CN104810142A - 一种容积可调的风力发电全密封组合式变压器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种容积可调的风力发电全密封组合式变压器，包括密闭箱体、充装在箱体内的绝缘油、浸没在绝缘油中的铁心和绕于铁心上的绕组，所述变压器还包括设于箱体内的容积调节器，所述容积调节器包括至少两个气囊，各气囊的体积依次减小且较小的气囊依次内置于较大的气囊中，各气囊具有独立的气嘴以供分别向各气囊中充放气，以便在箱体内的绝缘油体积增大或者减小时，所述容积调节器的体积随之减小或者增大，而为绝缘油体积增大留出空间或者增加对箱体内空间的占用。本发明采用多层气囊结构，可以降低内气囊中气体的受热效率，提高了变压器的体积补偿能力。

Description

一种容积可调的风力发电全密封组合式变压器

技术领域

本发明涉及组合式变压器技术，特别是涉及一种容积可调的风力发电全密封组合式变压器。

背景技术

风力发电组合式变压器运行在气候条件频繁波动的户外，为了降低绝缘油吸潮风险减少维护工作量，一般采用全密封结构。传统的全密封组合式变压器，采用波纹散热器或弹性片式散热器，运行中绝缘油的体积随着温度变化而变化，假设的理想状况是：温度上升时，油体积膨胀，油箱随着膨胀；温度下降时，油体积缩小，油箱随着收缩。但是，风力发电全密封组合式变压器在实际运行中，既受到一年四季环境温度变化的影响，也受到变压器本体负载变化造成的温度变化影响，绝缘油体积随着温度变化不可避免地发生相应的变化。油箱和绝缘油之间的膨胀收缩并不能完全同步，具体表现为：绝缘油膨胀量大，油箱膨胀量小，油箱中压力增大超出了产品承受能力，出现渗油甚至漏油现象；另外一种情况是绝缘油收缩后，油箱不能完全回缩，导致油面下降，使得装设在箱体上部的电气机构脱离了绝缘油的保护，严重时会危及变压器安全运行，酿成安全事故。

以一台传统的风力发电全密封组合式变压器S11-M-1600/38.5为例，油箱体积为1705L，油体积1272L，充装25号变压器油，油膨胀系数为0.0007/℃，夏天户外环境温度为40℃，冬天户外环境温度为-20℃，在同等负载条件下，从冬到夏，油体积膨胀53.5L，要求油箱体积也膨胀53.5L，否则油箱中压力就会增大，引发渗油甚至漏油。从夏到冬，上述情况则刚好相反。

GB/T 6451-2008《油浸式电力变压器技术参数和要求》中记载了一种可解决上述问题的技术，即在油箱顶部设置一段气体间隙，利用气体体积变化来弥补油体积变化。但是这种技术将气体引入油箱内，影响了对油中气体的有效监测，特别是对需要装设气体继电器保护的变压器而言，影响更为显著。

发明内容

本发明的目的在于提供一种可以灵活弥补油体积变化而又不妨碍气体监测的容积可调的风力发电全密封组合式式变压器。

本发明的目的通过以下的技术措施来实现：一种容积可调的风力发电全密封组合式变压器，包括密闭箱体、充装在箱体内的绝缘油、浸没在绝缘油中的铁心和绕于铁心上的绕组，其特征在于：所述变压器还包括设于箱体内的容积调节器，所述容积调节器包括至少两个气囊，各气囊的体积依次减小且较小的气囊依次内置于较大的气囊中，各气囊具有独立的气嘴以供分别向各气囊中充放气，以便在箱体内的绝缘油体积增大或者减小时，所述容积调节器的体积随之减小或者增大，而为绝缘油体积增大留出空间或者增加对箱体内空间的占用。

本发明的工作原理是：当绝缘油的体积增大时，箱体内压力增大，容积调节器受压，体积减小，减少对箱体内空间的占用，为绝缘油体积增大留出空间；当绝缘油的体积减小时，箱体内压力减小，容积调节器体积增大，增加对箱体内空间的占用，以避免箱体内油面下降。另外，本发明采用多层气囊结构，可以降低内气囊中气体的受热效率，提高了变压器的体积补偿能力。

作为本发明的一种实施方式，所述气囊为两个，即为外气囊和内气囊，所述内气囊置于外气囊中，充入外气囊的气体和充入内气囊的气体的体积比是1:9～2:8。

作为本发明的另一种实施方式，所述气囊为三个，即为内气囊、中间气囊和外气囊，所述外气囊外套于中间气囊上，而所述中间气囊则外套在内气囊上，充入外气囊和充入中间气囊的气体总和与充入外气囊的气体的体积比是1:9～2:8，其中，充入外气囊的气体和充入中间气囊的气体的体积比是1:1。

