CN103460310B - 干式变压器加热装置和干式变压器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种干式变压器加热装置，其包括封闭的外壳(12,32,58)、至少一个设置在所述封闭的外壳中的、具有至少各一个绕组导体且具有分别包围所述绕组导体的绝缘层(60)的变压器绕组(14,34,52,54,56)。除相应的绕组导体以外，还设置其他装置，用于直接地初级输入热功率到相应的绝缘层(60)中。

Description

干式变压器加热装置和干式变压器

技术领域

本发明涉及一种干式变压器加热装置，其包括封闭外壳、至少一个设置在封闭外壳中的变压器绕组，该变压器绕组具有至少各一个绕组导体且具有分别包围绕组导体的绝缘层。本发明还涉及一种包括该干式变压器加热装置的干式变压器。

背景技术

普遍已知，在用于调节不同的网络部件的电压电平的能量分配网络中使用干式变压器。干式变压器具有例如100kVA到数十兆VA的功率范围并且被设置用于例如数kV到110kV之间的额定电压。与油浸变压器不同，在此不用液体的绝缘介质，相反地，绕组例如由固体绝缘材料-例如在树脂中浸渍、然后固化的纤维粗纱-包围。然后，在三相变压器的情况下，在变压器芯的相应支腿周围设置三个这类绕组。为了导出在运行中形成的损耗热量，尤其在温暖的工作环境下，在更大程度上需要通过绕组的冷却通道。

对于特定应用，需要封装—即在封闭外壳内设置—干式变压器。这例如对于被设置在很冷的工作环境内或者在船舶或石油钻井平台上并且防止咸海水的影响的干式变压器是这种情形。但偶尔也可能单单因为封装的机械保护作用而需要它。尤其对于被封装的变压器遭遇由使用决定的频繁停机时间的情形，可能出现变压器外壳内冷凝水的形成，这是因为变压器于是由于缺乏绕组损耗的加热影响而冷却。当封装的变压器被安装在如此冷的工作环境中，使得绕组损耗没有导致对变压器或其外壳的足够的加热，从而使露点温度不被超过时，在封装的变压器的连续运行中也可能出现冷凝水形成。在这种情形中，在停机较长时间的情况下，冷凝水积聚在外壳的内侧表面上或在绕组的表面上。

因此，为了防止变压器外壳内的冷凝水现象，通常根据要求在外壳中嵌入停机加热装置（Stillstandsheizung），例如热辐射器。热辐射器由于简化的设置而大多设置在外壳底部上的变压器芯的两侧并且具有向上定向的加热区域。其结果是，变压器芯两侧的区域得到加热并且在那避免冷凝水的形成。然而，变压器绕组和在其上面的外壳区域不是直接由加热区域覆盖，从而在那可能出现冷凝水形成，冷凝水可能不利地尤其从上面的外壳区域滴落到位于其下面的变压器绕组上。

发明内容

从该现有技术出发，本发明的任务是，说明一种避免这种现象的改善的干式变压器加热装置。所述任务通过一开始提到的类型的干式变压器加热装置解决。所述干式变压器加热装置包括封闭的外壳、至少一个设置在所述封闭的外壳中的变压器绕组，所述变压器绕组具有至少各一个绕组导体且具有分别包围所述绕组导体的绝缘层，该干式变压器加热装置的特征在于，除相应的绕组导体以外，还设置其他装置，用于将热功率直接地初级输入到相应的绝缘层中。具体地，除相应的绕组导体以外，为了将热功率输入到相应的绝缘层中，在所述绝缘层中和/或所述绝缘层的表面上设置至少一个线圈加热丝。

在本发明的范畴内外壳的名称不仅可以意味着，变压器绕组固定地设置在该外壳内，并且可随着变压器绕组运动。但同样意指，变压器绕组或者整个变压器设置在封闭空间中，所述封闭空间实际上没有直接属于变压器。所述封闭空间例如可以是船体中的闭合空间或也可以是外壳内的空间。

