CN107771350A - 变压器装置和用于控制充液变压器中的压力的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种变压器装置1，包括用于充液电气变压器的变压器箱2、膨胀箱4和管道8，该管道8将变压器箱与膨胀箱连接以使得充液变压器的液体能够经由该管道在变压器箱与膨胀箱之间流动。管道包括阀7。该阀被配置成：用于在变压器箱中液体的压力高于预定的第一阈值时允许液体从变压器箱流到膨胀箱，并且用于在变压器箱中液体的压力低于预定的第一阈值时防止液体从变压器箱流到膨胀箱。该阀还被配置成：用于在变压器箱中液体的压力低于预定的第二阈值时允许液体从膨胀箱流到变压器箱，并且用于在变压器箱中液体的压力高于预定的第二阈值时防止液体从膨胀箱流到变压器箱。

Description

变压器装置和用于控制充液变压器中的压力的方法
技术领域
本公开涉及一种充液变压器，其包括变压器箱、膨胀箱和管道，该管道将变压器箱与膨胀箱连接以使得充液变压器的液体能够经由该管道在变压器箱与膨胀箱之间流动。
背景技术
油浸变压器提供膨胀系统，以允许由于温度改变而引起的油的膨胀。膨胀系统应当足以适应液体体积从变压器断电时的最低环境温度下的最低液位到变压器满载时最高环境温度下的最高液位的改变。
根据国际电工委员会(IEC)标准60076-1以及电气和电子工程师协会(IEEE)标准C57.12.00等国际标准，有以下类型的液体保存系统：
1.自由呼吸系统或储油柜系统，其中环境空气与液体表面上方的膨胀空间之间的空气在箱内或在单独的膨胀容器(储油柜)内进行自由交换。除湿呼吸器装配在与大气连接处。
2.膜片式或囊式液体保存系统，其中大气压力下的空气膨胀体积设置在液体的上方，但是通过柔性膜片或柔性囊而避免与液体直接接触。除湿呼吸器装配在与大气连接处。
3.非活性气体压力系统，其中液体上方的膨胀空间填充有略微超压的干燥非活性气体，该干燥非活性气体连接到压力控制源或弹性囊。
4.带有气垫的密封箱系统，其中在刚性箱中的液体表面上方的气体体积适应可变压力下的液体膨胀。
5.密封的、完全填充的系统，其中液体的膨胀通过永久密封的、通常为波纹状的箱体或散热器而被吸收。
为了利用重力，膨胀容器(例如储油柜)位于变压器箱的上方(如果使用膨胀容器的话)。
发明内容
已经意识到，在变压器箱上方带有膨胀容器/膨胀箱的配置有若干问题，其中一些列举如下：
1.变压器装置的总尺寸增加。
2.膨胀箱的组装需要许多部件，这在地震活跃的地理位置可能成为问题。
3.由于膨胀箱位于远高于底面和变压器箱的位置，维护和组装存在风险并且昂贵。
4.在工厂和现场组装和拆卸变压器装置是费时的。
5.由于存在许多单独的部件，使得运输成本高。目前，膨胀箱和支撑物作为单独的部件被运送。利用新方法，膨胀箱可以被附接在主箱处，并将所有部件作为一个整体运送。
因此，本发明的一个目的是提供一种解决方案，以解决与现有技术变压器组件的这些问题中的至少一些问题。
根据本发明的一个方面，提供了一种变压器装置，包括用于充液电气变压器的变压器箱、膨胀箱和管道，该管道将变压器箱与膨胀箱连接以使得充液变压器的液体能够经由该管道在变压器箱与膨胀箱之间流动。管道包括阀。该阀被配置成：用于在变压器箱中液体的压力高于预定的第一阈值时允许液体从变压器箱流到膨胀箱，并且用于在变压器箱中液体的压力低于预定的第一阈值时防止液体从变压器箱流到膨胀箱。该阀还被配置成：用于在变压器箱中液体的压力低于预定的第二阈值时允许液体从膨胀箱流到变压器箱，并且用于在变压器箱中液体的压力高于预定的第二阈值时防止液体从膨胀箱流到变压器箱。
