CN110379595A - 一种海上风力发电用油浸式变压器及其安装方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种海上风力发电用油浸式变压器及其安装方法，该变压器的变压器本体包括外壳和铁芯及绕组，在外壳的上面设有第一油管；其底盖板固定在外壳的上面；其热交换器固定安装在底盖板的上面，设有流体容置空间，下部设有第二油管，第二油管的下端与第一油管连接，在流体容置空间内充有变压器油；其水箱上设有进水管和出水管，下面设有安装口；水箱盖设在底盖板的上面，该变压器能更简便的通过机舱塔筒的入口运入机舱塔筒内，且拆卸维护方便，可靠性高。本发明的安装方法将上述变压器拆分成三部分进行依次安装，安装简便，降低了安装成本。

Description

一种海上风力发电用油浸式变压器及其安装方法

技术领域

本发明涉及一种海上风力发电用油浸式变压器，还涉及上述的海上风力发电用油浸式变压器的安装方法。

背景技术

目前，风电作为一种清洁的可再生能源，已成为全球风电发展的研究热点。海上风电具有风资源优良、不占用土地资源、对环境影响小并允许机组制造更为大型化、可以大规模开发等优势，使海上风电变压器逐渐成为海上风电开发中的重要环节，也是海上风电向更大规模、更深、更远海域发展的关键技术之一。

对于海上风力发电用油浸式变压器，其不能像陆上机组那样安装在机组外部，而需安装在机舱塔筒内或海洋平台上。由于海上风力发电机组严酷的安装和运行环境(高盐雾、高湿、高温)，海上风力发电用油浸式变压器更多的选择安装在机舱塔筒内。

对于海上风力发电用油浸式变压器，需要具有容量大、过载能力强、易于维护等特点，这使得所用的油浸式变压器的体积都很大，且常规的油浸式变压器四周还布有波纹片散热器或片式散热器，冷却方式采用自冷或风冷，会使油浸式变压器体积更加大。而机舱塔筒的入口尺寸是有限制的，且机舱塔筒内的环境是封闭的，使得体积较大的油浸式变压器很难通过机舱塔筒的入口运至机舱塔筒内，甚至根本无法运进去。

另外，相对封闭的塔筒环境，不利空气的流通和热量的排出，使产品温度升高，造成变压器绝缘水平的降低，严重时，甚至危害产品的安全运行。

为了达到更好的散热效果，现有部分油浸式变压器采用了水冷的方式进行冷却，水冷用冷却水通过循环冷却系统进行循环，冷却效果相对自冷和风冷较好，但现有的采用水冷的方式进行冷却的油浸式变压器均只适用于陆地上，并不适用在海上风力发电用。因为，现有的采用水冷的方式进行冷却的油浸式变压器需要在散热器与油箱体连接的管路中间安装油泵，强迫油循环，使油与冷却介质水进行热交换，把油的热量带走实现散热，且还需另外安装储油柜，开动或停止油泵时会因油压变化而使油体积产生变化，同时有与体积变化相对应的油量流入或流出储油柜，这就有可能使气体继电器误动作，影响产品的正常运行，故障率高也将极大的增大海上的维护难度。这种采用水冷的方式进行冷却的油浸式变压器的体积将更大，需要的部件将更多，安装及维护将更加困难，且部件多，故障率也会相对提高，在海上环境中对设备进行维护相对陆地上来说是困难很多的。

发明内容

本发明所要解决的第一个技术问题，就是提供一种海上风力发电用油浸式变压器，其能更简便的通过机舱塔筒的入口运入机舱塔筒内，且拆卸维护方便，可靠性高。

本发明所要解决的第二个技术问题，就是提供一种上述海上风力发电用油浸式变压器的安装方法，其使得安装简便，降低了安装成本。

解决上述第一个技术问题，本发明采用的技术方案如下：

一种海上风力发电用油浸式变压器，其包括变压器本体，变压器本体包括外壳和安装在外壳内的铁芯及绕组，在外壳内充满有变压器油，其特征在于，在外壳的上面设有连通其内部的第一油管，海上风力发电用油浸式变压器还包括：

