CN104025216A - 高压变压器模块 - Google Patents

Abstract

本发明涉及高压变压器模块(10，40，60，92，94)，其包括具有至少一个绕组(12，48，62，100)的变压器芯。变压器芯(102)固定地集成在具有布置为方形的角点的机械支承结构中，其中角点实施为负载卸除点(16，44，46，66)并且对应于CSC容器的尺寸布置。

Description

高压变压器模块

技术领域

本发明涉及高压变压器模块，其包括具有至少一个绕组的变压器芯和具有高压变压器模块的电气能量系统。

背景技术

众所周知，高压变压器例如在110kV或380kV的电压范围中并且在100MVA及更高的功率范围中，不但为复核目的而且在完成可能的维护或修理工作之后还有紧接着在其制造后密集地测试，以便于确保其在接下来的运行时期期间没有问题地工作，其通常是多年。不但使用固定的试验站而且使用移动的试验站。构造后者尤其是用于现场检验变压器，在这之后拆卸并且输送到下个使用地点。此外如果输送并且构造移动试验站大多与非常高的花费相关，则这仍然大多比将具有例如200t的重量的变压器输送到固定试验站的花费更少。此外有利的是，还显著减少了处于检验中的变压器的停机时间。

在此不但使用了DC试验站还使用了AC试验站，用该试验站可以设立相应检验条件。尤其是AC试验站必须能够在较长的（经常延续多个小时）时期上提供具有可变电压和可变频率的高电气检验功率，例如用于持久负荷测试或短路测试。除了如例如逆变器和整流器的功率电气组件以外通常还需要检验变压器，以便于例如由变流器产生的交流电压转化为对检验需要的电压水平或还有，以便于可使用供电源的电压匹配到逆变器。

这样的变压器由于高需要的最大检验功率（例如20MVA并且更高）是很大的大小和很大的重量（例如15t）的组件。不利的是，此类变压器的输送实现为专门输送，例如在低架装载机上，并因此尤其是时间和花费密集的。此外此类检验变压器现场的构造、装配和调试与很大的时间和后勤花费相关。

发明内容

从现有技术出发本发明的任务在于，给出高压变压器或者相应电气能量系统，其特别简单地输送并且在现场安装。

该任务通过开始提及类型的高压变压器模块来解决。该高压变压器模块特征在于，变压器芯固定地集成在具有布置为方形的角点的机械支承结构，其中角点实施为负载卸除点并且对应于CSC容器的尺寸布置。

本发明的基本思想一方面基于，由尽可能少并且标准化的模块构造用于高压变压器的试验站系统，该模块可以简单地输送并且在现场例如通过相应电气插拔连接简单地接线成完整试验站系统。为简化视为试验站系统的基本组件的输送高压变压器模块，将支承结构的角点匹配到根据CSC(用于保存容器的国际惯例)的标准容器的角点的标准化的栅格尺度（Rastermaß）。CSC容器具有例如宽度2.438m，高度2.591m并且长度6.058m或者12.192m的标准化的尺寸。容器的八个角点同时为其负荷点，通过该负荷点卸去向下的重力或者重力由位于其上的容器承受。

机械支承结构实现为例如由适合截面的不锈钢管剖面组成的支架，其中在优选的变型方案中变压器则可以中心地布置。变压器不但可以集成在已支承的支架中，例如其方式为它借助于螺纹或压合连接固定在支架的为此设置的支点上。而且还有可能的是，尤其是在变压器的大小接近容器的大小时，因此宁愿较小的支架自身实施为变压器的集成部分。

因此根据本发明的高压变压器模块可（如标准容器）集成在任意容器堆中并且与其一起例如在船上输送。而且用于标准容器的多个其他输送可能性如例如火车或LKW有利地展示用于高压变压器模块，以便以此方式大大简化其输送。