根据本发明的一个方面，提供了一种在变压器装置中执行的方法，变压器装置包括充液变压器箱和膨胀箱。该方法包括在变压器箱中液体的压力高于预定的第一阈值时，通过自动打开管道的阀而允许液体从变压器箱经由管道流到膨胀箱。该方法还包括在变压器箱中液体的压力低于预定的第一阈值时，通过自动关闭阀而防止液体从变压器箱流到膨胀箱。该方法还包括在变压器箱中液体的压力低于预定的第二阈值(第二阈值低于第一阈值)时，通过自动打开阀而允许液体从膨胀箱流到变压器箱。
通过响应于变压器箱中的压力变化从而可以自动关闭和开启的阀，可以控制变压器箱中的压力并且可以处理在变压器箱与膨胀箱之间的流动，而不需要将膨胀箱放置在变压器箱上方。例如，变压器箱和膨胀箱都可以定位在地面或地板上，使得维修人员等可以轻松地接近膨胀箱。为了允许液体从膨胀箱流到变压器箱，管道通常向下延伸到膨胀箱的液相中，否则气体(例如空气)，而不是液体，可能被吸入到管道中。液体可以是任何合适的变压器液体，即电绝缘的并且适合于变压器的工作温度(诸如酯液体或例如矿物油的油)的液体。变压器可以是任何类型的变压器但其通常相当笨重，例如高压变压器。膨胀箱定位在变压器箱旁边，膨胀箱可以被附接在主箱处并一起运送，这减少了部件数量且便于组装。
该方法可以通过本发明的变压器装置来执行。
应当注意，任何方面的任何特征可以应用于任何其他适当的方面。类似地，任何方面的任何优点可以应用于任何其他方面。从下面的详细公开内容、从所附的从属权利要求以及从附图中，所附实施例的其它目的、特征和优点将是显而易见的。
通常，权利要求中使用的所有术语根据其技术领域中的普通含义进行解释，除非本文另有明确定义。所有对“一/一个/该元件、设备、组件、装置、步骤等”的引用将被开放式地解释为表示元件、设备、组件、装置、步骤等的至少一个示例，除非另有明确说明。除非明确说明，否则本文公开的任何方法的步骤不必按照所公开的确切顺序来执行。本公开的不同特征/部件的“第一”、“第二”等的使用仅旨在将特征/部件与其他类似的特征/部件区分开，并且不对特征/部件赋予任何顺序或层次。
附图说明
将参考附图，通过示例来描述实施例，其中：
图1是示出本发明的变压器装置的实施例的截面的示意图。
图2是根据本发明的阀的实施例的示意性截面图。
图3a是根据本发明的实施例的包括阀的管道的一部分的示意性截面图。
图3b是根据本发明的实施例的包括阀的管道的一部分的另一个示意性截面图。
图3c是根据本发明的实施例的包括阀的管道的一部分的另一个示意性截面图。
图3d是根据本发明的实施例的包括阀的管道的一部分的另一个示意性截面图。
图3e是根据本发明的实施例的包括阀的管道的一部分的另一个示意性截面图。
具体实施方式
现在将参考附图在下文中更充分地描述实施例，其中示出了特定实施例。然而，在本公开的范围内可以有许多不同形式的其他实施例。确切来说，通过示例来提供这些实施例，以使得本公开将是彻底和完整的并且将本公开的范围充分地传达给本领域技术人员。在整个说明书中，相同的数字指代相同的要素。
图1是示出本发明的变压器装置1的实施例的截面的示意图。由于本发明涉及液体处理而不涉及变压器的电气部件，所以这些电气部件未在图中示出。诸如铁芯和绕组的变压器的有源部件，在变压器箱2内以附图标记3被示意性地示出，在此将不再赘述。变压器箱是充液的(通常是完全充液的，基本上没有气相)，在本实施例中是充油的。管道8将变压器箱2连接到膨胀箱4(例如储油柜)，管道8形成用于油在箱2与箱4之间流动的导管。管道8包括阀7，阀7位于将阀连接到变压器箱的第一管道8a与将阀连接到膨胀箱4的第二管道8b之间。阀7与变压器箱2之间的第一管道8a可以包括布赫继电器(Buchholz relay)6或其他安全阀。第二管道8b延伸到膨胀箱中的油相表面以下，以避免将气相(例如空气)经由阀7吸入到变压器箱中。通过使用阀，膨胀箱中油相的表面可以低于变压器箱中油的表面(即油与箱顶之间的界面，如双头箭头H所示)。避免膨胀箱4中油相与任何气相之间的直接接触，以便避免气体溶解在油中或避免使气体可能随着油进入变压器箱2，可以是有利的，这是使用膜片5等(例如橡胶膜)的原因。因此，膨胀箱中的油相的上表面可以是油与膜片之间的中间相，而不需要在膨胀箱中施加超压以引起从膨胀箱到变压器箱的流动(尽管取决于第一阈值和第二阈值的值，本发明可以备选地与所述施加的超压一起使用，例如通过压缩机或加压气体源)。