底盖板，通过支撑结构可拆卸固定在外壳的上面；

热交换器，固定安装在底盖板的上面，内设有流体容置空间，下部设有与流体容置空间连通的第二油管，第二油管向下密封穿过底盖板，第二油管的下端与第一油管可拆卸密封连接，在流体容置空间内充有变压器油；

水箱，其上设有与其内连通的进水管和出水管，下面设有安装口；水箱可拆卸盖设在底盖板的上面，安装口的周边与底盖板的周边密封连接，热交换器位于水箱内，使用时变压器油的热量通过热交换器传递至水箱内的冷却水中。

所述热交换器包括上汇流管、下汇流管和若干片热交换片，在热交换片内分别设有流体容置空间，上汇流管和下汇流管分别连接热交换片的上端和下端，流体容置空间的上端和下端分别与上汇流管和下汇流管连通，第二油管与下汇流管连通。

所述热交换片包括左右对应设置的两块导热板，两块导热板之间留有间隔、周边密封连接，从而在两块导热板之间形成流体容置空间。

所述热交换片面对面并排设置，两相邻热交换片之间留有间距。

每块所述热交换片的两块导热板的上边和下边的中部均设有槽口，流体容置空间的上端和下端分别设有位于槽口中的第一连通口，上汇流管和下汇流管分别配合卡入槽口中，且分别与导热板密封连接，在上汇流管和下汇流管上分别对应每个第一连通口开有第二连通口。

所述进水管设在水箱的下部，出水管设在水箱的上部，且进水管和出水管分别设在水箱的相对的两侧面。

在所述进水管和出水管上分别设有压力表、温度表和开关阀，在底盖板的下面设有与水箱内部连通的排水管，在排水管上设有排水阀。

所述第一油管的上端设有第一法兰边，第二油管的下端设有第二法兰边，在第一油管与第二油管之间设有蝶阀，蝶阀的上下端分别与第二法兰边和第一法兰边可拆卸密封连接。

所述支撑结构包括至少两个方框，方框的上端与底盖板固定连接，方框的下端与外壳的上面可拆卸连接。

解决上述第二个技术问题，本发明采用的技术方案如下：

一种所述的海上风力发电用油浸式变压器的安装方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一，在安装前，底盖板与变压器本体为相互拆分开的，水箱与底盖板为相互拆分开的，变压器本体和热交换器内已充有变压器油，第一油管与第二油管的管口分别事先密封，安装过程中，先将变压器本体通过机舱塔筒的入口运入机舱塔筒内，并安装在机舱塔筒的底部；

步骤二，将底盖板连同其上的热交换器通过机舱塔筒的入口运入机舱塔筒内，底盖板通过支撑结构固定在变压器本体的外壳的上面，将第一油管与第二油管对应密封连接；

步骤三，将水箱通过机舱塔筒的入口运入机舱塔筒内，水箱对应盖在底盖板上面，且与底盖板密封连接，进水管和出水管分别与外部的循环冷却系统连接。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

1、本发明整体可拆分成三个主要部分：水箱、变压器本体、固定连接在一起的底盖板和热交换器，可依次运入机舱塔筒内进行安装，安装更简便，且维护时方便拆开进行维护，维护方便。本发明的海上风力发电用油浸式变压器的整体结构呈上下连接的关系，使得海上风力发电用油浸式变压器的周边的维护空间将更大，维护更容易，具有很好的应用前景。

2、本发明的海上风力发电用油浸式变压器将热交换器及水箱设置在变压器本体的上方，通过贝纳德对流传热的方式将变压器本体内的变压器油的热量传递至热交换器，通过变压器油的上下相互对流，变压器本体内的变压器油的热量将会第一时间先向上传递并先集中至热交换器内，能快速对变压器本体进行冷却，之后再通过热交换器将热量传递给水箱内的水体，冷却效率高。