通过直接初级输入热功率到变压器绕组的绝缘层中，在该特别关键的区域中避免在那的冷凝水形成，这是因为在那有针对性地提供足够的加热。通过特别有利的方式，变压器绕组上方的外壳区域通过从位于其下面的被加热的绕组上升的热量一起加热，从而避免冷凝水滴落到变压器绕组上。变压器芯或变压器绕组两侧的不关键区域仅仅间接地由绝缘层上的热效应覆盖（erfassen)，从而在那可能导致冷凝水形成。然而，冷凝水的滴落是无害的，因为冷凝水的滴落在没有设置绕组的区域中发生。

根据干式变压器加热装置的一种优选的实施例，用于直接初级输入热功率到绝缘层中的装置可与变压器绕组的电运行无关地调节。这一方面不仅能够实现干式变压器加热装置作为纯停机加热装置的运行，而且能够实现干式变压器加热装置作为在变压器运行期间补充的加热装置的运行。变压器绕组是有损耗的，以至于在变压器的运行时在变压器绕组中积累热功率。根据外部温度和积累的热功率，这可能已经足够用于避免冷凝水，但必要时可能还需要干式变压器加热装置的附加的热功率。通过根据本发明的可调节性，可以如此有针对性地控制用于直接初级输入热功率的装置，使得确保高于露点的足够高的温度。

因此，依照根据本发明的干式变压器加热装置的另一种实施例，设置至少一个温度传感器以及如下装置，所述装置如此调节输入的热功率，使得绝缘层的温度高于相应的露点。与此相应地，还设置控制和/或调节装置，所述控制和/或调节装置根据特定调节特性预给定所输入的、依赖于所测量温度的热功率。用于一个或多个温度传感器的优选的设置点是变压器芯或变压器绕组上面的外壳的内壁区域，因为在那形成的冷凝水以不利的方式滴落到高电压绕组上并且在极端情形中在那例如可能导致短路或其他故障。

依照根据本发明的干式变压器加热装置的一个特别优选的扩展方案，在绝缘层的表面上设置至少一个线圈加热丝，作为用于直接初级输入热功率的装置。线圈加热丝是电导体，其在电流流经时由于其内阻相应地变热。后来将线圈加热丝施加在变压器绕组的绝缘层上并不关键，必要时为此还可以使用合适的耐温度和能导热的粘合剂。由于包围变压器绕组的绝缘层，不会预期关于变压器绕组的绕组导体的绝缘技术问题。通过这种方式，能够实现在相对于冷凝水形成特别关键的高电压绕组表面上有针对性的热量输入。线圈加热丝优选是扁平的、尤其借助大致并行的轨道间距设置在该表面上，从而可相应均匀地加热所述表面。

依照根据本发明的干式变压器加热装置的另一个扩展方案，在绝缘层内设置至少一个线圈加热丝。然后在制造该绝缘件时，所述线圈加热丝必须被插入到所述绝缘件中，但这在生产技术上不成问题，因为用于加工变压器绕组的相应卷绕机器总归可供使用。绝缘层大多由多层缠绕的、借助树脂浸渍的纤维粗纱组成，其中然后可相对接近表面地引入线圈加热丝。通过这种方式，一方面通过绝缘层保护加热丝，另一方面也确保根据要求产生的加热功率的均匀分布。至于其他，如此设置的线圈加热丝的优点相应于设置在线圈表面上的加热丝的优点。显然，也能够实现两种设置变型方案的组合或在同一高电压绕组周围设置多个线圈加热丝。

在干式变压器加热装置的进一步优选的扩展方案中，至少分段曲折地敷设至少一个线圈加热丝。这能够实现高电压绕组表面的相应区段或包围其的绝缘层的特别均匀的加热。

根据本发明还规定，相邻的线圈加热丝区段的间距在绝缘层的特定区域中被压缩，其中这不仅适用于绝缘层内的线圈加热丝而且适用于绝缘层外的线圈加热丝。因此，在更高的加热功率输入有意义的表面区域中—例如在高电压绕组的连接端处—设置具有更密集敷设的线圈加热丝的表面区域。在不太关键的区域中，不太密集地敷设线圈加热丝就足够。

依照根据本发明的干式变压器加热装置的另一个实施例，至少一个线圈加热丝与变压器绕组的绕组导体电连接。出于绝缘技术的原因，在此优选在绝缘层内设置线圈加热丝。通过这种方式，使线圈加热丝置于定义的电势上并且进一步减小至绕组导体的绝缘击穿的风险。然而，在此必须注意，被设置用于通过线圈加热丝的电流的电压源同样也必须置于导体电势上。这并不总是有利的。

