CN102468038A - 风力发电用变压器及用风力发电用变压器的风力发电设备 - Google Patents

Abstract

本发明的目的在于提供能够改善冷却性能的变压器(18)或风力发电设备(14)。为达到上述目的，本发明采用如下方式，本发明的变压器(18)容纳于风力发电设备(14)内部，具备变压器主体(1)和对变压器主体(1)的热进行散热的自冷式散热器(7)，变压器主体(1)容纳于风力发电设备(14)的内部，通过风力发电设备(14)外部的空气与自冷式散热器(7)接触，自冷式散热器(7)被冷却。

Description

风力发电用变压器及用风力发电用变压器的风力发电设备

技术领域

本发明涉及风力发电用变压器及搭载了风力发电用变压器的风力发电设备，尤其是涉及风力发电用变压器的冷却。

背景技术

风力发电设备一般在将发电电力输送到电力系统时利用变压器进行升压后输送到电力系统。而且，就现有的风力发电设备而言，将由发电机产生的电力变压、转换为能够供给到电力网的变压器等电力仪器安装在与塔(支柱)分开的建筑物内。

在此，作为现有的风力发电设备，存在例如专利文献1所记载的设备。在该专利文献1中记载有如下的风力发电设备，在塔的内部容纳变压器整体，兼用用于设置变压器的基座和用于建造塔的基座。但是，在塔的内部容纳变压器整体的情况下，在塔的内部充满由变压器产生的热，有必要提高冷却性能。

对于在塔的内部容纳变压器的风力发电设备，作为提高冷却性能的例，存在例如专利文献2所记载的设备。在专利文献2中记载了如下结构，变压器及塔的壁面包含在成为闭路的冷却回路中，使由变压器产生的热从塔的壁面排出。

另外，作为涉及普遍的变压器的技术，例如存在专利文献3所记载的变压器。专利文献3的变压器记载了如下的大楼用变压器，设置在大楼的地面，在容纳电气设备的电气室的内部容纳变压器主体，将与变压器主体连接的自冷式散热器设置在地面的屋外。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2006-9596号公报

专利文献2：日本专利第3715238号公报

专利文献3：日本特开昭63-213330号公报

如上所述，根据专利文献1记载的内容，有必要提高冷却性能。

另外，在专利文献2中，从散热量考虑，难以使用空气冷却，考虑进一步冷却从变压器主体夺热的油等的冷却介质的空气在塔的壁面成为闭路的冷却回路中循环的方式。但是在该场合，以循环塔内部的空气为介质来冷却油等的冷却介质，在冷却油等的冷却介质的能力上有限度。

而且，专利文献3只不过简单地将散热器配置在建筑物外，没有充分地考虑例如在发热性大的场合不能提高冷却效率等冷却性能的效率化。

发明内容

因此，本发明的目的在于提供能够改善冷却性能的风力发电用变压器或搭载了风力发电用变压器的风力发电设备。

为达到上述目的，本发明的风力发电用变压器容纳于风力发电设备的内部，并且具备变压器主体和对该变压器主体的热进行散热的散热器，上述风力发电用变压器的特征在于，上述变压器主体容纳于上述风力发电设备的内部，通过上述风力发电设备的外部的空气与上述散热器接触，该散热器被冷却。

另外，本发明的风力发电设备的特征在于，具备：上述风力发电用变压器；塔；能够旋转地配置在该塔的顶部的机舱；安装在该机舱上，并接受风而旋转的转动叶片；以及发电机，该发电机连接于该转动叶片，并且通过该转动叶片的旋转而使转子旋转，从而进行发电运转。

本发明的有益效果如下。

根据本发明，能够提供改善冷却性能的风力发电用变压器或搭载了风力发电用变压器的风力发电设备。

附图说明

图1是实施例1的风力发电设备的侧视图。

图2是实施例2的变压器部分的俯视图。

图3是实施例3的变压器部分的侧视图。

图4是实施例4的变压器部分的侧视图。

图中：

1、21-变压器主体，2、22-变压器箱，3、23-冷却介质，4、24-塔，5、25-上部配管，6、26-下部配管，7、27-自冷式散热器，8-冷却管道，9-吸气口，10-排气口，11-空气，12-防风板，13-塔外壁双重结构流路，14-风力发电设备，15-机舱，16-转动叶片，17-发电机，18-变压器。