3、本发明的海上风力发电用油浸式变压器无需设置其它设备对变压器油进行强制循环，结构部件少，故障率低，可靠性高，能大大减少维修的可能，降低维护成本。

4、本发明的热交换器通过片状的热交换片进行热交换，热交换的面积大，效率高。

5、通过本发明的海上风力发电用油浸式变压器的安装方法，可更简单的将海上风力发电用油浸式变压器安装在机舱塔筒内，降低了安装成本。

附图说明

图1是本发明的主视示意图；

图2是本发明的拆分为三部分时的结构示意图；

图3是本发明的热交换器与底盖板的装配示意图；

图4是本发明的热交换器、底盖板与第一油管的装配示意图；

图5是本发明的热交换片的剖视示意图。

图中附图标记含义：

1.1-水箱；1.2-加强筋；1.3-进水管；1.4-出水管；1.5-压力表；1.6-温度表；1.7-开关阀；1.8-围边；2.1-热交换器；2.2-上汇流管；2.3-热交换片；2.4-下汇流管；2.5-橡胶密封圈；2.6-保护环；2.7-底盖板；2.8-第二油管；2.9-蝶阀；2.10-方框；2.11-排水管；2.12-排水阀；2.13-第二法兰边；2.14-槽口；2.15-流体容置；2.16-导热板；3.1-第一油管；3.2-第一法兰边；3.3-变压器本体；3.4-外壳；3.5-电连接端；3.6-变压器油；3.7-出油管；3.8-出油阀。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明进一步描述。

如图1至图5所示的一种海上风力发电用油浸式变压器，其包括变压器本体3.3、底盖板2.7、热交换器2.1和水箱1.1。

变压器本体3.3包括外壳3.4和安装在外壳3.4内的铁芯及绕组，在外壳3.4内充满有变压器油3.6，在外壳3.4的上面设有两条连通其内部的第一油管3.1，两条第一油管3.1左右对应设置，在外壳3.4的前面设有伸出至外边的电连接端3.5，在外壳3.4的下部设有用于变压器油流出的出油管3.7，出油管3.7上设有出油阀3.8。底盖板2.7通过支撑结构可拆卸固定在外壳3.4的上面，即底盖板2.7可与外壳3.4拆分开。热交换器2.1固定安装在底盖板2.7的上面，热交换器2.1内设有流体容置2.15空间，在流体容置空间2.15内充有变压器油，变压器油可以充满流体容置空间2.15，也可以不充满，当然流体容置空间2.15内的变压器油是不能太少的，优选方案为充满。热交换器2.1的下部设有两条与流体容置空间2.15连通的第二油管2.8，两条第二油管2.8左右对应设置，第二油管2.8向下密封穿过底盖板2.7，即第二油管2.8与底盖板2.7的连接处经过密封处理，如：焊接，从而防止水箱1.1内的冷却水从连接处流出。第二油管2.8的下端对应与第一油管3.1可拆卸密封连接，即第二油管2.8与第一油管3.1可拆分开。水箱1.1上设有与其内连通的进水管1.3和出水管1.4，进水管1.3和出水管1.4分别与外部的循环冷却系统连接，循环冷却系统为常规装置，通过循环冷却系统对水箱内的冷却水进行循环冷却。水箱1.1的下面设有安装口，水箱1.1可拆卸盖设在底盖板2.7的上面，即水箱1.1与底盖板2.7可拆分开，安装口的周边与底盖板2.7的周边密封连接，以防止冷却水流出，热交换器位于水箱内，热交换器通过安装口装入水箱内。本实施例的水箱1.1下端为趟口，从而形成安装口。上述的第一油管3.1和第二油管2.8的数量也可设置一条、三条、设置更多。

在使用前，先将海上风力发电用油浸式变压器按上述结构装配完成，在使用时，变压器工作，外部的循环冷却系统工作，变压器本体3.3内的变压器油3.6与热交换器2.1内的变压器油为连通的，在变压器本体3.3内的温度升高时，会出现贝纳德对流，变压器本体3.3内的温度较高变压器油向上流入热交换器2.1中，形成上下对流，将热量集中传递至热交换器2.1内中，再通过热交换器2.1将其内的热量传递至水箱1.1内的冷却水中，经循环冷却系统对冷却水进行循环冷却，冷却水从进水管1.3进入水箱内，吸收了热量的冷却水从出水管1.4流出水箱，从而实现对变压器本体3.3的快速冷却。