此外在现场安装高压变压器模块通过其中永久集成变压器的机械支承结构大大地简化。为了确保安全的状况，例如通过由混凝土组成的适合的基座部分仅提供四个下面负载卸除点用于支撑。上面四个负载卸除点在装配时用作例如保持孔眼用于由吊车通过绳索吊起。将具有芯和绕组的变压器布置支承结构中在此如此实施，确保其安全运行的隔离技术在支承结构中，其固然根据本发明的高压变压器模块的固定组成部分。尤其是在此保持到变压器的电气连接的受隔离技术限制的最小间隔。相应于高压变压器模块的实施变型方案变压器实施为用于例如到30kV、60kV或还甚至到110kV的电压范围的干式变压器。在此不但可设想1相，3相实施而且可设想专门构造（如电位分离器或类似的）。

根据依照本发明的高压变压器模块另外的扩展方案形式此外角点实施为标准容器角，因此具有尤其是相应孔径和内空腔，以便实现例如相互邻近的容器角的相互支住。

按照根据本发明的高压变压器模块的特别优选的实施形式从角点延展的面构成壁，以便形成具有内部空间的类似容器的贮藏器。由此提供尤其是用于高压变压器模块的输送保护，从而进一步简化高压变压器模块的输送。而且这种壁还用于在运行时保护。可选地设置到类似容器的贮藏器的内部的进入可能性（例如门），以便于实现维护。此外在这里变压器如此设计并且在贮藏器内如此布置，使得在可用壁的情况下确保安全运行的隔离技术。变压器的电气连接然后借助于合适的套管，例如通过侧壁，向外引导。此外相应隔离的线缆的直接套管是可能的，其中然后优选地各自可抽拔的线缆环可在贮藏器内部中保持。

为了确保具有存在的容器输送系统的根据本发明的高压变压器模块的完全兼容性，优选地贮藏器实施为对应CSC的容器。

跟随另外的本发明变型方案壁至少局部地分别实施成双层壁。从而进一步提高壁保护功能，以便还在损伤壁的情况下通过第二壁提供保护。

根据本发明跟随另外的变型方案在内部空间中设置至少一个横向壁，通过该横向壁内部空间分成至少第一和第二内部空间，其中具有绕组的变压器芯布置在第一内部空间中。将公共内部空间划分成第一和第二内部空间实现例如高压变压器模块中总的系统的另外的组件的集成，该组件然后有利地通过横向壁与变压器分开地布置在第二内部空间中。然而这个实施变型方案仅在较小变压器功率的情况下可能，其中仍有在类似容器的贮藏器的内部空间中相应位置供使用。

跟随特定实施变型方案共同的内部空间或者第一内部空间（其根据变压器的变型方案布置）实施为严密地密封。这也就是实现了用变压器油填充有关内部空间，以便位于其中的变压器最后构成油式变压器。这是由于尤其是在比先前提出的关注电压更高的情况下（例如在110kV以及更高的情况下）油的绝缘体特性。第一内部空间然后用作变压器箱并且还对应于油变压器的箱设计为例如具有屏障，其中然后还需要优选地要在现场安装的端部引线。同样用油装填箱应优选地在现场进行，以便于使输送重量不太大。出于安全原因分别用油填充或者要填充的内部空间应由双壁包围。

对应于根据本发明的高压变压器模块的另外的变型方案在内部空间或者第二内部空间内设置与变压器的至少一个绕组电连接的电气开关设备。而且可选地在内部空间或者第二内部空间内还设置至少一个与至少一个绕组电连接的逆变器-和/或整流器。两种实施形式显然仅在容器或者类似容器的贮藏器内还足够的位置提供的情况下，因此例如在仅少量MVA的变压器功率的情况下展示。以这种方式有利地模块化总的系统的其他组成部分集成在高压变压器模块中并且如此减少所需总的模块的数量。

