
箱1的壳体在上边缘的下方具有一接管7以及一单路柱塞11。在外箱1的壳体上、在下部区域中设有一浮子切换器12，该浮子切换器12通过一阀13与惰性气体的压力容器连接。在内箱3的壳体的上部部分中装入一平衡管8，该平衡管8水平地向外穿过外箱1的壳体并向下打开。
移去箱3的顶部6，为箱1和3部分填充精确确定体积的绝缘液体14、例如变压器油，对于该绝缘液体14可以没有质量要求。因此，在外箱1中在绝缘液体14上方形成一缓冲腔15，该缓冲腔15经由空气去湿器9与膨胀容器10的空气腔连接并与该空气腔形成一个单元。在箱3中，在绝缘液体14的上方设置一补偿腔16。绝缘液体14用于阻断在膨胀容器10中的空气与环境之间的氧扩散。管5中的管口4用于负责在缓冲腔15与环境之间的自由气体交换，以使作为扩散阻断物的绝缘液体14不运动。为了加强这种作用，可将浮体17引入箱3和管5中以覆盖绝缘液体表面。为了加强扩散阻断，可将管5设计成一U管20，所述U管20具有一下开口21并进入箱1，其中在该U管中也引入有浮体17(图2)。这些浮体17例如通过在顶部2中的两个盖22填充到箱1中。在外箱1的壳体的上部部分中安装一具有封闭件的接管25用以连接缓冲袋。
两个箱1和3的尺寸以及绝缘液体14的填充体积由所选择的工作温度、给定的压力和绝缘液体特性得出。
外箱1优选在外部防止日射能量(的影响)，以便抑制绝缘液体14中的温差。此外，在极端的低温下还可以进行加热。根据本发明的装置必须水平地设置。
这样安装的箱1具有如下工作方式：
在所存在的环境压力下，在膨胀容器10中的油面位于假想的标记U和O之间时，外箱1通过集管18连接到空气去湿器9，该标记U和O对应于工作温度Tu和T0并且位于最小值/最大值内。集管18包括压力传感器23和具有通向环境的连接部的阀24。如果膨胀容器10中的油面改变，则外箱1中的油面在容器油温朝向Tu的方向降低的情况下上升，或者在容器油温朝向To的方向增加时内箱3中的油面上升。箱1和箱3的尺寸以及绝缘液体14的填充体积以下述方式计算：使得在所选的工作温度Tu和T0内，膨胀容器10中的空气压力位于给定的压力内，所述给定的压力最优地位于环境压力的自然波动范围内。
对于位于工作温度Tu到T0外的温度，环境空气进入外箱1或者空气从膨胀容器10经由箱1排出。环境压力的波动简单地通过外箱1来缓冲。
对于工作温度Tu和T0的选择，通常将(大)功率运行时容器油的最高夏季温度和最低冬季温度作为基准便足够。当温度低于Tu时可以从环境接收有限的空气输入。在溶解的状态下又消耗仅少量的氧输入。
在升温到高于温度T0时，空气又被排到环境中。因此，根据本发明在规定的压力界限之间存在一自动调节的自然系统，该系统不需要维护。为了不使极端的环境压力值与可能的工作条件的叠加导致仅由于环境压力波动产生的压力范围扩大，利用传感器23测量压力。在偏离给定的压力范围时，及时通过阀24与环境进行平衡。
在外箱1和内箱3中添加的油柱高度是用于气体、特别是用于氧的随时间改变的扩散阻断物。与外箱1中的空气缓冲并行地，在膨胀容器10中进行在空气与流体运动的容器油之间的持续气体交换。溶解的氧随着绝缘系统开始热老化而消耗活性成分。通过持续的反馈，这个进程随着膨胀容器10中的空气或者还包括缓冲腔15中的空气的氧含量的增加而降低。结果，从膨胀容器10到容器中的氧补充停止。通过扩散阻断物的质量对氧的最大降低进行限制。
在对膨胀容器10中的空气的氧含量的快速或更强烈的下降要求更高时，还能直接地利用该方法应用通过经由单路柱塞11将惰性气体引入膨胀容器10的填充管19来冲洗膨胀容器10和外箱1。
可以通过来自单路柱塞11的空气样本/空气探针(Luftproben)来监测氧含量降低的效果。