其中，贝纳德对流是一种流体自组织现象，当由底部加热水平金属板上的流体薄层时，开始只有微观的热传导而宏观上保持静止，但当温度梯度超过某临界值时，流体会突然出现宏观可见的对流图案结构。

如图3所示，本实施例的热交换器2.1包括上汇流管2.2、下汇流管2.4和若干片热交换片2.3，若干片热交换片2.3内分别设有流体容置空间2.15，上汇流管2.2和下汇流管2.4分别连接热交换片2.3的上端和下端，上汇流管2.2、下汇流管2.4和若干片热交换片2.3连接成一体，它们之间连接的方式可以是密封焊接，流体容置空间2.15的上端和下端分别与上汇流管2.2和下汇流管2.4连通，第二油管2.8竖直焊接下下汇流管2.4的下面，且第二油管2.8与下汇流管2.4连通，从而使得第二油管2.8与流体容置空间2.15连通。变压器油充于上汇流管2.2、下汇流管2.4和热交换片2.3内，热交换器2.1内的变压器油的热量可通过上汇流管2.2、下汇流管2.4和热交换片2.3传递至水箱1.1中的冷却水中。

热交换片2.3的结构为：如图5所示，热交换片2.3包括左右对应设置的两块导热板2.16，两块导热板2.16之间留有间隔、周边密封连接，从而在两块导热板2.16之间形成流体容置空间2.15，流体容置空间2.15内的变压器油的热量主要通过导热板2.16传递至水箱中的冷却水中，导热板2.16的整个外侧面均与冷却水接触，热传递快，导热板2.16的材料可以是金属材料，也可以是其它导热材料。本实施例的热交换片2.3面对面并排设置，两相邻热交换片2.3之间留有间距，水箱1.1中的冷却水会从相邻热交换片2.3之间流过。其中，每块热交换片2.3的两块导热板2.16的上边和下边的中部均设有槽口2.14，流体容置空间2.15的上端和下端分别设有位于槽口2.14中的第一连通口，上汇流管2.2和下汇流管2.4分别配合卡入槽口2.14中，且分别与导热板2.16密封连接，密封连接的方式为焊接，上汇流管2.2和下汇流管2.4上分别对应每个第一连通口开有第二连通口，第二连通口与第一连通口对应连接，从而连通流体容置空间2.15与上汇流管2.2及下汇流管2.4。

为了提高冷却效率，本实施例设置了两套热交换器2.1，两套热交换器2.1并排设置。

进水管1.3和出水管1.4的优选安装结构为：进水管1.3设在水箱1.1的下部，出水管1.4设在水箱1.1的上部，且进水管1.3和出水管1.4分别设在水箱1.1的相对的两侧面。在使用过程中，冷却水从下部的进水管1.3进入水箱1.1，从上部的出水管1.4流出，水箱1.1中的水流方向是向上的，在冷却水吸收热量后，热水直接运动至上部，热量集中在上部，上部的水会比下部的水热，上下水温差越大，散热性能越好。

本实施例在进水管1.3和出水管1.4上分别设有压力表1.5、温度表1.6和开关阀1.7，通过压力表1.5检查管内水流的压力，通过温度表1.6检查管内水流的温度，通过开关阀1.7控制管内水流的流量，通过对流量的控制，可控制带走热交换器上的热量的快慢，从而控制冷却效率。根据传热学理论计算公式，得出热交换器的换热功率Qw＝变压器本体总损耗QI-外壳表面辐射热量QE＝水流量Fw×水比热Cw×进出口水温差△Tw×水密度dw,，从而调整进、出水管上开关阀开启量，使压力表和温度表的值能满足换热功率要求，使海上风力发电用油浸式变压器在正常运行时不超过其温升限值，保证产品的安全运行。

