CN103718258A - 用于电力变压器的安全设备和监测方法以及相关的电力变压器 - Google Patents

Abstract

一种适合于关联至填充有液体的变压器的安全设备和一种监测填充有液体的变压器的方法，在填充有液体的变压器中，设置有关联至电子单元的传感装置。传感装置适合于至少部分地浸没到液体中并且包括至少一个可移动部件，至少一个可移动部件能够由液体的运动移位；电子单元检测表示可移动部件的实际位置的信号，并且布置成基于检测到的信号加工出与变压器和/或变压器的冷却液的实际状态相关的数据。

Description

用于电力变压器的安全设备和监测方法以及相关的电力变压器

技术领域

本公开涉及一种用于相关的填充有液体的电力变压器的安全设备，一种用于监测电力变压器的相关方法，以及一种包括此安全设备的电力变压器。

背景技术

使用电感应设备，例如电力变压器，是本领域中普遍已知的，电力变压器利用电磁感应来适当地传输电力并且将电力分配到电线上。

最常见地，电力变压器包括活动零件，例如磁芯，磁芯由通过磁轭连接的一个或者更多个柱或者芯柱组成，它们一起形成一个或者更多个芯窗；对于每个相，绕芯柱布置有多个绕组，例如低压绕组、高压绕组等。

由于这些设备的固有结构特征和功能，电力变压器的重要方面涉及多个部件之间的电绝缘及其冷却，这是必须保证的，从而在不产生任何故障或者损坏的情况下提供所需电磁性能。

为此，电力变压器通常包括封闭的主箱体，封闭的主箱体填充有绝缘流体；绝缘流体通常是液体，例如精炼矿物油，其在高温下稳定并且具有极好的电绝缘性能；阻燃植物油基介电冷却剂也越来越普遍地作为矿物油的替代品。

另外，电力变压器通常设置有膨胀箱，膨胀箱通常表现为油储存柜；此储存柜位于主箱体上面并且具有对箱体中所使用的冷却流体的不可避免的体积变化进行补偿的功能，此体积变化主要由温度波动所引起。

由于绝缘液体有助于变压器的冷却并且有利于箱体内部的活动零件之间的电绝缘，绝缘液体必须在高温下长期保持稳定。

在电力变压器的工作寿命中，箱体内部可能产生气体或者存在气体，并且这是可能的问题的明显指征。

例如，气体可以是由过热或者由电弧的轰击产生的变压器内部的固体或者液体绝缘体分解/降解的结果，或者来自绝缘油本身，由于其在填充箱体之前的不充分的除气而造成。

另外，变压器液体的快速运动——也表现为急流或者流动——可能由内部电弧、短路、或者热斑所产生；这些快速运动指示可能的异常或者危险状态，并且必须予以适当重视。

为此，电力变压器装备有安全设备，例如Buchholz继电器，使得气体的产生和快速移动的存在被检测到并且尽可能减小相关的风险。

发明内容

虽然已知的解决方案以相当令人满意的方式执行这些功能，但是仍有进一步改进的需要和空间。

此需要由下述安全设备得以实现，该安全设备适合于关联至电力变压器，电力变压器包括填充有冷却液的箱体，该安全设备的特征在于其包括：

-电子单元；

-传感装置，传感装置适合于至少部分地浸没到所述冷却液中并且包括至少一个可移动部件，至少一个可移动部件能够由所述冷却液的运动而移位，所述传感装置布置成输出指示所述至少一个可移动部件的实际位置的信号，并且其中，所述电子单元布置成基于所述输出信号加工出与变压器或者变压器的冷却液的实际状态相关的数据。

此需要也通过一种用于监测以下类型的电力变压器的方法得以实现，该电力变压器包括至少部分地填充有冷却液的箱体，该方法的特征在于，所述方法包括下列步骤：

（a）提供传感装置，传感装置适合于至少部分地浸没到所述冷却液中，并且包括至少一个可移动部件（11），至少一个可移动部件（11）能够由所述冷却液的运动而移位，所述传感装置布置成输出指示所述至少一个可移动部件的实际位置的信号；和