本发明各气囊的气嘴共同设置在一柱体中，在该柱体内设有至少两个输气孔道，每个输气孔道通过各气嘴对应连通一个气囊，所述柱体穿过的箱体且穿过部位做密封处理，在柱体的伸出端上设有接头，接头内设有与各孔道相通的充气口，在所述充气口上安装有开关阀外接气源。

作为本发明的一种改进，所述风力发电全密封组合式变压器还包括气体继电器，所述气体继电器安装在箱体盖的上表面上，所述容积调节器安装在箱体侧壁或者箱体盖上。对于安装了气体继电器保护的变压器而言，由于本发明的容积调节器不会妨碍对气体的有效监测，因此尤其适用于装设气体继电器保护的变压器，技术效果尤为明显。

本发明所述风力发电全密封组合式变压器还包括气囊护网，所述气囊护网固定在箱体内，所述气囊护网罩括住所述容积调节器。

本发明充入各气囊的气体优选为氮气、惰性气体、干燥的空气等不易发生危险的气体，其它气体也可适用。

本发明所述容积调节器的各囊体采用耐油橡胶制成。耐油橡胶具体为有丁晴橡胶，氯丁橡胶，氯化聚乙烯橡胶，氯磺化聚乙烯橡胶或卤化丁基橡胶等。

本发明所述风力发电全密封组合式变压器还包括设置在所述箱体侧壁外表面上的散热器，所述散热器采用波纹散热器或弹性片式散热器。

本发明所述容积调节器为一个以上，均安装于箱体的顶盖或侧壁上，或者分别安装于箱体的顶盖和侧壁上。

与现有技术相比，本发明具有如下显著的效果：

⑴在绝缘油的体积增大时，本发明的容积调节器的体积减小，可减少对箱体内空间的占用，为绝缘油体积增大留出空间，而在绝缘油的体积减小时，本发明的容积调节器的体积增大，增加对箱体内空间的占用，以避免箱体内油面下降，可克服传统的全密封组合式变压器油箱体积膨胀收缩不能完全弥补绝缘油体积变化的不足。

⑵本发明采用多层气囊结构，可以降低内气囊中气体的受热效率，有效提高了变压器的体积补偿灵敏度，提高了产品可靠性。

⑶本发明特别是针对安装了气体继电器保护的变压器而言，由于容积调节器不会妨碍对气体的有效监测，因此尤其适用于装设了气体继电器保护的变压器，技术效果尤为明显。

⑷本发明实用性强、可大大减少维护工作，降低绝缘油泄露风险，具有良好的应用前景。

附图说明

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。

图1是本发明的整体结构示意图；

图2是本发明器身装配示意图；

图3是本发明铁芯装配示意图；

图4是本发明容积调节器的装配示意图；

图5是本发明容积调节器的剖视示意图。

具体实施方式

实施例1

如图1～5所示，是本发明一种容积可调的风力发电全密封组合式变压器，包括密闭箱体1、充装在箱体1内的绝缘油2、浸没在绝缘油2中的铁心3和绕于铁心3上的绕组4、容积调节器5、气囊护网9、安装在箱体盖11上表面上的气体继电器6、设置在箱体1侧壁外表面上的散热器7、熔断器和负荷开关等，散热器7采用波纹散热器，在其它实施例中，散热器也可以采用弹性片式散热器等，铁心3由铁轭31、铁心柱32组成。容积调节器5安装在箱体盖上，也可以安装在箱体侧壁上，容积调节器5为一个以上，每个容积调节器5均包括至少两个可充气的气囊，充入各气囊的气体优选为氮气、惰性气体、干燥的空气等不易发生危险的气体，各囊体采用耐油橡胶制成。各气囊的体积依次减小且较小的气囊依次内置于较大的气囊中，各气囊具有独立的气嘴以供分别向各气囊中充放气，以便在箱体内的绝缘油体积增大或者减小时，所述容积调节器的体积随之减小或者增大，而为绝缘油体积增大留出空间或者增加对箱体内空间的占用。

在本实施例中，气囊为两个，即为外气囊51和内气囊52，内气囊52置于外气囊51中，充入外气囊51的气体和充入内气囊52的气体的体积比是1:9。采用两层橡胶气囊结构,可以降低气体的受热效率,提高橡胶气囊的体积补偿能力。