在底盖板2.7的下面设有与水箱1.1内部连通的排水管2.11，排水管2.11上设有排水阀2.12，打开排水阀2.12，可排出水箱1.1内的冷却水，从而方便维修。

第一油管3.1与第二油管2.8的连接结构为：第一油管3.1的上端设有第一法兰边3.2，第二油管2.8的下端设有第二法兰边2.13，在第一油管3.1与第二油管2.8之间设有蝶阀2.9，蝶阀2.9的上下端分别与第二法兰边2.13和第一法兰边3.2可拆卸密封连接，连接的方式为通过螺栓连接。

本实施例的支撑结构包括两个方框2.10，两个方框2.10左右对应设置，方框2.10包括横梁和垂直固定在横梁两端的支撑柱，方框2.10的上端与底盖板固定连接，该固定方式可以为焊接，方框2.10的下端与外壳3.4的上面可拆卸连接，该连接方式可以为螺栓连接。

其中，水箱1.1与底盖板2.7的密封连接的结构为：在水箱1.1的下面周边设有水平的围边1.8，底盖板2.7大于水箱1.1的底面，底盖板2.7的周边与围边1.8通过螺栓连接，在底盖板2.7与围边1.8之间紧压有橡胶密封圈2.5。为了使得橡胶密封圈2.5能始终被压缩在最佳的厚度，在底盖板2.7的上面还固定设有一圈保护环2.6，保护环2.6由圆钢制成，保护环2.6位于橡胶密封圈2.5的外围，且位于底盖板2.7的周边与围边1.8之间，安装过程中，当橡胶密封圈2.5被压缩至最佳的厚度时，围边1.8刚好抵靠在保护环2.6上，这样既保证了橡胶密封圈2.5的均匀压缩，同时也能达到对水箱箱沿机械强度的要求。

为了加强水箱1.1的结构，在水箱1.1的中部焊接有一圈加强筋1.2，加强筋1.2的数量也可以为两圈，甚至更多。水箱由钢板焊接而成。

本实施的优选的尺寸方案为：第一油管3.1和第二油管2.8的外径为Φ90mm，两第二油管2.8之间的距离为下汇流管2.4长度的1/2，围边1.8的宽度为80mm，进水管1.3、出水管1.4和排水管2.11的外径为Φ32mm。

安装本实施例的海上风力发电用油浸式变压器的方法包括以下步骤：

步骤一，在安装前，底盖板2.7与变压器本体3.3为相互拆分开的，水箱1.1与底盖板2.7为相互拆分开的，热交换器2.1是固定连接在底盖板2.7上面的，如图2所示，被分成三个部分，变压器本体3.3和热交换器2.1内已充有变压器油，第一油管3.1与第二油管2.8的管口分别事先密封，以防止变压器油在安装过程中漏出，本实施例的事先密封方式为：蝶阀2.9事先通过螺栓密封安装在第二油管2.8的管口处，蝶阀2.9关闭，从而密封住第二油管2.8的管口，在第一油管3.1的管口处通过螺栓固定有封板，通过封板封住第一油管3.1的管口；在安装过程中，先将变压器本体3.3通过机舱塔筒的入口运入机舱塔筒内，并安装在机舱塔筒的底部，且将封板拆除；

步骤二，将底盖板2.7连同其上的热交换器2.1通过机舱塔筒的入口运入机舱塔筒内，底盖板2.7下面的方框2.10的下端通过螺栓与变压器本体的外壳3.4的上面固定连接，第一油管3.1的上端通过螺栓与蝶阀2.9连接，从而将第一油管与第二油管对应密封连接，打开蝶阀2.9，从而连通第一油管和第二油管；

步骤三，将水箱1.1通过机舱塔筒的入口运入机舱塔筒内，水箱1.1对应盖在底盖板2.7上面，且与底盖板2.7密封连接，进水管1.3和出水管1.4分别与外部的循环冷却系统连接。

本发明的上述实施例并不是对本发明保护范围的限定，本发明的实施方式不限于此，凡此种种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，对本发明上述结构做出的其它多种形式的修改、替换或变更，均应落在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种海上风力发电用油浸式变压器，其包括变压器本体，所述变压器本体包括外壳和安装在所述外壳内的铁芯及绕组，在所述外壳内充满有变压器油，其特征在于，在所述外壳的上面设有连通其内部的第一油管，所述海上风力发电用油浸式变压器还包括：