具体实施方式

下面，利用附图说明实施上述的本发明的优选的实施例。下述内容始终只不过是实施例，其宗旨并不是将发明内容限定于特定状态而解释。

实施例1

下面，利用图1说明实施例1的风力发电用变压器及风力发电设备。

本实施例的风力发电设备14大致包括：在底座上建设的塔(支柱)4；配置在塔4的顶部并以塔4为支撑轴可旋转地被支撑的机舱15；安装在机舱15的前端、并接受风而旋转的转动叶片16；以及连接于转动叶片16的发电机17，并且风力发电用的变压器18如下所述，分为主体和散热器，并遍及风力发电设备14的内外而配置。

风力发电用的变压器18包括变压器主体1、上部配管5、下部配管6及自冷式散热器7，变压器主体1设置在塔4的内部。变压器主体1通过在变压器箱2内填充矿物油等的绝缘性的冷却介质3而构成，该变压器箱2构成为容纳铁心和安装在该铁心的励磁用线圈的密封容器。自冷式散热器7由在内部流动有冷却介质3的多个散热板(未图示)构成。散热板与上下配管5、6垂直地设置，并且在配管5、6的轴方向排列有多个。而且，自冷式散热器7通过上部配管5及下部配管6与变压器主体1的变压器箱2连接，并且配置在塔4的外部。

在此，将变压器主体1设置在塔4的内部，其理由如下：就变压器主体1而言，在变压器主体1的外侧安装有高压的轴套和配线，若人体接触则成为触电等灾害，同时也是变压器本身发生故障的主要原因。通过将变压器主体1设置在塔4的内部，仅使有限的技术人员接近高压部，能够防止灾害和故障。

另一方面，对于散热器而言，不具有高压部，最多是漏油程度的事故。而且，通过在变压器上安装油量计，在油量减少时发出警报，而且通过装入停止运转的控制系统，可以充分地避免事故。

另外，如本实施例，在将散热器设置在屋外的场合，需要提高耐蚀性。油式变压器的箱、罩、散热器除了设置在盐害地区(沿海岸)、特殊环境的场合之外，在室内外的情况一般均在钢板上实施涂装而提高耐蚀性。然后，在盐害地区、特殊环境的场合，根据其程度，通过钢板材质选用铁素体系不锈钢(一般熟知的SUS304等比奥氏体不锈钢容易生锈的不锈钢)、奥氏体系不锈钢、替换涂装膜的厚度或涂装的材质、对涂装底层进行锌喷镀(镀金的一种)或实施热浸镀锌等，提高耐蚀性。

接下来，说明风力发电设备14在发电运转中的动作。风力发电设备14在风速为预定的下限风速(发电开始风速或接通风速)以上且预定的上限风速(发电中止风速或断开风速)以下的场合，使转动叶片16旋转，使发电机17的转子旋转，从而进行发电运转。在风速比断开风速大的场合停止发电运转，这是为了保护风力发电设备14免受强风的影响。

在发电运转中，由发电机17发电的电力通过变压器18升压为送电用的电压，并输送到电力系统侧。即，在发电运转中通过由在变压器18内流动的电流产生的损失，在变压器18内的铁心和励磁用线圈产生热。此时，变压器箱2内的冷却介质3夺去在铁心和线圈产生的热。夺去了铁心和线圈产生的热的冷却介质3其温度上升，体积变大，因此密度变小。密度变小的冷却介质3产生向上方流动的自然对流，并经过上部配管5流入到设置在塔4的外部的自冷式散热器7的上部侧。流入自冷式散热器7的冷却介质3通过散热板由自冷式散热器7外部的空气的自然对流及在塔4的外部吹过的风的强制对流向大气散热。被大气夺热的冷却介质3其温度降低，体积变小从而密度变大，产生向下方流动的自然对流。由此，已散热的冷却介质3在自冷式散热器7内下降，并从下部配管6再回到变压器箱2。如此，在变压器主体1内的铁心和励磁用线圈产生的大部分热从在自冷式散热器7流动的冷却介质3直接排出到大气中，容纳变压器主体1的风力发电设备的塔4内的空气温度不会上升到那么高。

在此，有冷却变压器18的必要性高的场合和低的场合。来自发电机17的发电电力在风力发电的场合，与风速的大小有相互关系，风速越大，发电电力也越大。而且，在改变电压从而使在发电机17产生的电力能够供给到电力网的变压器18产生的热量之中，占大比例的线圈的发热量大体上与电力的平方成比例，因此其结果，风速越大，冷却变压器18的必要性变高，相反，风速越小，冷却变压器18的必要性变低。

