CN111029103A - 一种具有循环液冷功能的变压器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种具有循环液冷功能的变压器，所述变压器包括线圈与铁芯，所述铁芯包括芯柱与铁轭，所述线圈同轴套设于所述芯柱，所述芯柱与铁轭固定连接；所述线圈包括高压线圈与低压线圈，所述低压线圈套设于所述芯柱外，所述高压线圈套设于所述低压线圈外；还包括若干冷却管道，所述冷却管道分别设于所述低压线圈与所述芯柱内，所述冷却管道分别设有进液管、出液管，所述进液管连接冷却液源，所述出液管连接排液口，冷却水经进液管进入冷却管道由出液管排出。本发明通过在低压线圈与芯柱内部设置冷却管道，使其充满冷却液，冷却液在冷却管道内不断循环流动，能够有效吸收变压器所产生在空气中的热量，对变压器进行有效的散热。

Description

一种具有循环液冷功能的变压器

技术领域

本发明涉及变压器技术领域，尤其涉及一种具有循环液冷功能的变压器。

背景技术

变压器是利用电磁感应的原理来改变交流电压的电气设备。变压器在工作过程中会产生较多热量。当变压器工作过程中，产生较多热量，铁芯的温度容易超过国家标准的规定值。当铁芯的温度长时间超过国家标准的规定值运行时，容易造成铁芯的绝缘层快速老化，缩短铁芯寿命，进而影响变压器的正常工作。变压器内的热量如果不能及时排除，持续积累的热量也容易引起火灾。因此及时对变压器进行冷却散热变得非常重要。

传统的变压器较多采用空气散热，即自然风冷。在线圈的第一线圈单元和第二线圈单元之间设置若干个气道，气道内上下部分的温差使空气在气道内产生对流，带走线圈内部热量。但空气流动速度比较缓慢，带走的线圈热量较小，线圈散热效果较差。尤其是变压器过载运行时，导致线圈的温升较高，线圈绝缘层老化加快，大幅度减少线圈的寿命。

由于气道散热效果差，变压器还外置散热设备，在变压器线圈的下方高低压线圈外侧分别设置风机，风机向高、低压线圈的内外表面吹入空气，增加气道内部空气的流动。但风机是设置于变压器的外部，对变压器内的热量疏散较慢，无法快速散热。另外，多个风机长时间工作，会消耗较大的电量并产生额外的热量与噪声，即不利于节能环保还增加其散热的负担，散热效果仍然无法达到需求。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种具有循环液冷功能的变压器，通过在低压线圈与芯柱内部设置冷却管道，使其充满冷却液，冷却液在冷却管道内不断循环流动，能够有效吸收变压器所产生在空气中的热量，对变压器进行有效的散热。

本发明的目的采用如下技术方案实现：

一种具有循环液冷功能的变压器，所述变压器包括线圈与铁芯，所述铁芯包括芯柱与铁轭，所述线圈同轴套设于所述芯柱，所述芯柱与铁轭固定连接；所述线圈包括高压线圈与低压线圈，所述低压线圈套设于所述芯柱外，所述高压线圈套设于所述低压线圈外；还包括若干冷却管道，所述冷却管道分别设于所述低压线圈与所述芯柱内，所述冷却管道分别设有进液管、出液管，所述进液管连接冷却液源，所述出液管连接排液口，冷却水经进液管进入冷却管道由出液管排出。

进一步地，所述低压线圈包括第一线圈单元与第二线圈单元，所述第一线圈单元套设于芯柱外围，第二线圈单元套设于第一线圈单元外围；第一线圈单元与所述第二线圈单元之间留有间隙，该间隙内设有若干冷却管道。

进一步地，所述芯柱两端分别有多个所述进液管和多个所述出液管，所述芯柱内部设置有多个所述冷却管道，所述冷却管道两端分别连接一个所述进液管与一个所述出液管，所述冷却液经进液管进入对应的冷却管道由对应的出液管排出。

进一步地，所述芯柱两端分别设置有多个所述进液管和多个所述出液管，所述芯柱内部设置有多个所述冷却管道，所述冷却管道两端分别连接多个所述进液管与多个所述出液管，所述冷却液经进液管进入对应的冷却管道由对应的出液管排出。