图2是根据本发明的阀7的实施例的示意性截面图。阀被布置成管道8的一部分，阀将第一管道8a和第二管道8b彼此连接。在该阀处，第一管道和第二管道可以彼此呈角度布置以允许阀7的优选设计，这将在下文中讨论。然而，注意到，可以备选地使用阀的其他设计，以实现根据本发明的阀的功能。阀7可以包括两个不同的阀部分，即用于在变压器箱中液体压力高于第一阈值(通常高于环境压力，例如高于大气压力)时打开阀的第一阀部分，以及用于在变压器箱中液体压力低于第二阈值(通常低于环境压力，例如低于大气压力)时关闭阀的第二阀部分，第二阀值不同于第一阀值，以使得在变压器箱中的压力处于第一阈值与第二阈值之间时，阀是关闭的。第一阀部分和第二阀部分可以是分开的，但是它们可以优选地在阀中彼此一体形成。在该图的示例中，第一阀部分包括超压弹簧(例如螺旋弹簧)21，其可以被压缩以通过在变压器箱中(并且由此在第一管道8a中)高于第一阈值的超压而打开阀。第二部分可以包括例如位于超压弹簧21的螺旋弹簧(如图所示)内的真空弹簧/阀。真空弹簧被配置成用于在变压器箱中(并且由此在第一管道8a中)的压力低于第二阈值时释放(真空弹簧的密封部分被推入到第一管道8a中)，由此打开阀。阀可以包括用于将阀连接到第一管道8a的第一凸缘，以及用于将阀连接到第二管道8b的第二凸缘24。可以设置密封垫圈23以当真空弹簧未被释放以打开阀时用于密封地接合真空弹簧的密封部分。
参考图3a至图3e，现在将根据变压器箱2中变化的压力来讨论阀7的功能。
在图3a的情况下，如单个向上指的箭头所示，温度以及由此的压力略微提高(例如略微超过大气压力，但不是很多)。该超压不足以克服超压弹簧21的力，这是阀7保持关闭并且没有液体流过管道8的原因。
在图3b的情况下，如三个向上指的箭头所示，温度以及由此的压力大幅提高(例如超过大气压力很多)。该超压足以克服超压弹簧21的力，这是阀7被推开以允许液体通过管道8流入膨胀箱4中的原因。从图中可以看出，超压弹簧21内的真空弹簧22仍然是关闭的，但是由于过压弹簧也使整个真空弹簧移动，阀无论如何都是打开的。
在图3c的情况下，如单个向上指的箭头所示，温度以及由此的压力已经回到仅略微提高(例如略微超过大气压力，但不是很多)。该超压不再足以克服超压弹簧21的力，这是阀7回到其关闭位置并且没有液体流过管道8的原因。
在图3d的情况下，如单个向下指的箭头所示，温度以及由此的压力已经进一步下降到略微降低(例如略微低于大气压力，但不是很多)。该欠压不足以克服真空弹簧22的力，这是阀7保持关闭并且没有液体流过管道8的原因。
在图3e的情况下，如一对向下指的箭头所示，温度以及由此的压力已经进一步降低(例如大大低于大气压力，但该欠压不一定与通过超压弹簧21打开阀所需要的超压一样高)。该负压足以克服真空弹簧22的力(将真空弹簧22释放以使得其密封部分被拉动并朝向变压器箱2移动)，这是阀7打开并且液体从膨胀箱4流过管道8的原因。
在本发明的一些实施例中，膨胀箱4相对于变压器箱2定位成使得膨胀箱中液体的顶表面低于变压器箱中液体的顶表面。
在本发明的一些实施例中，阀7包括过压弹簧21，其用于在变压器箱中液体的压力高于预定的第一阈值时允许液体从变压器箱2流到膨胀箱4，并且用于在变压器箱中液体的压力低于预定的第一阈值时防止液体从变压器箱流到膨胀箱。