根据优选的本发明变型方案在内部空间或者第一和/或第二内部空间内设置具有至少一个热交换器的冷却系统，其中此外设置运动设备，借助于运动设备至少一个热交换器可从内部空间之一内的输送位置运动到至少部分地位于外部的工作位置。

变压器在其运行时产生电气损失功率，其导致容器中的热量进入。尤其是在变压器布置在封闭的类似容器的贮藏器中的情况下这快速导致在贮藏器内的不允许的高温度上升。这个效果还由贮藏器内的其他产生损失热量的组件来促进，尤其是还由具有其功率电子学的变流器栅栏来促进。因此在运行中产生的损失热量的散发的问题特别重要。

对应于本发明变型方案冷却系统的根据本发明的优点在于为输送目的热量交换器在高压变压器模块内的特别节约位置并且紧凑的布置，其中为了运行高压变压器模块热量交换器至少部分地从高压变压器模块运动出来。由于与周围空气的于是提高的接触面实现冷却系统的显著提高的效率。优选地这种冷却系统实施为具有冷凝器和蒸发器的封闭的冷却循环，其中一个或甚至多个蒸发器通过蒸发冷却液吸收在高压变压器模块的内部中的热能量并且在可从中运动出来的冷凝器交出。这种冷凝器布置在例如试验站模块的上区域中并且可类似抽屉地从试验站模块通过各自的开口移出。通过指向在冷凝器的表面上的风扇这种冷却系统的效率还可按需要提高。

根据高压变压器模块的优选的变型方案在至少一个壁中设置至少一个可借助于盖板关闭的凹口。凹口用作尤其是高压变压器模块的电气供应线路或接线的套管，以便高压变压器模块可没有问题地与总的系统的另外的模块电气连接。盖板用于在输送时保护。在现场安装后不再要求保护并且盖板可以移除，以便展开凹口。通过凹口于是可以引导按需要使用技术人员已知的相应的电气套管或者直接的相应隔离的接线线缆。而且还可以使用例如用于相应电气接线的夹板，夹板在输送期间会安放在容器的内部并且已经具有例如到变压器的所有后方的模块内部的连接。以这种方式不但确保在接线点没有毁坏断面的安全输送而且确保高压变压器模块与另外的模块的简单接线。

本任务还通过电气能量系统来解决，该电气能量系统是模块化构造并且具有至少一个根据本发明的高压变压器模块。如开始提及的，优选地通过使用容器或类似容器的贮藏器作为壳体模块化构造实现简单输送和在现场没有问题地构造，这尤其是因为系统组件布置在容器内的固定位置。组件在容器内已经固定地接线在其固定位置，使得仅还有模块要这样地接线。此外模块化实现按需要多个标准化的并基于容器的系统模块（如例如还有变流器模块）电气联接到电气能量系统。因此例如模块化电气能量系统的功率可通过实现另外的基于容器的系统模块相应升高。

优选地模块化电气能量系统是用于功率变压器的试验站系统，为此还规定，电气供电源的预定电压转化为具有可变高度和频率的检验电压(一相或甚至三相)。而且基于容器的模块化电气能量系统自然还适用于其他应用目的，例如还作为用于风电场或者甚至离岸风电场的能量系统。其具有变压器和变流器的容器实施中的高压变压器模块例如可容易地如此构想，高压变压器模块适合作为变换器/变流器用于风电站。用于风电站的这种变流器的任务为将产生的可变电压变换为定义的供应电压，并且借此最后可与试验站系统的任务非常相同。如此实施的根据本发明的高压变压器模块的优点（即其简单的可输送性和在现场装配）在建立风电场时同样是最重要的，使得本发明还可以在该领域中有利地使用。

其他有利扩展方案可能性可从其他从属权利要求得到。

附图说明

根据在附图中示出的实施例本发明会更详细地描述另外的实施形式和另外的优点。

其示出:

图1示出第一示范高压变压器模块，

图2示出第二示范高压变压器模块，

图3示出第三示范高压变压器模块，

图4示出高压变压器模块的堆叠以及

图5示出具有绕组的第四变压器芯。

具体实施方式

图1以剖面平面图示出第一示范高压变压器模块10。变压器12固定地集成在类似支柱的机械支承结构14中并且由该支承结构支承。支承结构14伸展到四个下负载卸除点16并且到四个另外的未示出的上负载卸除点，该负载卸除点总体布置成长方体形式。长方体形式对应于40英尺标准容器的外部尺寸，使得高压变压器模块10可集成在具有CSC容器的堆中。

负载卸除点之间的面区域双层壁地形成壁18，20，使得形成具有内部空间的类似容器的贮藏器。此外在侧壁之间设置双层壁的内横向壁24，26，使得形成双层壁包裹的严密地密封的第一内部空间36和与其相邻的第二内部空间38。其中布置变压器12的第一双层壁包裹的内部空间36填充油的并且在第二内部空间38中布置三相电气开关设备32。该开关设备通过电连接导体34与变压器12相连，其中该电连接导体34借助于严密地密封的套管28通过内横向壁24，26引导到第一填充油的内部空间36。套管对应于其实施对技术人员已知的套管。开关设备32此外借助于三个电连接导体34与位于类似容器的贮藏器之外的其他容器模块相连，其中该导体通过相应套管引导到外正面壁。

图2以三维原理图示出第二示范高压变压器模块40，其中出于清楚的原因将省略机械支承结构的表示。四个下44和四个上46负载卸除点形成虚线表示的方形类似容器的贮藏器50的角点，该贮藏器具有标准容器的尺寸。作为立方形表示的负载卸除点44，46由铸铁形成并且在其三个位于外面的侧面具有相应的孔径，该孔径通到相应的立方体的内空腔中。因此例如在输送期间为安全目的，彼此相邻的容器角分别良好地在孔径处彼此相连。示出变压器48在类似容器的贮藏器50内中心布置并且由在这未示出的支承结构保持。变压器48在这个示例中是具有60kV的范围中的额定电压和20MVA的额定功率的干式变压器，其中这些仅示出示例值。侧向的容器壁由波纹状薄钢板制成。还容易地实现，多个变压器布置在总体机械支承结构中。

图3以剖面平面图示出第三示范高压变压器模块60。作为长方形表示的干式变压器62布置在容器中的中心，其中示出具有其侧壁68，70和其正面壁72，74的容器并且其中通过容器壁形成内部空间82。变压器62是机械支承结构64的集成组成部分，机械支承结构64尤其是通过在方形表示的变压器62的相应角点处脱离的空心断面连接来表示，该空心断面连接转变成相应负载卸除点66。在变压器62上面但在容器内表示在输送位置76中的两个类似抽屉的形成的热交换器，热交换器可借助于未示出的运动设备沿运动方向80运动到工作位置78中。热交换器高压变压器模块的集成冷却系统的部分，以便于移走在运行变压器时产生的损失热量。具有封闭冷却循环，流通的冷却介质，冷凝器和蒸发器的冷却系统被证明为特别有效的，然而这本身已为技术人员所知。

图4示出两个高压变压器模块92，94的堆叠90，其中相应重力通过位于相应角点上的负载卸除点卸去。这种堆叠例如在船输送的情况下发生。而且，如果在现场位置情况允许如此堆叠地布置多个一起接通到电气能量系统或还有检验系统的容器模块用于其运行，这也容易地实现。

图5以表示100示出四个变压器芯102具有绕组104，106。在其他附图中具有绕组的相应变压器芯分别表示为方形，而这是所实现的表示示例。当然还可能的是宽跨度的其他构型的，如转发器、自感变压器、单相实施。