进一步地，还包括包封体，所述包封体包括线圈包封体与冷却管道包封体，所述线圈包封体位于所述低压线圈外围，所述冷却管道包封体位于所述冷却管道左右两侧。

进一步地，述冷却管道还设有接地螺母，使冷却管道的电位为零。

进一步地，所述冷却管道与所述低压线圈之间留有间隙，且该间隙内设有绝缘层。

进一步地，所述绝缘层为厚度不小于1mm的环氧树脂层。

进一步地，所述芯柱包括多个层叠设置的第一铁芯片，所述铁轭包括多个层叠设置的第二铁芯片，所述第一铁芯片与第二铁芯片的截面呈阶梯状，且所述第一铁芯片的两端朝端部方向缩小，所述第二铁芯片与第一铁芯片的连接位置设有凹槽，所述凹槽沿第一铁芯片缩小的方向凹陷，所述第一铁芯片的缩小端和所述第二铁芯片的凹槽叠接。

进一步地，还设有循环泵，所述循环泵设置于所述进液管外侧，驱动冷却水充满夹件内部的水冷管道。

相比现有技术，本发明的有益效果在于：

本发明提供了一种具有循环液冷功能的变压器，在低压线圈与芯柱内部设置若干冷却管道，冷却液经多个进液管进入冷却管道，充满冷却管道后由出液管排出。在变压器工作过程中，冷却水在冷却管道内不断循环流动，能够有效吸收变压器所产生在空气中的热量，在短时间内有效的降低变压器中铁芯与线圈运行的温度，提高线圈的过载能力。在变压器需大幅度或过载运行时，保证线圈的温升控制在国家标准的限值内，增加变压器的运行寿命，满足变压器的散热需求。

附图说明

图1为本发明所提供实施例低压线圈竖直方向的截面图；

图2为本发明所提供实施例低压线圈的水平方向截面图；

图3为本发明所提供实施例冷却管道竖直方向截面图；

图4为本发明所提供实施例铁芯的结构示意图；

图5为图4中A-A面的示意图；

图6为本发明所提供实施例芯柱的截面图；

图中：100、冷却管道；11、进液管；12、出液管；13、封板；14、接地螺母；15、冷却管道包封体；200、低压线圈；21、第一线圈单元；22、第二线圈单元；23、线圈包封体；24、导电排；300、高压线圈；400、铁轭；500、芯柱；51、第一铁芯片。

具体实施方式

下面，结合附图以及具体实施方式，对本发明做进一步描述，需要说明的是，在不相冲突的前提下，以下描述的各实施例之间或各技术特征之间可以任意组合形成新的实施例。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“水平”、“竖直”、“顶”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为本发明的限制。此外，术语“”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接连接，也可以通过中间媒介间接相连，或是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

如图1-6所示，本发明提供了一种具有循环液冷功能的变压器，所述变压器包括线圈与铁芯，所述铁芯包括芯柱500与铁轭400，所述线圈同轴套设于所述芯柱500，所述芯柱500与铁轭400固定连接；所述线圈包括高压线圈300与低压线圈200，所述低压线圈200套设于所述芯柱500外，所述高压线圈300套设于所述低压线圈200外；还包括若干冷却管道100，所述冷却管道100分别设于所述低压线圈200与所述芯柱500内，所述冷却管道100分别设有进液管11、出液管12，所述进液管11连接冷却液源，所述出液管12连接排液口，冷却水经进液管11进入冷却管道100由出液管12排出。

本申请中提供的变压器，在低压线圈200与芯柱500内部设置若干冷却管道100，冷却液经多个进液管11进入冷却管道100，充满冷却管道100后由出液管12排出。在变压器工作过程中，冷却水在冷却管道100内不断循环流动，能够有效吸收变压器所产生在空气中的热量，在短时间内有效的降低变压器中铁芯与线圈运行的温度，提高线圈的过载能力。在变压器需大幅度或过载运行时，保证线圈的温升控制在国家标准的限值内，增加变压器的运行寿命，满足变压器的散热需求。

具体的，如图1、2所示，为本发明所提供的低压线圈200竖直方向与水平方向的截面图。低压线圈200沿芯柱500的轴向依次绕设在芯柱500外，包括了第一线圈单元21与第二线圈单元22，第一线圈单元21套设于芯柱500外围，第二线圈单元22位于所述第一线圈单元21外围。第一线圈单元21与第二线圈单元22的两侧均设有绝缘的线圈包封体23。导电排24由线圈包封体23伸出，与接线端连接。所述第一线圈单元21与所述第二线圈单元22之间留有间隙，冷却管道100位于该间隙中。该冷却管道100分别设置有进液管11与出液管12，进液管11连接冷却液源，出液管12连接排液口。

