CN112038061B - 一种高过载能力配电变压器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种高过载能力配电变压器，包括油浸变压器，所述油浸变压器包括铁芯、低压侧绕组、变压器油箱、冷却装置、绝缘套管、调压装置和保护装置，所述油浸变压器的内部设有绝缘油，该绝缘油内设有若干蓄热胶囊，各个所述蓄热胶囊的整体密度与绝缘油的密度相同，各个所述蓄热胶囊的内部填充有石蜡与碳化硅粉末，所述低压侧绕组由中空铜导线构成，所述中空铜导线的中空部分充有乙醇与空气，所述变压器油箱设有夹层，所述夹层内部灌注石蜡。与现有技术相比，本发明具有延长变压器过载时限、优化蓄热材料的导热效果等优点。

Description

一种高过载能力配电变压器

技术领域

本发明涉及一种电力设备，尤其是涉及一种高过载能力配电变压器。

背景技术

配电变压器的安全稳定运行直接关系着电网的运行稳定性，随着国民经济的发展，配网负荷日益增加，另一方面随着电动汽车的普及、大功率直流充电桩的建设，各种短时大功率冲击性负荷越来越多的投入运行，很多地区的配电变压器不堪重负，故障、火灾频发，然而扩容更换变压器成本高昂、人力物力消耗巨大，且对于现有负荷率波动极大的城乡配网，面对大量低负荷季节时段，更换大容量变压器还存在容量利用率低、空载损耗大、功率因数低的问题。因此，新型高过载变压器应运而生，一定程度上解决了上述问题，然而常规的高过载变压器过载能力还不够强，例如典型产品过载2倍运行时间仅为1小时，过载1.5倍运行时间仅为2小时，对于夏季负荷高峰显然过载能力明显不够，普通变压器过载运行的温升随时间变化曲线如图1所示，变压器严重过负荷引发起火事故，在各地夏季高峰用电期间，此类事故屡次发生，即使高过载型变压器也无法幸免。

传统高过载变压器仍基于普通油浸或干式变压器设计思路，即仅提升其绝缘等级。由于温升耐受能力提升有限，而变压器过载后温度上升很快，实际并不能连续长时间经历过负荷。现有技术中，有些高过载变压器采用强制冷却手段来控制温升，进而提高过负荷能力，但因强制方式冷却噪音大、且需要添加风控回路，对很多场合并不适用。此外，传统高过载变压器均匀热量的效果较差，无法实现变压器内部温度场分布的有效优化，导致整个变压器温度分布不均匀。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种高过载能力配电变压器，该配电变压器具有通过极其方便的手段大幅提升变压器的过载能力，实现了变压器过载时限的延长，同时极大优化了变压器内部温度场分布，使整个变压器温度分布趋于均匀，且进一步优化蓄热材料的导热效果，提升过载能力。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种高过载能力配电变压器，包括油浸变压器，所述油浸变压器包括铁芯、低压侧绕组、变压器油箱、冷却装置、绝缘套管、调压装置和保护装置，所述油浸变压器的内部设有绝缘油，该绝缘油内设有若干蓄热胶囊，各个所述蓄热胶囊的整体密度与绝缘油的密度相同，各个所述蓄热胶囊的内部填充有石蜡与碳化硅粉末，所述低压侧绕组由中空铜导线构成，所述中空铜导线的中空部分充有乙醇与空气，所述变压器油箱设有夹层，所述夹层内部灌注石蜡。

进一步地，所述石蜡为熔点在80～100摄氏度的石蜡。

进一步地，各个所述蓄热胶囊的内部填充有90％的石蜡与10％的碳化硅粉末。

进一步地，若干所述蓄热胶囊的投入的总体积占在绝缘油的体积的25％。

进一步地，各个所述蓄热胶囊由PP材质构成。

进一步地，各个所述蓄热胶囊的单个尺寸在1～3mm之间。

进一步地，所述绝缘油内部还投入有氧化铝陶瓷粉末。

进一步地，所述氧化铝陶瓷粉末不低于300目，所述氧化铝陶瓷粉末投入在绝缘油的容积不低于绝缘油容积的5％。

本发明提供的高过载能力配电变压器，相较于现有技术至少包括如下有益效果：

一、本发明采用蓄热原理，将蓄热介质做成微型胶囊，投入既有变压器的绝缘油中，改造过程无需对变压器结构做任何改动，甚至可在带电运行时改动，借助蓄热介质的潜热蓄热能力，大幅提升绝缘油的比热，从而在变压器过载运行时有效吸收过量发热，平抑温升，即采用极其方便的手段大幅提升了变压器的过载能力，实现了变压器过载时限的延长。