因此，根据本发明的干式变压器加热装置的另一个扩展方案规定，由至少一个线圈加热丝构成电短路的回路，所述电短路的回路被如此设置，使得在变压器绕组的运行中在回路中感应电压。因此，这于是至少分段具有相应于变压器绕组的线圈导体的绕组意义。

根据本发明的另一个实施例，电短路的回路在其电阻方面可通过串联连接的电部件改变。这类部件可以是例如开关，借助其可以根据要求激活绕组。但同样可以是可变电阻或满足此目的的功率电子电路。后者特征尤其在于良好的可调节性。

根据另一个发明变型方案，规定用于产生通过至少一个加热丝的电流的电压源。根据待实现的调节功能，所述电压源可以是或者恒压源或者可调节的电压源。

根据本发明的另一个扩展方案，设置至少一个朝绝缘层定向的紫外线辐射器。所述紫外线辐射器例如设置在外壳的内侧壁上。紫外线辐射在其射到绝缘层上时直接产生进入绝缘层的热量输入。在三相变压器的情况下，在三个绕组中的每个绕组的两侧分别需要至少一个这类紫外线辐射器，即总共至少六个。

针对干式变压器加热装置所提到的优点显然也适用于封装的、包括变压器芯和干式变压器加热装置的干式变压器，其中分别在变压器芯的优选三个支腿之一周围设置至少一个变压器绕组。在设置多个变压器绕组的情况下，多个变压器绕组连同附属的变压器芯设置在共同的外壳中，其中最后还可以设置共同的加热系统。但每个变压器绕组或包围其的绝缘层优选可设有用于输入热功率的相应装置。

据此，本发明提供的一种封装的干式变压器包括变压器芯和上文所述的干式变压器加热装置，其中分别在所述变压器芯的支腿之一周围设置至少一个变压器绕组。

附图说明

根据附图中所示的实施例详细描述本发明、其他实施方式和其他优点。

图1示出封装的第一干式变压器的截面，

图2示出封装的第二干式变压器的截面，

图3示出封装的第三干式变压器的截面。

具体实施方式

图1示出根据现有技术的封装的第一干式变压器的侧向截面10。在共同的封闭外壳12中设置干式变压器，其中设置具有标号16的变压器芯和设置在变压器芯16的支腿上方的具有标号14的变压器绕组。在外壳12的底部上干式变压器的两侧设置两个加热元件18、20，其在两个分别以参考数字22和24表示的照射区域中照射外壳12的侧向区域，但不照射位于其中的干式变压器。在所照射并因此加热的侧区域中，虽然避免了冷凝水形成，但尤其在变压器外壳的中央上部区域中、在干式变压器的正上方没有实现足够的热功率输入，从而在此发生冷凝水形成，如借助参考数字26所示的那样。这可能以不利的方式滴落在位于其下方的变压器上并且因此例如导致干式变压器的短路或故障。

图2示出根据本发明的封装的第二干式变压器的侧向截面30。在外壳32中示出具有变压器芯36和变压器绕组34的干式变压器，其中在其后还设置两个其他的不可见的变压器绕组。在变压器绕组34的表面上示出两个区域38和42，其中分别曲折地设置线圈加热丝。在第一区域38中，选择狭窄的曲折形状40，而在第二区域42中选择较宽的曲折形状44。因此，在第一区域38中，每单位面积的热功率输入相应地更高。

主要通过从绝缘层的外表面处加热的空气升起加热的变压器线圈34将所输入热功率的一部分传到变压器外壳32的位于变压器上方的顶盖部分，其然后同样被加热，如借助具有参考数字48的照射区域所示的那样。因此，尤其在变压器上方特别关键的外壳区域处实现如此高的温度，使得其温度高于相应的露点温度。在外壳内非关键且未加热的侧区域中，在具有参考数字46的相应的盖区域处示出冷凝水的形成。然而，这是无害的，因为冷凝水滴落到外壳32的没有设置变压器绕组的区域中。