进液管11与出液管12的位置可以根据冷却液源与排液口的情况具体设置。一种可行的实施方式，将进液管11设于冷却管道100的底面，将出液管12设置于冷却管道100的顶面。冷却液由进液管11进入冷却管道100并使冷却管道100内充满冷却液，再由出液管12排出，保证冷却液能时刻充满冷却管道100内部，及时排走变压器所产生的热量。但这种设置方式需要水泵较大的动力才能保证冷却液从出液管12排出且容易对进液管11造成较大的压力，容易损坏。因此在本实施例中，进液管11与出液管12分别设置于冷却管道100的两端。进液管11位于冷却管道100的顶部，连接冷却液源，出液管12位于冷却管道100的底部，连接排液管。

铁芯包括铁轭400与芯柱500，芯柱500上下两端均与铁轭400固定连接，芯柱500内部设置有冷却管道100，且芯柱500分别设置有进液管11与出液管12。具体芯柱500内部的冷却管道100的设置方式与上述设于第一线圈单元21与第二线圈单元22之间间隙的冷却管道100相同，在此不做赘述。芯柱500两端均设置有多个的进液管11和出液管12。作为一种可行的实施方式，芯柱500内部设置一根冷却管道100，所述冷却管道100两端连接所有进液管11与出液管12。通过多个进液管11与出液管12，可以加快冷却管道100内冷却液的单位时间内进入量与排出量。每立方米的冷却液在单位时间内能吸收的热量是固定的，而加快冷却液的流动速度则可以加快吸收变压器所产生的热量，从而更好地降低铁芯温度。

在本实施例中，在芯柱500内部设置多个冷却管道100，每个冷却管道100两端均设置有其对应的进液管11与出液管12。每个所述进液管11均连接冷却液源，冷却液经进液管11进入所述冷却管道100后由对应的出液管12排出。冷却液形成多管道循环流动，且每个冷却管道100内的冷却液均独立流动，不受其余冷却管道100影响。这可避免某个进液管11或出液管12漏水，冷却液无法密封于冷却管道100内部，导致变压器不能散热，影响变压器的正常工作。若其中某个进液管11或出液管12出现漏水或某个冷却管道100堵塞，则可排出该冷却管道100内的冷却液，暂停该冷却管道100的冷却工作，其余冷却管道100正常使用，及时排出变压器所产生的热量，不影响其正常工作。

如图3所示，为冷却管道100竖直方向的剖面图。冷却管道100上下两端均设有封板13，所有两侧设置有冷却管道包封体15。封板13所在的水平面位于冷却管道100的内部，垂直于冷却管道100的侧壁。进水管与出水管设于封板13的中间，方便水流的均匀进出。在进液管11的一侧还接地螺母14，通过所述接地螺母14将冷却管道100可靠接地，保证其电位为零，以防冷却管道100产生悬浮电位引起触点事故。

冷却管道100均与进液管11、出液管12无缝焊接，焊接处表面平整、光滑，保证冷却管道100内部形成密闭空间，冷却液充满该密闭空间，且冷却液不能从冷却管道100内漏出。如果冷却液渗漏，轻则导致变压器绝缘老化，绝缘水平降低，重则引发短路，产生电火花，影响变压器的正常工作甚至着火、爆炸。因此进液管11、出液管12、冷却管道100保证严密焊接，保证冷却液不渗漏。冷却管道100外表面先涂防锈底漆，再涂设绝缘漆，保证冷却管道100的使用寿命与绝缘。在本实施例中，冷却液采用自来水，成本较低且来源广，环保节能，不会造成污染。用户可根据实际情况选取不同的冷却液，可以采用比热容更大的液体。

由于传统的低压线圈200均为垂直设置，冷却液难以充满整个夹件内部。因此还设置有循环泵，循环泵则设置于进液管11外侧，冷却液通过循环泵由进液管11进去冷却管道100，由下端的出液管12排出，驱动冷却液充满冷却管道100。只需要一个循环泵，一种可行的实施方式，将循环泵与变压器分开放置，将循环泵放置于地下室等非人员密集区的位置，防止循环泵工作产生的噪音干扰。循环泵的噪音与变压器工作的噪音分开，互不干扰，利于将变压器的噪音分贝控制在国家标准的范围内。传统的变压器的冷却方式是风机向线圈内外表面吹风进行冷却，而本实施例中采用的循环液冷可以避免风机产生的噪音与热量，降低变压器的整体运行噪声，且降低电量损耗，节能环保。