底盖板，通过支撑结构可拆卸固定在所述外壳的上面；

热交换器，固定安装在所述底盖板的上面，内设有流体容置空间，下部设有与所述流体容置空间连通的第二油管，所述第二油管向下密封穿过所述底盖板，所述第二油管的下端与所述第一油管可拆卸密封连接，在所述流体容置空间内充有变压器油；

水箱，其上设有与其内连通的进水管和出水管，下面设有安装口；所述水箱可拆卸盖设在所述底盖板的上面，所述安装口的周边与所述底盖板的周边密封连接，所述热交换器位于所述水箱内，使用时变压器油的热量通过所述热交换器传递至所述水箱内的冷却水中。

2.根据权利要求1所述的海上风力发电用油浸式变压器，其特征在于：所述热交换器包括上汇流管、下汇流管和若干片热交换片，在所述热交换片内分别设有所述流体容置空间，所述上汇流管和下汇流管分别连接所述热交换片的上端和下端，所述流体容置空间的上端和下端分别与所述上汇流管和下汇流管连通，所述第二油管与所述下汇流管连通。

3.根据权利要求2所述的海上风力发电用油浸式变压器，其特征在于：所述热交换片包括左右对应设置的两块导热板，两块所述导热板之间留有间隔、周边密封连接，从而在两块所述导热板之间形成所述流体容置空间。

4.根据权利要求3所述的海上风力发电用油浸式变压器，其特征在于：所述热交换片面对面并排设置，两相邻所述热交换片之间留有间距。

5.根据权利要求4所述的海上风力发电用油浸式变压器，其特征在于：每块所述热交换片的两块导热板的上边和下边的中部均设有槽口，所述流体容置空间的上端和下端分别设有位于所述槽口中的第一连通口，所述上汇流管和下汇流管分别配合卡入所述槽口中，且分别与所述导热板密封连接，在所述上汇流管和下汇流管上分别对应每个所述第一连通口开有第二连通口。

6.根据权利要求1所述的海上风力发电用油浸式变压器，其特征在于：所述进水管设在所述水箱的下部，所述出水管设在所述水箱的上部，且所述进水管和出水管分别设在所述水箱的相对的两侧面。

7.根据权利要求6所述的海上风力发电用油浸式变压器，其特征在于：在所述进水管和出水管上分别设有压力表、温度表和开关阀，在所述底盖板的下面设有与水箱内部连通的排水管，在所述排水管上设有排水阀。

8.根据权利要求1所述的海上风力发电用油浸式变压器，其特征在于：所述第一油管的上端设有第一法兰边，所述第二油管的下端设有第二法兰边，在所述第一油管与第二油管之间设有蝶阀，所述蝶阀的上下端分别与所述第二法兰边和第一法兰边可拆卸密封连接。

9.根据权利要求1所述的海上风力发电用油浸式变压器，其特征在于：所述支撑结构包括至少两个方框，所述方框的上端与所述底盖板固定连接，所述方框的下端与所述外壳的上面可拆卸连接。

10.权利要求1至9任意一项所述的海上风力发电用油浸式变压器的安装方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一，在安装前，所述底盖板与所述变压器本体为相互拆分开的，所述水箱与所述底盖板为相互拆分开的，所述变压器本体和热交换器内已充有变压器油，所述第一油管与第二油管的管口分别事先密封，安装过程中，先将所述变压器本体通过机舱塔筒的入口运入机舱塔筒内，并安装在机舱塔筒的底部；

步骤二，将所述底盖板连同其上的热交换器通过机舱塔筒的入口运入机舱塔筒内，所述底盖板通过支撑结构固定在所述变压器本体的外壳的上面，将所述第一油管与所述第二油管对应密封连接；

步骤三，将所述水箱通过机舱塔筒的入口运入机舱塔筒内，所述水箱对应盖在所述底盖板上面，且与所述底盖板密封连接，所述进水管和出水管分别与外部的循环冷却系统连接。