二、本发明变压器的低压侧绕组由中空铜导线构成，通过内部中空灌注乙醇，将导线本身变成热管，可作为发热主体的绕组线圈，同时起到了均匀热量的效果，通过利用导线变为热管，可极大优化变压器内部温度场分布，使整个变压器温度分布趋于均匀，同时进一步优化蓄热材料的导热效果。

三、本发明变压器油箱设有夹层，夹层内部灌注有石蜡，可借助夹层中的石蜡，起到更大的蓄热效果，使变压器过载运行的时间进一步延长。

四、本发明方法设置的氧化铝陶瓷粉末与蓄热胶囊在油中共同循环，可有效均匀电场、从而规避静电产生条件，保护变压器绝缘。

五、氧化铝粉末与蓄热胶囊中的碳化硅材料均有5-15W/(m·K)的导热系数，是绝缘材料中相当高的导热系数，将二者在绝缘油中仪器参与循环，能够极大地提升传导散热效果，进一步降低温升，提升过载能力。

六、由于蓄热介质的蓄热，使得变压器温升越限的概率大幅降低，又因氧化铝陶瓷粉末自身是很好的阻燃剂，当以5％的体积比例添加至绝缘油中时，能有效提升绝缘油的闪点，从而预防变压器火灾的发生。

七、蓄热介质的蓄热效用能够将变压器油的温升变化趋于缓和，使得在负荷骤变的情况下，变压器的温升不会忽高忽低，从而降低绕组绝缘材料的热胀冷缩，延长绕组寿命。

八、本发明变电器可应用于很多负荷波动平凡的场合，无需更换大规格容量的变压器，从而有效降低大规格变压器在低谷时的低效率高损耗问题；此外蓄热手段的应用也有效降低了变压器的平均温度，而导电材料的电阻率与温度成正比，当温度降低后，铜损也同时降低，进一步起到节能作用。

附图说明

图1为实施例中采用普通变压器过载运行的温升随时间变化曲线；

图2为实施例中采用高过载能力配电变压器过载运行的温升随时间变化曲线。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应属于本发明保护的范围。

实施例

本发明涉及一种高过载能力配电变压器，该配电变压器包括油浸变压器，该油浸变压器包括铁芯、低压侧绕组、变压器油箱、冷却装置、绝缘套管、调压装置和保护装置，具体包括铁芯、高压侧绕组、低压侧绕组、变压器油箱、油表、吸湿器、安全气道、汽体继电器、高压套管、低压套管、分接开关、放油阀门、接地板、信号式温度计等。其铁芯和高压侧绕组、低压侧绕组浸入灌满变压器油的变压器油箱中。

油浸变压器的内部充有绝缘油，该绝缘油内部设有若干蓄热胶囊，蓄热胶囊的单个尺寸在1～3mm之间，若干蓄热胶囊的总体积占绝缘油体积的25％，每个蓄热胶囊的内部充有90％的石蜡与10％的碳化硅粉末，每个蓄热胶囊由PP材质构成，其整体密度与绝缘油相同。

绝缘油内部还放有氧化铝陶瓷粉末，氧化铝陶瓷粉末不低于300目，其容积不低于绝缘油容积的5％。

本实施例的蓄热胶囊可在80～100度温度范围内，具备绝缘油5倍以上的比热，通过25％的蓄热胶囊的掺入，可使绝缘油的蓄热能力提升1倍，从而实现数小时的过负荷工况油温不越限的要求；将氧化铝陶瓷粉末投入在运变压器的绝缘油中，该氧化铝陶瓷粉末不低于300目，可使氧化铝粉末形成悬浮能力，在循环的绝缘油中均匀分布，实现绝缘油导热能力的整体优化；其投入的容积不低于绝缘油容积的5％。其中，每个蓄热胶囊由PP材质构成，其整体密度与绝缘油相同。每个蓄热胶囊的内部充有90％的石蜡与10％的碳化硅粉末。碳化硅用来实现胶囊内部的石蜡导热能力的提高，本发明使用的蓄热胶囊的单个尺寸(长度、宽度、厚度)在1～3mm之间，这使得蓄热胶囊能随着绝缘油悬浮流动，并不会阻塞变压器内部油道。