膨胀容器10中氧含量降低的效果的标准可以仅是空气腔中的绝对氧含量。通过该绝对氧含量可以推断出溶解的氧含量，但不能反向推断。
在另一种希望防止空气在低于一给定的、相对于环境压力的负压时从环境进入缓冲腔15的实施方式中，经由一阀13将惰性气体输入外箱1，该阀13通过一在外箱1的壳体上的浮子切换器12控制。在此，惰性气体输入最大可进行到达到一相对环境压力的过压时，这在最简单的情况下可以通过限时来计算。因为这样便没有空气从外界进入系统，所以不会损害空气去湿器。
针对存在脱气绝缘液体的工作状态和(系统的)新开动来实施这种实施方式。
在另一种实施方式中，当低于通过传感器23检查的、相对环境压力的负压时，可以切换阀13，而不是阀24。
对于图1中根据本发明的装置的尺寸有利的是，确定最优的标准尺寸。对于较大的膨胀容器10，可以在空气去湿器9前通过接管7将多个根据图1的装置水平和/或竖直地共同连接到一集管18(图3)。替代地或附加地，还可以通过接管25连接一缓冲袋。
一种可能的、在此未进一步示出的实施例包括，通过接管使一较大的封闭箱与膨胀容器10的空气去湿器9相连接，而一较小的第二箱具有底部并与该外箱并排设置成共用一个壁。在该共用的壁中，在下部区域中、在给定的高度上设置一管连接部。在两个箱中都含有给定填充体积的绝缘液体，从而在较大的箱中形成一缓冲腔，而在较小的箱中形成一补偿腔。在较小的箱的顶部中或壳体的上部部分中插入一平衡管，所述平衡管被弯曲并向下敞开。
根据本发明的方法还可以应用在具有隔膜的平衡容器中。
附图标记列表
1    外箱
2    顶部
3    内箱
4    管口
5    管
6    顶部
7    接管
8    平衡管
9    空气去湿器
10   膨胀容器
11   单路柱塞
12   浮子切换器
13   阀
14   绝缘液体
15   缓冲腔
16   补偿腔
17   浮体
18   集管
19   填充管
20   U管
21   开口
22   盖
23   压力传感器
24   阀
25   具有封闭件的接管

Claims (14)

1.一种用于降低从环境到填充有绝缘液体的高压设备的膨胀容器中的空气输入的方法，其特征在于，至一给定的、相对于环境压力的过压，使气体从膨胀容器(10)进入一外部的缓冲腔(15)；至一给定的、相对于环境压力的负压，使气体从外部的所述缓冲腔(15)进入所述膨胀容器(10)，其特征在于，
-其中，所述缓冲腔的体积由所述高压设备中的绝缘液体的下工作温度(Tu)和上工作温度(To)来确定；
-在超出所述相对于环境压力的过压时，使气体从所述缓冲腔(15)经由一位于较小的内箱(3)的壳体中的管口(4)通过所述绝缘液体的作用而排出，所述较小的内箱(3)嵌入外箱(1)的顶部(2)中，
-在低于所述相对于环境压力的负压时，使空气从环境经由一平衡管(8)和一位于所述较小的内箱(3)的壳体中的管口(4)通过所述绝缘液体的作用而进入所述缓冲腔(15)中，所述较小的内箱(3)嵌入所述外箱(1)的顶部(2)中。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，为了在低于所述相对于环境压力的负压时更快、更强地降低来自环境的空气输入，将惰性气体输入所述缓冲腔(15)中，最大输入至达到所述相对于环境压力的过压。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，直接利用所述方法，利用惰性气体冲洗膨胀容器(10)和缓冲腔(15)。