（b）基于所述输出信号，通过电子单元加工出与变压器和变压器的冷却液的实际状态相关的数据。

附图说明

从根据本公开的安全设备和方法的一些优选的但非排它的实施方式中，具体特征和优势变得显而易见，上述实施方式结合附图仅以非限制性示例的方式示出，在附图中：

图1为示出装备有根据本公开的安全设备的电力变压器的视图；

图2为部分剖切地示出根据本公开的安全设备的第一示例性实施方式的立体图；

图3为示出图2的安全设备的一些部件的立体图；

图4为示出传感装置的可能的实施方式的立体图，该传感装置能够用在根据本公开的安全设备中；

图5为示出根据本公开的安全设备的第二示例性的实施方式的示意图；

图6为示意性地表示根据本公开的用于监测电力变压器的方法的框图。

具体实施方式

应当注意，在下列具体描述中，从结构和/或功能的角度出发，相同或者类似的部件——不管它们是否在本公开的不同实施方式中示出——具有相同的附图标记；还应当注意，为了清楚和准确地描述本公开，附图未必按照比例绘制并且本公开的某些特征可能以略微示意性的形式示出。

图1示出了示例性的电力变压器101，其包括箱体102，箱体102填充有已知类型的冷却/绝缘液体103（出于简明的目的，在下文中被称为冷却液103），例如矿物或者植物油；膨胀箱或储存柜104，其也填充有冷却液103，机械地连接至箱体102并且如图所示位于箱体102本身的顶部上。

适当的管道系统105实现了储存柜104与箱体102之间的流体连通。

如图1的示例性的实施方式所示，变压器101装备有根据本公开的至少一个安全设备100，该安全设备100例如沿着从箱体102通向储存柜104的流体路径装配在管道系统105中。

根据本公开的安全设备100包括电子单元1和传感装置10，传感装置10适合于至少部分地浸没到冷却液103中；具体地，如下文中更具体地进行描述，传感装置10包括至少一个可移动部件11，至少一个可移动部件11可由冷却液103本身的运动来移位，并且传感器10布置成输出例如为电信号的以下信号：该信号指示由于冷却液103的运动引起的可移动部件11所呈现的实际位置。

在所示出的示例性的实施方式中，传感装置10优选地包括电位计，电位计具有装配在漂浮物11内部的可移位的指针，例如由Gefran公司销售的线性位置传感器式IC（输入电路）。

例如，传感装置10能够直接浸没到冷却液103中，例如在可能发生气体聚集的管道系统105的专用空间中的冷却液103中，或者，如图5（图2）中示意性所示，传感装置10能够优选地装配到适当地成形的主体—例如成形主体20——内部，成形主体20例如沿管道系统105连接并且具有内部气体聚集空间或者室22以至少部分地填充有冷却液103，其中，传感装置10浸没在该冷却液103中。盖24连接至成形主体20的下部并且形成第二内部空间25，在第二内部空间25中有端子21，端子21连接至传感装置的输出电缆17，传感装置的输出电缆17连接在凸缘16上。

电子单元1操作性地连接至传感装置10；例如，电子单元连接至端子21（为了图示简要，未示出该连接），端子21用电线连接至传感装置10，并且电子单元1位于主体20的另一内部空间29内部，或者其能够与端子21一起位于空间25内部。电子单元1布置成基于由传感装置10产生的输出信号来加工出与变压器101和/或变压器101的冷却液103的实际状态相关的数据。

优选地，电子单元1布置成远程地传输所加工出的与变压器101和/或变压器101的冷却液103的实际状态相关的数据。

根据本公开的示例性的实施方式，电子单元1布置成至少加工出以下数据：该数据指示出从箱体102通过管道105来到储存柜104的、由安全设备100聚集的实际气体量，所聚集的气体指示出由于任何原因而产生到变压器101中的气体量。

根据本公开的另一示例性的实施方式，电子单元1布置成：如果加工出的指示变压器101中产生的气体量的数据超过预定第一阈值，则输出警报信号。此警报信号能够是任意类型的，例如声音上的或者视觉上的，直接的或者间接的，例如其能够使灯具或者警笛进行开关，或者能够通向开关，该开关随后致动灯或者警笛，并且能够以任意可能的方式（例如通过有线或者无线的方式）在本地和/或远程地进行传输。