图3以俯视图示出封装的第三干式变压器的截面50。在封闭外壳58中并排设置三个空心柱形的变压器绕组52、54、56，其中出于清楚的原因未示出相应的变压器芯。变压器绕组52、54、56径向向外由相应的绝缘层60包围。在所述绝缘层内以参考数字66示出多个线圈加热丝，所述多个线圈加热丝在本示例中沿着相应的变压器绕组的轴向延伸设置。显然，还可考虑横向于此的设置，尤其当应构成短路的感应回路时。借助其可能的是，在变压器运行时，在无附加的电压源的情况下，引起到绝缘层60中的热功率输入。

具有参考标记56的变压器绕组以所示的方式在侧面由红外线加热元件62照射，如借助参考标记64所示的那样。通过这种方式还能够实现到绝缘层60中的直接初级能量输入。

参考标记列表

10　　封装的第一干式变压器的截面

12　　第一封闭外壳

14　　第一变压器绕组

16　　第一变压器芯

18　　第一加热元件

20　　第二加热元件

22　　第一照射区域

24　　第二照射区域

26　　变压器绕组上方的冷凝水

30　　封装的第二干式变压器的截面

32　　第二封闭外壳

34　　第二变压器绕组

36　　第二变压器芯

38　　具有第一输入的热功率的区域

40　　以第一曲折形状的线圈加热丝

42　　具有第二输入的热功率的区域

44　　以第二曲折形状的线圈加热丝

46　　变压器绕组旁的冷凝水

48　　第三照射区域

50　　封装的第三变压器的截面

52　　第三变压器绕组

54　　第四变压器绕组

56　　第五变压器绕组

58　　第三封闭外壳

60　　绝缘层

62　　红外线加热元件

64　　第四照射区域

66　　线圈加热丝

Claims (11)

1.一种干式变压器加热装置，包括封闭的外壳(12,32,58)、至少一个设置在所述封闭的外壳中的变压器绕组(14,34,52,54,56)，所述变压器绕组(14,34,52,54,56)具有至少各一个绕组导体且具有分别包围所述绕组导体的绝缘层(60)，其特征在于，

除相应的绕组导体以外，为了将热功率输入到相应的绝缘层(60)中，在所述绝缘层(60)中和/或所述绝缘层的表面上设置至少一个线圈加热丝(40,44,66)。

2.根据权利要求1所述的干式变压器加热装置，其特征在于，用于直接初级输入所述热功率到所述绝缘层(60)中的装置能与所述变压器绕组(14,34,52,54,56)的电运行无关地调节。

3.根据权利要求2所述的干式变压器加热装置，其特征在于，设置至少一个温度传感器，以及设置用于调节所输入的热功率以使得所述绝缘层(60)的温度高于干式变压器工作环境的露点的装置。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的干式变压器加热装置，其特征在于，至少分段曲折地敷设至少一个线圈加热丝(40,44,66)。

5.根据权利要求1-3中任一项所述的干式变压器加热装置，其特征在于，相邻的线圈加热丝区段的间距在所述绝缘层的区域(38,42)中被压缩。

6.根据权利要求1-3中任一项所述的干式变压器加热装置，其特征在于，至少一个线圈加热丝(40,44,66)与所述变压器绕组(14,34,52,54,56)的绕组导体电连接。

7.根据权利要求1-3中任一项所述的干式变压器加热装置，其特征在于，由至少一个线圈加热丝(40,44,66)构成电短路的回路，所述电短路的回路被设置使得在所述变压器绕组(14,34,52,54,56)的运行期间在所述回路中感应电压。

8.根据权利要求7所述的干式变压器加热装置，其特征在于，所述电短路的回路的电阻能通过与该电短路的回路串联连接的电部件改变。

9.根据权利要求1-3中任一项所述的干式变压器加热装置，其特征在于，设置用于产生通过至少一个线圈加热丝(40,44,66)的电流的电压源。

10.一种封装的干式变压器，其包括变压器芯(16,36)和根据权利要求1至9中任一项所述的干式变压器加热装置，其中分别在所述变压器芯的支腿之一周围设置至少一个变压器绕组。

11.根据权利要求10所述的封装的干式变压器，其特征在于，所述变压器芯有三个支腿。