冷却液不断循环流动，带走线圈内部的热量，达到快速降低线圈温升的目的，从而增加线圈的绝缘寿命，提高线圈的过载能力。采用循环液冷的方式快速散热，使变压器的运行容量可以提高30%~40%，适用于运行容量随季节性变化大的变压器，或者在某台变压器发生故障退出运行后，其余变压器需大幅度过载运行使用，使得变压器在过载时仍能保证线圈的温升控制在国家标准的限制范围内。

在低压线圈200真空浇注的过程中，把冷却管道100浇注在线圈内部。冷却管道100与第一线圈单元21之间存在一定的间隙，在该间隙内设置有绝缘层，具体为厚度不小于1毫米的环氧树脂层。加热固化后，能提高变压器绝缘系统的抗电强度和绝缘电阻，以提高其电气绝缘性能。同时提高变压器在运输和使用过程中的耐振动和耐冲击性能。

当冷却管道100的宽度W较小时，冷却液在冷却管道100内的流动速度几乎不变，对线圈的散热效果影响不大。因此可以适当缩小冷却管道100的宽度W，从而缩小低压线圈200的直径。当低压线圈200的直径缩小时，高压线圈300的直径可随之减小。当线圈的匝数保持在一定数值时，线圈的长度会缩短。在导体横截面积保持不变的情况下，线圈长度缩短，则线圈的电阻会减少，线圈的损耗降低，减少线圈的发热量，线圈的温升也随之降低。另外，线圈长度缩短，重量降低，减少变压器的材料成本，节能环保。

所述芯柱500包括多个层叠设置的第一铁芯片51，所述铁轭400包括多个层叠设置的第二铁芯片，且所述第一铁芯片51和第二贴芯片的两端均朝端部方向缩小，所述第二铁芯片与第一铁芯片51的连接位置设有凹槽，所述凹槽沿第一铁芯片51缩小的方向凹陷，所述第一铁芯片51和所述第二铁芯片交错叠接，接缝呈阶梯状，以形成磁通回路。阶梯状的接缝有效减少变压器的空载铁芯损耗。在阶梯状接缝的情况下，磁力线能垂直的进入相邻的铁芯片，空载电流随之减少，此时作用在铁芯片的电磁力减小，且使得铁芯片被压紧，变压器的噪声则明显降低。且阶梯状的接缝能有效减少变压器的空载铁芯损耗，减低铁芯的重量和制作耗材。

当变压器长时间过电运行或三次谐波较大时，铁芯产生的损耗较大，发热量增加，引起铁芯的温升较高，往往会超过国家标准的限值，严重影响变压器的运行寿命。在本实施例中，当线圈的直径减小，则可减少芯柱500之间的中心距离Mo，铁轭400的长度随之减少，从而降低第一铁芯片51与第二铁芯片的重量。而铁芯的空载损耗与其重量成正比，因此铁芯的空心损耗降低，发热量减少。铁芯外围的绝缘层老化速度变慢，有效地提高变压器的运行寿命，降低变压器的材料成本。

第一铁芯片51依次首尾相连，形成一个整体，进一步减少了铁芯上涡流效应的产生，增加了变压器铁芯的强度。且铁轭400的截面呈矩形或者 “D”形，在保证芯柱500与铁轭400叠接效果的同时，大幅减少铁芯的重量和制作耗材并降低噪声，在节约生产成本的同时还进一步减小噪音和空载损耗。接缝形成一定的间隙空间，在该间隙空间内填充有环氧树脂层，加热固化后，使得铁芯片形成一个整体，提高变压器绝缘系统的抗电强度和绝缘电阻，以提高电气绝缘性能，有效降低第一铁芯片51与第二铁芯片上的涡轮效应，进一步降低了铁芯损耗。

更进一步的，接缝的斜角呈45度，且接缝设置有至少5级。斜接缝的结构可以有效改善本实施例中铁芯接缝处的磁场分布，使得铁芯的磁漏更低，大幅提成变压器的效率。并且接缝的数量在5级以上亦能增加芯柱500与铁轭400叠接后的机械连接强度。