在本发明的一些实施例中，阀7包括真空弹簧22，其用于在变压器箱中液体的压力低于预定的第二阈值时允许液体从膨胀箱4流到变压器箱2，并且用于在变压器箱中液体的压力高于预定的第二阈值时防止液体从膨胀箱流到变压器箱。
在本发明的一些实施例中，管道还包括在变压器箱2与阀7之间的布赫继电器6。
在本发明的一些实施例中，膨胀箱4包括用于将液体从膨胀箱中的气相分开的膜片。
本发明的实施例可以具有以下优点中的至少一些优点：
·改善安全状况。
·减少设计时间和制造时间。
·不那么纤细且不那么高的结构，提供更加紧凑的设计。
·膨胀箱4可以被集成为变压器箱2的结构元件。
·变压器装置1的总尺寸减小。
·减少在工厂组装以及在现场组装的时间。
·由于不太笨重的设计，减小了运输成本。
降低变压器装置的总成本。
以上主要参考几个实施例描述了本公开。然而，如本领域技术人员容易理解的，除了以上公开的实施例以外的其他实施例同样可能在由所附权利要求限定的本公开的范围内。

Claims (7)

1.一种变压器装置(1)，包括：
用于充液电气变压器的变压器箱(2)；
膨胀箱(4)；和
管道(8)，将所述变压器箱与所述膨胀箱连接，以使得所述充液变压器的液体能够经由所述管道在所述变压器箱与所述膨胀箱之间流动，所述管道包括阀(7)；
其中所述阀被配置成：用于在所述变压器箱中液体的压力高于预定的第一阈值时、允许液体从所述变压器箱流到所述膨胀箱，并且用于在所述变压器箱中液体的压力低于所述预定的第一阈值时、防止液体从所述变压器箱流到所述膨胀箱；
其中所述阀被配置成：用于在所述变压器箱中液体的压力低于预定的第二阈值时、允许液体从所述膨胀箱流到所述变压器箱，并且用于在所述变压器箱中液体的压力高于所述预定的第二阈值时、防止液体从所述膨胀箱流到所述变压器箱；和
其中所述膨胀箱(4)相对于所述变压器箱(2)被定位成使得所述膨胀箱中液体的顶表面低于所述变压器箱中液体的顶表面。
2.根据权利要求1所述的变压器装置，其中所述阀(7)包括过压弹簧(21)，所述过压弹簧(21)用于在所述变压器箱中液体的压力高于所述预定的第一阈值时、允许液体从所述变压器箱(2)流到所述膨胀箱(4)，并且用于在所述变压器箱中液体的压力低于所述预定的第一阈值时、防止液体从所述变压器箱流到所述膨胀箱。
3.根据前述权利要求中任一项所述的变压器装置，其中所述阀(7)包括真空弹簧(22)，所述真空弹簧(22)用于在所述变压器箱中液体的压力低于所述预定的第二阈值时、允许液体从所述膨胀箱(4)流到所述变压器箱(2)，并且用于在所述变压器箱中液体的压力高于所述预定的第二阈值时、防止液体从所述膨胀箱流到所述变压器箱。
4.根据前述权利要求中任一项所述的变压器装置，其中所述管道还包括在所述变压器箱(2)与所述阀(7)之间的布赫继电器(6)。
5.根据前述权利要求中任一项所述的变压器装置，其中所述膨胀箱(4)包括用于将液体从所述膨胀箱中的气相分开的膜片。
6.一种在变压器装置(1)中执行的方法，所述变压器装置包括充液变压器箱(2)和膨胀箱(4)，其中所述膨胀箱(4)相对于所述变压器箱(2)定位成使得所述膨胀箱中液体的顶表面低于所述变压器箱中液体的顶表面，所述方法包括：
在所述变压器箱中液体的压力高于预定的第一阈值时，通过自动打开管道的阀(7)而允许液体从所述变压器箱经由所述管道(8)流到所述膨胀箱；
在所述变压器箱中液体的压力低于所述预定的第一阈值时，通过自动关闭所述阀而防止液体从所述变压器箱流到所述膨胀箱；和
在所述变压器箱中液体的压力低于预定的第二阈值时，通过自动打开所述阀而允许液体从所述膨胀箱流到所述变压器箱，其中所述预定的第二阈值低于所述第一阈值。
7.根据权利要求6所述的方法，其中所述第一阈值高于环境压力，环境压力例如为大气压力，并且所述第二阈值低于环境压力。
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