本发明的原理如下：

根据理想气体状态方程P1×V1/T1＝P2×V2/T2，可以得出前后两种温度状态下的体积关系V2＝(P1×T2)/(P2×T1)×V1，T为热力学温度。假设在户外环境温度-20℃下启动变压器，压强值为0.1MPa，在户外环境温度40℃时绝缘油温升达到55K温升限值(对应的绝缘油温度为95℃)，根据GB/T 6451-2008《油浸式电力变压器技术参数和要求》所记载，油箱内部充有气体的密封式变压器应承受76kPa的试验压力，此时变压器箱体内压强值为0.176MPa。采用一层橡胶气囊结构时，绝缘油的热量通过橡胶气囊直接传递到橡胶气囊内的气体，气体温度从-20℃上升至接近95℃，假设为85℃，从上述公式可以得出V2＝0.804V1。

而采用本发明两层橡胶气囊结构时,内层橡胶气囊内的气体与绝缘油之间又隔了一层气体，大大降低了热的传递效率，使内层橡胶气囊里的气体温度远低于绝缘油的温度。假设55K的绝缘油温升最终传递给内层橡胶气囊气体的只有5K，可以得出V2＇＝0.714V1。从上述两个值可以得出，两层橡胶气囊结构的容积调节器的体积补偿能力比单层橡胶气囊提高20％以上，有效提高了变压器的体积补偿灵敏度，提高了产品可靠性。

具体计算过程如下：

由理想气体状态方程P1×V1/T1＝P2×V2/T2

得出：V2＝(P1×T2)/(P2×T1)×V1

＝[0.1×(273.15+85)]/[0.176×(273.15-20)]×V1

＝0.804V1

同理：V2＇＝[0.1×(273.15+40+5)]/[0.176×(273.15-20)]×V1

＝0.714V1

体积补偿能力比较：[(V1-V2＇)-(V1-V2)]/(V1-V2)×100％

＝[(1-0.714)-(1-0.804)]/(1-0.804)×100％

＝0.09/0.196×100％

＝0.459×100％

＝45.9％>20％

可见本发明的体积补偿能力比容积调节器采用单层气囊结构的体积补偿能力提高了45.9％，大于20％，因此，大大提高了橡胶气囊的体积补偿能力。当本发明的气囊为多于两个时，以此类推计算即可。

两个气囊的气嘴共同设置在一柱体8中，在该柱体8内设有两个输气孔道81、82，每个输气孔道通过各气嘴对应连通一个气囊，即输气通道81与外气囊51相通，输气通道82与内气囊52相通。柱体8穿过箱体1且穿过部位做密封处理，在柱体8的伸出端上设有三通接头13，在三通接头13充气口上安装有开关阀14外接气源。气囊护网9固定在箱体盖11上，气囊护网9罩括住容积调节器5。

在本实施例中，柱体主要由铜管、螺母和垫片组成，铜管的两端带螺纹，下端的螺纹尺寸比上端的螺纹尺寸大，它通过螺母和垫片紧固件与双层气囊连接起来成为一个整体，软联接管15设置在铜管内，连通输气孔道。气体通过软联接管15可单独进入内外橡胶气囊内。容积调节器具体安装时，在柱体上穿上一个密封橡胶板，将密封橡胶板紧贴在螺母上，把柱体从箱盖下面穿过箱盖，放入垫圈和螺母把柱体固定在箱盖上，将三通接头的直通管段打开，然后把2根软联接管的一端穿过三通接头的另一端，分别联接到的两个充放气通道上，软联接管的另一端分别放入三通接头的直通管段，通过螺栓把打开的部位合起来并固定好软联接管的另一端，然后把开关阀14分别安装在2根软联接管上，最后把气囊护网9安装在箱盖下表面上。气囊护网9安装完成后，通过开关阀往内外两层橡胶气囊里面分别充入干燥空气，内层橡胶气囊充入90％气体，外层橡胶气囊可充入10％气体，当气体使橡胶气囊完全鼓起后，关闭开关阀，用密封塞将开关阀密封好，完成了容积调节器的装配并能投入使用。

本发明组合式变压器的装配过程如下：在铁心上套装绕组后组成整个器身，器身装配完成后，在吊进箱体前，把容积调节器安装到箱盖上并固定好复合充放气嘴，安装完成后把器身吊进箱体内，然后把气体继电器安装到箱盖上，并将整个箱体密封焊接，最后，通过复合充放气嘴将容积调节器充满干燥空气，并向箱体内注满绝缘油，使绝缘油浸没整个铁心、绕组和容积调节器，完成整个组合式变压器的制造和装配。