变压器在工作过程中会产生一定的噪声，主要是由于铁芯振动而产生的噪音，铁轭400大部分裸露在空气中，会造成较大的噪音。芯柱500的第一铁芯片51两端朝端部方向缩小，比传统变压器的芯柱500直径小，即减小芯柱500的截面积，增加芯柱500的磁通密度，磁通密度的增大会导致噪音增大，但芯柱500由于线圈具有屏蔽作用，噪声会有一定的衰减，总体影响不大。铁轭400第二铁芯片的截面积均朝端部方向缩小，呈阶梯状，增加第二铁芯片的截面积，减少铁轭400的磁通密度，降低铁轭400产生的噪音，有效减少铁芯所产生总噪音。另外，由于铁轭400与芯柱500接触面积增加，有利于铁芯传递热量，加速散热。由于芯柱500的直径减小，绕设于芯柱500的线圈直径可随之变小。线圈所使用的材料重量、长度及电阻降低，可以有效的节约耗材，降低成本，达到节能环保的作用。

上述实施方式仅为本发明的优选实施方式，不能以此来限定本发明保护的范围，本领域的技术人员在本发明的基础上所做的任何非实质性的变化及替换均属于本发明所要求保护的范围。

Claims (10)

1.一种具有循环液冷功能的变压器，其特征在于，所述变压器包括线圈与铁芯，所述铁芯包括芯柱与铁轭，所述线圈同轴套设于所述芯柱，所述芯柱与铁轭固定连接；所述线圈包括高压线圈与低压线圈，所述低压线圈套设于所述芯柱外，所述高压线圈套设于所述低压线圈外；还包括若干冷却管道，所述冷却管道分别设于所述低压线圈与所述芯柱内，所述冷却管道分别设有进液管、出液管，所述进液管连接冷却液源，所述出液管连接排液口，冷却水经进液管进入冷却管道由出液管排出。

2.如权利要求1所述具有循环液冷功能的变压器，其特征在于，所述低压线圈包括第一线圈单元与第二线圈单元，所述第一线圈单元套设于芯柱外围，第二线圈单元套设于第一线圈单元外围；第一线圈单元与所述第二线圈单元之间留有间隙，该间隙内设有若干冷却管道。

3.如权利要求2所述具有循环液冷功能的变压器，其特征在于，所述芯柱两端分别有多个所述进液管和多个所述出液管，所述芯柱内部设置有多个所述冷却管道，所述冷却管道两端分别连接一个所述进液管与一个所述出液管，所述冷却液经进液管进入对应的冷却管道由对应的出液管排出。

4.如权利要求2所述具有循环液冷功能的变压器，其特征在于，所述芯柱两端分别设置有多个所述进液管和多个所述出液管，所述芯柱内部设置有多个所述冷却管道，所述冷却管道两端分别连接多个所述进液管与多个所述出液管，所述冷却液经进液管进入对应的冷却管道由对应的出液管排出。

5.如权利要求2所述具有循环液冷功能的变压器，其特征在于，还包括包封体，所述包封体包括线圈包封体与冷却管道包封体，所述线圈包封体位于所述低压线圈外围，所述冷却管道包封体位于所述冷却管道左右两侧。

6.如权利要求2所述具有循环液冷功能的变压器，其特征在于，所述冷却管道还设有接地螺母，使冷却管道的电位为零。

7.如权利要求1所述具有循环液冷功能的变压器，其特征在于，所述冷却管道与所述低压线圈之间留有间隙，且该间隙内设有绝缘层。

8.如权利要求7所述具有循环液冷功能的变压器，其特征在于，所述绝缘层为厚度不小于1mm的环氧树脂层。

9.如权利要求1所述具有循环液冷功能的变压器，其特征在于，所述芯柱包括多个层叠设置的第一铁芯片，所述铁轭包括多个层叠设置的第二铁芯片，所述第一铁芯片与第二铁芯片的截面呈阶梯状，且所述第一铁芯片的两端朝端部方向缩小，所述第二铁芯片与第一铁芯片的连接位置设有凹槽，所述凹槽沿第一铁芯片缩小的方向凹陷，所述第一铁芯片的缩小端和所述第二铁芯片的凹槽叠接。

10.如权利要求1所述具有循环液冷功能的变压器，其特征在于，还设有循环泵，所述循环泵设置于所述进液管外侧，驱动冷却水充满夹件内部的水冷管道。

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