而且，在本实施例中，将放出在风力发电用的变压器主体1内的铁心和励磁用线圈产生的大部分热的自冷式散热器7配置在塔4的外部，但冷却变压器18的必要性高的场合是指风速大的场合，在该场合自冷式散热器7的周围的强制对流也同时变大。因此，散热量变多，冷却效率变高。

另一方面，在冷却变压器18的必要性低的场合，风速小，自冷式散热器7的周围的强制对流也变小，由于在该场合冷却变压器18的必要性本来就低，没有特别的故障。另外，即使在该场合也会产生最低限度的自冷式散热器7外部的空气的自然对流，因此能够维持一定的冷却性能。

如上所述，根据本实施例，通过使风力发电设备14外部的空气与自冷式散热器7接触，在发热进一步提高而需要散热的场合，提高冷却效率，因此能够改善冷却性能。

另外，在本实施例中，还将自冷式散热器7配置在风力发电设备14的外部，风力发电设备14的周围的空气容易与自冷式散热器7接触，能够提高冷却性能。提高了冷却性能的结果，也能够实现自冷式散热器7的小型化。另外，由于将对变压器18的大部分热进行散热的自冷式散热器7配置在风力发电设备14的外部，因此没必要在塔4内设置换气空调设备，或者能够大幅地缩小换气空调设备。

并且，在变压器18的运转中，作为需要修理、更换的不良的代表性的主要原因，有用作冷却介质3的油的泄漏。漏油是由于变压器的结构物的板厚因腐蚀等厚度变小而变薄，并且形成孔而产生，因此在板厚薄的部分容易发生。为了容易从冷却介质3向大气传热，自冷式散热器7的板厚比变压器箱2或上下配管5、6薄，因而在自冷式散热器7发生漏油的危险性最高。在本实施例中，将自冷式散热器7配置在风力发电设备14的外部，具有能够简单地更换自冷式散热器7的优点的同时，通过使风力发电设备14外部的空气与自冷式散热器7接触，能够提高冷却效率，因此也可以将板厚设定得厚，以免产生漏油。

另外，在本实施例中作为一个例子说明了在塔4的内部设置变压器主体1的情况，若设置在机舱内部等风力发电设备的内部，则只有限定的技术人员接近高压部，能够防止灾害和故障。

实施例2

下面，利用图2说明实施例2的风力发电用变压器及风力发电设备。并且，对于与实施例1相同的内容而言，由于是重复说明，故省略说明，仅对与实施例1不同的部分进行说明。

在本实施例中，与实施例1不同的结构是，设置多个安装在塔4的外部的自冷式散热器7，将设置方向配置在成为直角的两个方向上。

在塔4的外侧流动的风的方向随时变化为各式各样。由于自冷式散热器27的散热板与上部和下部的配管5、6垂直地设置，并在配管5、6的轴方向排列多个，因此，在风与配管5、6垂直地吹时，风顺利地通过散热板之间，自冷式散热器27的冷却性能良好，但在向配管5、6的轴方向吹时，由于逆风的散热板阻碍风的流动，因此散热性能降低。

在第一实施方式中，由于自冷式散热器7的方向全部相同，因此风与配管5、6垂直地吹时，所有的自冷式散热器7的冷却性能变好，另一方面，在向配管5、6的轴方向吹时，所有的自冷式散热器7的冷却性能降低。因此，自冷式散热器7整体的散热性能根据风的方向变动得大。

对此，在本实施例中，由于自冷式散热器27以直角配置，无论从哪个方向吹风，所有的自冷式散热器27的冷却性能不会变差，能够在自冷式散热器27整体得到平均的、变化少的散热性能。

另外，即使不是直角，若将多个散热器不配置在一个方向，而是配置在多个方向，则能够在自冷式散热器7整体得到平均的、变化少的散热性能。

而且，为了在自冷式散热器7整体得到平均的、变化少的散热性能的自冷式散热器27的方向没必要一定是两方向，三个方向以上也没有问题，成为更平均化，变化少的结构。

并且，关于上述各实施例，作为设置在塔4的外部的自冷式散热器7的配置对自冷式散热器7的冷却性能产生影响的现象，除了风向外有太阳的直射日光。若直射日光射到自冷式散热器7，则来自太阳的辐射热对自冷式散热器7输入热量，在变压器的发热量加上因来自太阳的辐射而输入的热量也需要从自冷式散热器7向大气排出。因此，在风力发电设备14的外部配置自冷式散热器7的场合，自冷式散热器7的温度有可能提高相当于来自太阳的热量输入量的量。