附图标记列表

10 第一示范高压变压器模块

12 具有绕组的第一变压器芯

14 第一机械支承结构

16 负载卸除点

18 外壁

20 内壁

22 外壁和内壁之间的空腔

24 外横向壁

26 内横向壁

28 内套管

30 外套管

32 电气开关设备

34 电连接

36 用油填充的第一内部空间

38 第二内部空间

40 第二示范高压变压器模块

44 下负载卸除点

46 上负载卸除点

48 具有绕组的第二变压器芯

50 类似容器的贮藏器

60 第三示范高压变压器模块

62 具有绕组的第三变压器芯

64 第二机械支承结构

66 负载卸除点

68 第一侧壁

70 第二侧壁

72 第一正面壁

74 第二正面壁

76 在输送位置的热交换器

78 在工作位置的热交换器

80 运动方向

82 内部空间

90 高压变压器模块的堆叠

92 第一高压变压器模块

94 第二高压变压器模块

96 负载卸除点上的力传递

100 具有绕组的第四变压器芯

102 变压器芯

104 第一绕组

106 第二绕组

Claims (15)

1. 一种高压变压器模块(10，40，60，92，94)，其包括具有至少一个绕组(12，48，62，100)的变压器芯，其特征在于，

变压器芯(102)固定地集成在具有布置为方形的角点的机械支承结构中，其中角点实施为负载卸除点(16，44，46，66)并且对应于CSC容器的尺寸布置。

2. 根据权利要求1所述的高压变压器模块，其特征在于，角点实施为标准容器角。

3. 根据权利要求2所述的高压变压器模块，其特征在于，将从角点延展的面分别构成为壁(18，68，70，72，74)，以便形成具有内部空间(82)的类似容器的贮藏器(50)。

4. 根据权利要求3所述的高压变压器模块，其特征在于，类似容器的贮藏器(50)实施为对应于CSC的容器。

5. 根据权利要求3或4所述的高压变压器模块，其特征在于，壁(18，68，70，72，74)至少局部地分别实施为双层壁的(18-20)。

6. 根据权利要求3到5中任一项所述的高压变压器模块，其特征在于，在内部空间(82)中设置有至少一个横向壁(24，26)，通过所述横向壁内部空间(82)分成至少第一(36)和第二(38)内部空间，其中具有绕组(12，48，62，100)的变压器芯布置在第一内部空间(36)中。

7. 根据权利要求3至6中任一项所述的高压变压器模块，其特征在于，内部空间(82)或第一内部空间(36)实施成严密地密封。

8. 根据权利要求7所述的高压变压器模块，其特征在于，内部空间(82)或第一内部空间(36)用油填充。

9. 根据权利要求3至8中任一项所述的高压变压器模块，其特征在于，在内部空间(82)或者第二内部空间(38)内设置与至少一个绕组(102，104)电连接(34)的电气开关设备(32)。

10. 根据权利要求3至9中任一个所述的高压变压器模块，其特征在于，在内部空间(82)或者第二内部空间(38)内设置至少一个与至少一个绕组(102，104)电连接(34)的逆变器和/或整流器。

11. 根据权利要求3至10中任一个所述的高压变压器模块，其特征在于，在内部空间(82)或者第一和/或第二内部空间(38)内设置有具有至少一个热交换器(76)的冷却系统，其中此外设置有运动设备，借助于所述运动设备至少一个热交换器(76)能从在内部空间(38，82)之一内的输送位置运动(80)到至少部分地位于外面的工作位置(78)。

12. 根据权利要求3到11中任一项所述的高压变压器模块，其特征在于，在至少一个壁(18，20，24，26，68，70，72，74)中设置至少一个可借助于盖板关闭的凹口。

13. 根据权利要求12所述的高压变压器模块，其特征在于，通过至少一个凹口电气套管(28，30)布置在内部空间(36，38，82)中。

14. 一种电气能量系统，其特征在于，其模块化构造并且包括根据权利要求1到13中的任一项所述的至少一个高压变压器模块。

15. 根据权利要求14所述的电气能量系统，其特征在于，其为用于功率变压器的试验站系统。