根据另一示例性的实施方式，电子单元1布置成：如果加工出的指示变压器101中存在的实际气体量的数据超过预定第二阈值，则输出跳闸信号。此跳闸信号能够在本地和/或远程地传送至相关联的开关或者跳闸单元，相关联的开关或者跳闸单元的介入断开供给电力变压器101的电能。

根据另一可能的实施方式，电力单元1也能够布置成加工出指示冷却液103的实际流速（即这种液体的速度）的数据，并且如果加工出的指示冷却液103的流速的数据超过预定第三阈值，则输出跳闸信号。另外，此跳闸信号能够以任何方式（例如通过电缆或者无线）在本地和/或远程地传送至相关联的开关或者跳闸单元，相关联的开关或者跳闸单元的干涉断开供给电力变压器101的电力。

本领域中的普通技术人员可以理解，电力单元1能够包括任意适当的并且市售的基于微处理器的电子单元，该电子单元加工出数字数据并且输出相应的数字信号，如NXP型LPC21微处理器。

根据图2至图3中示出的另一示例性的实施方式，安全设备100包括成形主体20（其功能上与图5的主体20相同，并且还能够在结构上与图5的主体20相同或者相似），成形主体20例如由铸铝合金制成，并且被成形为连接至管道系统105并具有第一内部气体聚集空间22，第一内部气体聚集空间22适合于填充有冷却液103；在内部空间22的底部处能够设置有放油塞23。

另外，在此示例性的实施方式中，主体20例如设置有盖24，盖24成形为与主体20的上部一起形成第二内部空间25。

在内部空间22内部设置有框架26，例如（见图3）在框架26上形成有支座27，用于容置两个开关28，例如磁性开关。

每个开关28本身是已知类型的，并且例如具有位于球体（bulb）内部的磁和电接触器，其未在图中示出，并且在此情形中分别直接连接至警报电路和断开电路。

根据此实施方式，安全设备100还包括第一漂浮元件12和第二漂浮元件13，第一漂浮元件12和第二漂浮元件13两者都在结构上独立于可移动部件11并且连接至框架26；漂浮元件12和13适合于至少部分地浸没在冷却液103中并且由冷却液103移动；第一漂浮元件12操作性地耦接至第一开关28，并且当变压器101内部的冷却液103的液位超过预定第一阈值时致动第一开关28。在此实施方式中，第一开关28按照本领域中的普通技术人员可易于获得、并且因此不在文中具体描述的方案操作性地连接至警报系统。相应地，第二漂浮元件13操作性地耦接至第二开关28，并且当变压器101内部的冷却液103的液位超过预定第二阈值时致动第二开关28。第二开关28操作性地连接至断开电路，并且适合于直接地或者间接地按照本领域中的普通技术人员易于获得、因此文中未具体描述的方案将供给电力变压器101的电力断开。

根据此示例性的实施方式，安全设备100包括另一可移动元件14，例如片状元件，其例如枢转地连接至框架26，并且适合于至少部分地浸没在冷却液103中并且由冷却液103移动；此另一可移动元件14布置成检测冷却液103的实际流速是否超过预定第三阈值。具体地，另一可移动元件14例如通过开关操作性地耦接至断开电路，该开关例如为同一开关28。在实践中，当冷却液103的示例流速超过相关的预定阈值时，另一可移动元件14致动开关，例如开关28，该开关又适合于直接地或间接地按照本领域中的普通技术人员易于获得、因此在文中未具体描述的方案将供给电力变压器101的电力断开。

在实践中，在图2至3的示例性的实施方式中，安全设备100包括气体聚集Buchholz型继电器，其中，电位计装配在Buchholz型继电器的主体内部，即内部空间22的内侧，并且电子单元1与端子21一起安置在空间25内侧；第一漂浮元件12、第二漂浮元件13以及作为Buchholz型继电器的一部分的另一可移动元件14在结构上与电位计及其可移动部件11分开。