实施例2

本实施例与实施例1的区别之处在于：容积调节器的结构不同，气囊为三个，即为内气囊、中间气囊和外气囊，外气囊外套于中间气囊上，而中间气囊则外套在内气囊上，充入外气囊和中间气囊的气体总和与充入内气囊的气体的体积比是1:9，其中，充入外气囊的气体和充入中间气囊的气体的体积比是1:1。

本发明的容积调节器除了适用于组合式变压器，还可以适用于其它类型的油浸变压器。

本发明的实施方式不限于此，根据本发明的上述内容，按照本领域的普通技术知识和惯用手段，在不脱离本发明上述基本技术思想前提下，本发明容积调节器为两层气囊结构，充入外气囊的气体和充入内气囊的气体的体积比为1:9～2:8；为三层气囊结构，充入外气囊和中间气囊的气体总和与充入内气囊的气体的体积比是1:9～2:8，其中，充入外气囊的气体和充入中间气囊的气体的体积比是1:1；气囊还可以为三层以上，各囊体的材料、容积调节器的安装位置、各气囊中充入的气体比等还具有其它多种形式的修改、替换或变更，均落在本发明权利保护范围之内。

Claims (10)

1.一种容积可调的风力发电全密封组合式变压器，包括密闭箱体、充装在箱体内的绝缘油、浸没在绝缘油中的铁心和绕于铁心上的绕组，其特征在于：所述变压器还包括设于箱体内的容积调节器，所述容积调节器包括至少两个气囊，各气囊的体积依次减小且较小的气囊依次内置于较大的气囊中，各气囊具有独立的气嘴以供分别向各气囊中充放气，以便在箱体内的绝缘油体积增大或者减小时，所述容积调节器的体积随之减小或者增大，而为绝缘油体积增大留出空间或者增加对箱体内空间的占用。

2.根据权利要求1所述的容积可调的风力发电全密封组合式变压器，其特征在于：所述气囊为两个，即为外气囊和内气囊，所述内气囊置于外气囊中，充入外气囊的气体和充入内气囊的气体的体积比为1:9～2:8。

3.根据权利要求1所述的容积可调的风力发电全密封组合式变压器，其特征在于：所述气囊为三个，即为内气囊、中间气囊和外气囊，所述外气囊外套于中间气囊上，而所述中间气囊则外套在内气囊上，充入外气囊和中间气囊的气体总和与充入内气囊的气体的体积比是1:9～2:8，其中，充入外气囊的气体和充入中间气囊的气体的体积比是1:1。

4.根据权利要求2或3所述的容积可调的风力发电全密封组合式变压器，其特征在于：各气囊的气嘴共同设置在一柱体中，在该柱体内设有至少两个输气孔道，每个输气孔道通过各气嘴对应连通一个气囊，所述柱体穿过箱体且穿过部位做密封处理，在柱体的伸出端上设有接头，接头内设有与各孔道相通的充气口，在所述充气口上安装有开关阀外接气源。

5.根据权利要求4所述的容积可调的风力发电全密封组合式变压器，其特征在于：所述风力发电全密封组合式变压器还包括气体继电器，所述气体继电器安装在箱体盖的上表面上，所述容积调节器安装在箱体侧壁或者箱体盖上。

6.根据权利要求5所述的容积可调的风力发电全密封组合式变压器，其特征在于：所述风力发电全密封组合式变压器还包括气囊护网，所述气囊护网固定在箱体内，所述气囊护网罩括住所述容积调节器。

7.根据权利要求6所述的容积可调的风力发电全密封组合式变压器，其特征在于：充入各气囊的气体为氮气、惰性气体或者干燥的空气。

8.根据权利要求7所述的容积可调的风力发电全密封组合式变压器，其特征在于：所述容积调节器的各囊体采用耐油橡胶制成。

9.根据权利要求8所述的容积可调的风力发电全密封组合式变压器，其特征在于：所述风力发电全密封组合式变压器还包括设置在所述箱体侧壁外表面上的散热器，所述散热器采用波纹散热器或弹性片式散热器。

10.根据权利要求9所述的容积可调的风力发电全密封组合式变压器，其特征在于：所述容积调节器为一个以上，均安装于箱体的顶盖或侧壁上，或者分别安装于箱体的顶盖和侧壁上。