为了防止自冷式散热器7的冷却性能的降低，防止使太阳的直射日光照到自冷式散热器7即可，有效的方法是，在北半球将自冷式散热器7配置在塔4的北侧，相反地在南半球将自冷式散热器7配置在塔4的南侧，从而使自冷式散热器7位于塔4的背阴处。

另外，与方位无关地，若在太阳和自冷式散热器7之间设置遮光板，则可以回避因上述太阳光引起的温度上升的问题。

实施例3

下面，利用图3说明实施例3的风力发电用变压器及风力发电设备。并且，对于与上述各实施例相同的内容而言，由于是重复说明，故省略说明，仅对与上述各实施例不同的部分进行说明。

本实施例的风力发电用变压器，在风力发电设备14的塔4的内部不仅设置变压器主体1，还设置自冷式散热器7。而且，冷却通道8以包围自冷式散热器7的周围的方式设置在风力发电设备14的塔4的内部，冷却通道8的下部通过吸气口(入口)9与大气相通，上部通过排气口(出口)10与大气相通。另外，在排气口10的外侧安装有防止风吹入排气口10的防风板12。

根据本实施例，由于冷却通道8能够由吸气口9和排气口10自由地出入大气，因此通过在自冷式散热器7的散热板所产生的自然对流，产生从吸气口9进入冷却通道8，在冷却通道8内向上流动于散热板之间，并从排气口10向塔4之外流出的空气11的流动。在此，在自冷式散热器7的散热板产生的自然对流是指，从自冷式散热器7的散热板夺热而变暖的大气体积变大，密度降低，从而向上方流动的流动。

另外，在排气口10的外侧安装有防止风吹入排气口10的防风板12，在塔4之外流动的风能够吹入吸气口9，但不能吹入排气口10，流动路径与上述自然对流的流动(吸气口9→冷却通道8→排气口10)一致，因自然对流产生的冷却通道8内的流速由于伴随风的强制对流而进一步加速。即，冷却介质3的热通过自冷式散热器7外部的空气的自然对流及由在塔4之外吹的风吹入冷却通道8而产生的强制对流，从自冷式散热器7直接向大气排出。

即使在该场合，在风速大、冷却变压器18的必要性高的场合，自冷式散热器7周围的强制对流也同时变大，来自自冷式散热器7的散热量变多，提高冷却效率。

因此，即使在本实施例中，通过使风力发电设备14外部的空气与自冷式散热器7接触，进一步提高发热，在需要散热的场合，由于提高了冷却效率，因此能够改善冷却性能。

另外，通过将冷却通道8的吸气口9配置在下部侧，将排气口10配置在上部侧，利用在自冷式散热器7的散热板产生的自然对流，能够产生从下部侧的吸气口9向上部侧的排气口10的流动，能够提高冷却性能。并且，在本实施例中，由于在排气口10的外侧将防风板12设置在排气口10，因此能够防止从排气口10向吸气口9流动的大气的流动，由于与自然对流的流动方向一致，能够进一步提高冷却性能。

而且，若考虑到在塔4的外侧流动的风的方向随时变化为各式各样的情况，吸气口9和排气口10优选设在塔4的多处，而不是设在塔4的一处。

并且，在上述各实施例中，说明了变压器主体1配置在塔4的内部，并且塔4外部的空气与自冷式散热器7接触，从而自冷式散热器7被冷却的情况，但这只不过是实施例，只要构成为风力发电设备外部的空气与自冷式散热器7接触，例如代替塔4而在机舱15的内部配置变压器主体1，并且机舱15外部的空气与自冷式散热器7接触，从而自冷式散热器7被冷却的情况等，显然可以得到同样的效果。

实施例4

下面，利用图4说明实施例4的风力发电用变压器及风力发电设备。并且，对于与上述各实施例相同的内容而言，由于是重复说明，故省略说明，仅对与上述各实施例不同的部分进行说明。

根据本实施方式的风力发电用变压器，在风力发电设备14的塔4的内部容纳变压器主体21，将该塔24的外壁形成为双重结构，形成上下方向相通的塔外壁双重结构流路13。由此，塔24的外壁之中，内壁面侧包含在塔外壁双重结构流路13中。而且，利用上部配管25及下部配管26连接该塔外壁双重结构流路13和变压器主体21的箱22。