现将参照图6的示意性框图对安全设备100的操作进行更具体的描述，图6示出了根据本公开的用于监测电力变压器的示例性方法200。

具体地，一旦前述类型的电子单元1和传感装置10设置（步骤201）为浸没到冷却液103中，则在变压器的正常运行中，液态冷却剂103的任何移动会使可移动元件11随之发生移位，可移动元件11的该移位由传感装置10转换成输出电信号；基于此输出信号，电子单元加工出（步骤202）与变压器100和/或变压器100的冷却液103的实际状态相关的数据。

更具体地，如果由于任何原因而在变压器100内部形成或者出现气体，该气体试图向上逃逸并且聚集在安全设备100的主体内部，例如内部空间22的上部内部。因此，存在的气体使冷却液103的液位降低并且由此使漂浮物11移动，例如向下移动，并且还使漂浮物内部的电位计指针移动。因此，电位计连续地提供其电阻值的变化，该电阻值由相关联的电子单元1检测，并指示移动元件11所到达的实际位置且因此指示由于变压器100中实际产生的气体量而使液体到达的液位。

基于所检测到的此输出电信号，电子单元1加工出指示变压器100中产生的实际气体量的数据（步骤203）；如此，由于能够由冷却液103所到达的实际液位来连续地推导出实际气体量，所以能够关于存在多少气体以及气体随时间的变化趋势进行追踪并具有其几乎全部信息。

如果存在于变压器100中的气体量超过预定第一阈值，则根据本公开的方法在步骤204预见从而产生警报信号；如果产生在变压器100中的气体量继续增加并且超过预定第二阈值，则在步骤205处产生跳闸信号从而断开供给变压器100的电力。

具体地，根据图4至5的示例性的实施方式，当由电子单元1加工出的、指示变压器100中产生的实际气体量的数据分别超过预定第一阈值或者第二预定阈值时，即当冷却液103下降（可移动元件或指针11随之移位）到所限定的第一阈值液位以下并且进一步下降到第二预定液位阈值以下时，能够由电子单元1输出步骤204的警报信号和步骤205的跳闸信号。

根据图2至3的示例性的实施方式，除了电子单元1外、或者替代电子单元1地，步骤204的此警报信号能够由第一漂浮元件12和其相关联的开关28产生；事实上，当气体聚集时，气体使冷却液103的液位下降，此下降还首先由上方的漂浮元件12检测到；当存在的气体量使得第一漂浮元件12下降到预定第一阈值液位以下时，开关28直接或者间接地产生警报信号。

如果气体继续聚集，那么其随后由下方的第二漂浮元件13所检测；当存在的气体量使得第二漂浮元件13下降到预定第二阈值液位以下时，与第二漂浮元件13相关联的开关（同样是除了电子元件1外、或者替代电子元件1地）直接或者间接地产生步骤205的跳闸信号，这表示使供给变压器100的电力断开。

在操作中，还可能由于一些原因，例如猛烈的和突然的短路，而在箱体内产生强/快速的液体103流；液体的这种快速移动通常由于危险的或者异常的工作状态，并且因此，为了限制负面影响，限定了相关的流速限制（在文中称为“第三阈值”）。

为此，根据本公开，如果需要、并且相对于前述步骤202至205以任一顺序、或者甚至在前述步骤202至205中的任一者内，可以检测冷却液的实际流速（即其移动速度），并且如果检测到的所述冷却液的流速超过预定第三阈值，则产生相关的跳闸信号。

具体地，根据图4至5的示例性的实施方式，液体103的移动——在此情形中例如由短路产生的快速移动——使可移动元件或者指针11移位，这在端子21处产生对应的输出电信号，每个输出电信号都指示可移动元件11本身的实际位置；电子单元1检测此电信号并且布置成：另外加工出指示冷却液的实际流速的数据，并且如果所加工出的、指示冷却液的实际流速的数据超过预定第三阈值，则输出跳闸信号从而使供给变压器100的电力断开。例如，在此情形中，电子单元能够在预定时间间隔内加工出两个数字数据。如果此两个数字数据的值的差与加工它们的预定时间间隔之间的比率超过预定阈值，那么由电子单元1本身输出跳闸信号。