4.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，通过降低在所述外箱(1)和所述较小的内箱(3)中的绝缘液体(14)的填充体积，使得从环境到膨胀容器(10)中的空气输入降低得更少。
5.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，通过经由一集管(18)将多个所述外箱(1)和多个所述较小的内箱(3)连接到膨胀容器(10)的空气去湿器(9)和/或通过经由一接管(25)将一缓冲袋连接到外箱(1)的所述缓冲腔(15)，使得从环境到膨胀容器(10)中的空气输入降低得更多。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，测量集管(18)中的绝对压力，在偏离一给定的上限时通过一第一阀(24)进行与环境的压力平衡或者在偏离一给定的下限时通过所述第一阀(24)或第二阀(13)进行与环境的压力平衡。
7.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，测量所述膨胀容器(10)中的绝对氧含量，以证明从环境到所述膨胀容器(10)中的空气输入的降低效果。
8.一种用于降低高压设备的膨胀容器中的空气的氧含量的装置，所述膨胀容器的液体与气体直接接触，其特征在于，
-具有顶部(2)的、封闭的、作为第一箱的外箱(1)通过一接管(7)与所述膨胀容器(10)的空气去湿器(9)连接，
-在所述外箱(1)的所述顶部(2)中嵌入有一具有顶部(6)的、较小的、作为第二箱的内箱(3)，其中所述内箱(3)向下敞开并与所述外箱(1)的底部间隔开，所述内箱在下部壳体区域中具有管(5)的管口(4)，
-在所述内箱(3)的壳体的上部部分中插入有一平衡管(8)，所述平衡管(8)水平地向外穿过所述外箱(1)的壳体并向下敞开，以及
-在所述外箱(1)中含有具有给定填充体积的绝缘液体(14)，从而在所述外箱(1)中形成一缓冲腔(15)而在所述内箱(3)中形成一补偿腔(16)。
9.一种用于降低高压设备的膨胀容器中的空气的氧含量的装置，所述膨胀容器的液体与气体直接接触，其特征在于，
-一封闭的、较大的第一箱经由一接管与所述膨胀容器(10)的空气去湿器(9)连接，
-设有一具有底部的、较小的第二箱，该第二箱与所述第一箱并排设置成共用一个壁，在所述壁的下部区域中、在一给定的高度上设置一管连接部，
-在较小的所述第二箱的顶部中或壳体的上部部分中插入有一平衡管，所述平衡管被弯曲并向下敞开，和
-在所述第一箱和第二箱中都含有给定填充体积的绝缘液体，从而在较大的所述第一箱中形成缓冲腔而在较小的所述第二箱中形成补偿腔。
10.根据权利要求8或9所述的装置，其特征在于，在所述较大的第一箱(1)的壳体上设有一浮子切换器(12)，所述浮子切换器通过一第二阀(13)与惰性气体的压力容器连接。
11.根据权利要求8或9所述的装置，其特征在于，在所述第二箱(3)中设有浮体(17)。
12.根据权利要求8，其特征在于，所述管(5)设计成U管(20)，在所述U管的底部设有开口(21)，其中在所述U管(20)中以及在所述第一箱(1)和第二箱(3)中设有浮体(17)。
13.根据权利要求8或9所述的装置，其特征在于，为了增大所述缓冲腔(15)和补偿腔(16)的工作体积，通过一集管(18)使多个所述装置与所述膨胀容器(10)的空气去湿器(9)连接，所述集管(18)包括一压力传感器(23)和一与环境连接的第一阀(24)。
14.根据权利要求8或9所述的装置，其特征在于，为了增大所述缓冲腔(15)的工作体积，通过一接管(25)使所述缓冲腔与一缓冲袋连接。
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