根据上述结构，变压器箱22内的冷却介质23夺去由铁心和线圈产生的热，温度上升，密度变小。密度变小的冷却介质23通过上部配管25流入到形成于塔24的外壁的双重结构的塔外壁双重结构流路13的上部。在双重结构的塔外壁双重结构流路13的外侧流动有在塔24的外部吹的风，通过冷却介质23与塔24的内壁面接触，通过壁面向大气散热。向大气散热的冷却介质温度降低，密度变大，从而从双重结构的塔外壁双重结构流路13下降，从下部配管26流回变压器箱22。因此，在变压器主体1产生的大部分热由在双重结构的塔外壁双重结构流路13流动的冷却介质23通过塔24的外壁直接排出到大气中。因此，容纳变压器主体21的风力发电设备的塔24内的空气温度不会上升到那么高，因此能够改善冷却性能。改善了冷却性能的结果，例如能够大幅地缩小塔的换气空调设备，或能够省略。另外，根据本实施例，即使没有自冷式散热器也可以实现冷却介质23的冷却，可以大幅地减少成本的同时，可以实现小型化。

并且，在本实施例中，说明了变压器主体1配置在塔4的内部，在自冷式散热器7塔4的内壁面成为塔外壁双重结构流路13的情况，但这只不过是实施例，例如代替塔4，或在塔4的基础上加上机舱15的内壁面成为塔外壁双重结构流路13的场合等，只要制冷剂通过变压器内，并且还通过与构成风力发电设备的壁面之中的内壁面侧接触的流路，显然可以得到同样的效果。

另外，在上述各实施例中，还具备测量风向的风向测量仪，根据测量的风速将散热器移动到回避下风的位置也可。在该场合，总是得到高的冷却性能，更为有用。

Claims (14)

1.一种风力发电用变压器，容纳于风力发电设备的内部，并且具备变压器主体和对该变压器主体的热进行散热的散热器，上述风力发电用变压器的特征在于，

上述变压器主体容纳于上述风力发电设备的内部，通过上述风力发电设备的外部的空气与上述散热器接触，该散热器被冷却。

2.根据权利要求1所述的风力发电用变压器，其特征在于，

上述散热器配置在上述风力发电设备的外部，并且利用上述风力发电设备的外部的空气进行冷却。

3.根据权利要求2所述的风力发电用变压器，其特征在于，

该风力发电用变压器在设置于北半球时配置在北侧，在设置于南半球时配置在南侧。

4.根据权利要求2或3所述的风力发电用变压器，其特征在于，

上述散热器具有多个，并且配置在上述风力发电设备的外部的多个方向。

5.根据权利要求4所述的风力发电用变压器，其特征在于，

上述多个散热器配置在直角方向。

6.根据权利要求1所述的风力发电用变压器，其特征在于，

冷却上述散热器的上述风力发电设备的外部的空气通过的流路设在该风力发电设备的内部，

上述散热器容纳在该风力发电设备的内部，并配置在设于该风力发电设备的内部的使上述风力发电设备的外部的空气通过的流路上。

7.根据权利要求6所述的风力发电用变压器，其特征在于，

上述流路的出入口配置在上下方向。

8.根据权利要求7所述的风力发电用变压器，其特征在于，

在上述流路的出入口之中，在上侧的出入口配置有防风板。

9.一种风力发电用变压器，容纳于风力发电设备，其特征在于，

制冷剂通过该变压器内，并且该制冷剂还通过与构成风力发电设备的壁面之中的内壁面侧接触的流路。

10.根据权利要求9所述的风力发电用变压器，其特征在于，

在上述变压器上的上述制冷剂的出入口配置在上下方向。

11.根据权利要求9或10所述的风力发电用变压器，其特征在于，

在上述风力发电设备的内壁面上的上述流路配置在上下方向。

12.一种风力发电设备，其特征在于，具备：

权利要求1至11中任一项所述的风力发电用变压器；

塔；

能够旋转地配置在该塔的顶部的机舱；

安装在该机舱上，并接受风而旋转的转动叶片；以及

发电机，该发电机连接于该转动叶片，并且通过该转动叶片的旋转而使转子旋转，从而进行发电运转。

13.根据权利要求12所述的风力发电设备，其特征在于，

该风力发电设备还具备测量风向的风向测量仪，上述风力发电用变压器能够驱动到回避下风的位置。

14.一种风力发电设备，其特征在于，具备：

权利要求2至5中任一项所述的风力发电用变压器；

塔；

能够旋转地配置在该塔的顶部的机舱；

安装在该机舱上，并接受风而旋转的转动叶片；

发电机，该发电机连接于该转动叶片，并且通过该转动叶片的旋转而使转子旋转，从而进行发电运转；以及

覆盖上述风力发电用变压器的遮光板。

Images