根据图2至图3的示例性的实施方式，同样，除了电子单元1外、或者替代电子单元1地，此跳闸信号能够由另一可移动元件14和其相关的开关（例如开关28）产生。根据此示例性的实施方式，冷却液的流速、和因此造成的急流或者移动产生移位，例如旋转，并且因此由另一可移动元件14所检测到；如果冷却液的流速超过预限定的第三阈值，那么元件14的移动使得致动相关联的开关，例如开关28，相关联的开关直接或间接地产生跳闸信号，这意味着使供给变压器100的电力断开。

在实践中，已经发现，根据本公开的安全设备100和方法200提供了这样一种解决方案：其相当简单、可靠、灵活，并且允许获得与变压器和/或其冷却液的状态相关的更多信息，特别是关于箱体内部气体的存在以及随时间变化的趋势、和箱体内部快速的液体流或者液体移动的信息。例如，能够使此信息可以在本地获得，或者甚至进行远程地传输；能够基于消费者需求很容易确定校准。

另外，如前所述，取决于消费者需求，所需的功能性能够根据主要为电子式的解决方案来实现，例如根据图4至5的实施方式来实现，其中，布置有电子单元1以加工出与变压器中存在的气体的实际量和实际趋势相关的数据、以及与液体的实际流速相关的数据，并且万一检测到的状态需要的话，则还输出干涉信号。可替代地，根据图2和3的实施方式，可以采用混合的解决方案，其中，一些功能性主要由电子单元1和其相关的电位计执行，而其它一些功能性依靠于机械或者机电部件；例如以上所述，电子单元1能够仅用于几乎连续地跟踪变压器内部的气体的存在和随时间的演变，同时漂浮元件12、13、14能用于产生指示离散状态的信号，即；实际存在的气体高于第一阈值（漂浮元件12和相关联的开关），或者高于第二阈值（漂浮元件13和相关联的开关28），或者液体流的流速超过第三阈值（第三元件14和相关联的开关28）。

此结果通过下述方案得以实现：该方案在大体上使根据本公开的安全设备100易于结合任意类型的电力变压器进行使用。

因此，本公开还包括电力变压器，电力变压器包括前述类型的、并且由随附权利要求中所限定的至少一个安全设备100。显然，单个电力变压器中能够使用超过一个安全设备100。

由此，所构想的设备和方法可容易地进行改型和变形，所有改型和变形落入由随附权利要求所具体限定的发明原理的范围内；能够执行以上公开的实施方式的任意可能的组合，并且这些组件必须认为是在本公开的发明原理内；所有的细节可以另外由技术上等同的元件所替代。例如，任一前述部件可以具有不同形状或者以不同数量进行使用，或者前述零件、元件，或者部件能够相对于彼此以不同方式连接。例如，盖24能够认为是与主体20的其余部分一体的零件，也能够是与主体20的其余部分相连接的单独零件；可移动部件11能够具有不同形状从而能够更好地检测急流的存在，或者能够将另一可移动元件（例如片状元件）添加至传感装置以用于此目的；或者如图2的可移动片14那样的可移动元件能够与图5的传感装置10相关联从而允许测量液体103的实际流速。

另外，只要所使用的材料与具体用途和目的相兼容，所使用的材料以及尺寸可以是根据需求和本领域状态的任一种；例如，多个漂浮或者可移动元件优选地全部或部分由塑料材料制成，但是可以使用任意适当的不同材料。

Claims (18)

1.一种适合于关联至电力变压器（101）的安全设备（100），所述电力变压器（101）包括填充有冷却液（103）的箱体（102），其特征在于，所述安全设备（100）包括：

-电子单元（1）；

-传感装置（10），所述传感装置（10）适合于至少部分地浸没到所述冷却液中并且包括至少一个可移动部件（11），所述至少一个可移动部件（11）能够由所述冷却液的运动而移位，所述传感装置（10）布置成输出指示所述至少一个可移动部件的实际位置的信号，并且其中，所述电子单元布置成基于所述输出的信号加工出与所述变压器或者所述变压器的冷却液的实际状态相关的数据。

2.根据权利要求1所述的安全设备（100），其中，所述电子单元布置成远程地传输所述加工出的数据。

3.根据权利要求1至2中的一项或者更多项所述的安全设备（100），其中，所述电子单元布置成加工出指示所述变压器（101）内部产生的气体量的数据。

4.根据权利要求3所述的安全设备（100），其中，所述电子单元布置成：如果指示所述变压器（101）内部产生的实际气体量的所述加工出的数据超过预定第一阈值，则输出警报信号。

5.根据前述权利要求中的一项或者更多项所述的安全设备（100），其中，所述电子单元布置成：如果指示所述变压器（101）内部产生的实际量的所述加工出的数据超过预定第二阈值，则输出跳闸信号。

6.根据前述权利要求中的一项或者更多项所述的安全设备（100），其中，所述电子单元布置成：加工出指示所述冷却液的实际流速的数据，并且如果指示所述冷却液的实际流速的所述加工出的数据超过预定第三阈值，则输出跳闸信号。

7.根据前述权利要求中的一项或者更多项所述的安全设备（100），其中，所述传感装置包括电位计。

8.根据前述权利要求中的一项或者更多项所述的安全设备（100），其中，所述安全设备（100）包括第一漂浮元件（12）和警报开关（28），所述第一漂浮元件（12）适合于至少部分地浸没在所述冷却液中并且由所述冷却液移动，所述警报开关（28）适合于当产生的所述冷却液的液位超过预定第一阈值时被所述第一漂浮元件致动。

9.根据前述权利要求中的一项或者更多项所述的安全设备（100），其中，所述安全设备（100）包括第二漂浮元件（13）和跳闸开关（28），所述第二漂浮元件（13）适合于至少部分地浸没在所述冷却液中并且由所述冷却液移动，所述跳闸开关（28）适合于当所述冷却液的液位超过预定第二阈值时由第二漂浮元件致动并且断开供给所述电力变压器的电力。

10.根据前述权利要求中的一项或者更多项所述的安全设备（100），其中，所述安全设备（100）包括另一可移动元件（14），所述另一可移动元件（14）适合于至少部分地浸没在所述冷却液中并且由所述冷却液移动，所述另一可移动元件布置成：检测所述冷却液的实际流速是否超过预定第三阈值并且致动相关联的开关，所述相关联的开关适合于断开供给所述电力变压器的电力。

11.根据前述权利要求中的一项或者更多项所述的安全设备（100），其中，所述安全设备（100）包括气体聚集Buchholz型继电器，其中所述电位计装配在所述Buchholz型继电器本身的主体内部，并且其中，所述第一漂浮元件和所述第二漂浮元件是所述Buchholz型继电器的部分并且在结构上与所述电位计分开。

12.一种电力变压器（101），包括箱体（102），所述箱体（102）至少部分地填充有冷却液（103），其特征在于，所述电力变压器（101）包括至少一个根据前述权利要求中的一项或者更多项所述的安全设备（100）。

13.一种用于监测以下类型的电力变压器（101）的方法（200），所述电力变压器（101）包括至少部分地填充有冷却液（103）的箱体（102），其特征在于，所述方法包括以下步骤：

（a）提供（201）传感装置（10），所述传感装置（10）适合于至少部分地浸没到所述冷却液中，并且包括至少一个可移动部件（11），所述至少一个可移动部件（11）能够由所述冷却液的运动而移位，所述传感装置（10）布置成输出指示所述至少一个可移动部件的实际位置的信号；和

（b）基于所述输出信号，通过电子单元（1）加工出（202）与所述变压器和所述变压器的冷却液的实际状态相关的数据。

14.根据权利要求13所述的方法，其中，所述步骤（b）包括加工出（203）指示所述变压器（101）内部产生的实际气体量的数据。

15.根据权利要求13至14中的一项或者更多项所述的方法，还包括：如果所述变压器内部产生的气体量超过预定第一阈值，则产生（204）警报信号。

16.根据权利要求13至15中的一项或者更多项所述的方法，还包括：如果所述变压器内部产生的气体量超过预定第二阈值，则产生（205）跳闸信号。

17.根据权利要求13至16中的一项或者更多项所述的方法，还包括：加工出（206）指示所述冷却液的实际流速的数据。

18.根据权利要求13至17中的一项或者更多项所述的方法，还包括：如果所述冷却液的实际流速超过预定第三阈值，则产生（207）跳闸信号。

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