本发明变压器的低压侧绕组由中空铜导线构成，中空铜导线的中间空心部分充有乙醇与空气。

变压器油箱设有夹层，该夹层内部灌注石蜡，石蜡的熔点在80-100摄氏度。

本发明高过载能力配电变压器的基本工作原理为：

在现有油浸高过载变压器的基础上，设计特殊的蓄热胶囊系统，利用高分子相变蓄热材料对变压器过负荷运行时的热量进行吸收，由于相变材料的储能特性，可实现2倍过负荷连续至少运行5小时油温不越限的良好性能。

相变蓄热材料可以在固体向液体转化过程中起手大量的热量，对于常用的中温蓄热材料石蜡，在40～60℃的相变温度区间内的比热可达液态水的数十倍，蓄热槽(自身蓄热槽及蓄热胶囊)内的蓄热材料升温，逐步由固态转化为液态，在相变转换过程中，由于蓄热材料可在温度上升不多的条件下吸收大量的热量，因此即使经过较长时间，绝缘油的温度仍旧较低，实现了长时间过载运行的油温控制。

当变压器负荷恢复到正常值以下后，油温逐步降低，相变材料也通过环境的散热作用逐步凝固为固体，等待下一次过负荷运行。本发明变压器的低压侧绕组由中空铜导线构成，中间空心部分充有乙醇与空气，这就形成了热管，本发明巧妙利用变压器低压侧较粗的铜导线，通过内部中空灌注乙醇，将导线本身变成热管，这样，作为发热主体的绕组线圈，同时起到了均匀热量的效果，一般变压器的发热情况是下部温度低，上部温度高，通过利用导线变为热管，将能极大优化变压器内部温度场分布，使整个变压器温度分布趋于均匀，同时进一步优化蓄热材料的导热效果。变压器油箱设有夹层，在夹层内部灌注石蜡，石蜡的熔点在80-100摄氏度，这样就可借助夹层中的石蜡，起到更大的蓄热效果，使变压器过载运行的时间进一步延长。

采用的氧化铝粉末与蓄热胶囊中的碳化硅材料均有5-15W/(m·K)的导热系数，这在绝缘材料中相当高，当它们在绝缘油中仪器参与循环，将能极大地提升传导散热效果，进一步降低温升，提升过载能力。此外，设置的氧化铝陶瓷粉末与蓄热胶囊在油中共同循环，可有效均匀电场、从而规避静电产生条件，保护变压器绝缘，解决了绝缘油静电问题。

由于蓄热介质的蓄热，使得变压器温升越限的概率大幅降低，同时，采用的氧化铝陶瓷粉末本身是很好的阻燃剂，当以5％的比例添加在绝缘油中时，能有效提升绝缘油的闪点，从而预防变压器火灾的发生。蓄热介质的蓄热效用合适的变压器油的温升变化趋于缓和，这样在负荷骤变的情况下，变压器的温升也不会忽高忽低，从而降低绕组绝缘材料的热胀冷缩，延长绕组寿命。

本发明巧妙地通过相变蓄热材料，对变压器过载运行的过量热损耗进行吸收，避免了风扇油泵温控回路的使用，同时变压器体积小、成本低。使用本发明变压器与普通高过载变压器过载运行的温升随时间变化曲线如图1、2所示，可见当过载时间较长时，普通变压器油温急剧上升，远远超过60℃的允许值，而采用蓄热技术的变压器长时间过载后，过载发热大部分被蓄热材料以潜热方式吸收，油温上升缓慢，基本温升不会超过65℃，控制油温越限能力显著优于普通变压器。

本发明提出的高过载能力配电变压器巧妙地采用蓄热原理，并且将蓄热介质做成微型胶囊，投入既有变压器的绝缘油中，改造过程无需对变压器结构做任何改动，甚至可以在带电运行时改动，借助蓄热介质的潜热蓄热能力，大幅提升绝缘油的比热，从而在变压器过载运行时有效吸收过量发热，平抑温升用极方便的手段实现了变压器过载时限的延长，这与现有技术单纯加强绝缘的方案相比，有了实质性的进步。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的工作人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (8)

1.一种高过载能力配电变压器，包括油浸变压器，所述油浸变压器包括铁芯、低压侧绕组、变压器油箱、冷却装置、绝缘套管、调压装置和保护装置，其特征在于，所述油浸变压器的内部设有绝缘油，该绝缘油内设有若干蓄热胶囊，各个所述蓄热胶囊的整体密度与绝缘油的密度相同，各个所述蓄热胶囊的内部填充有石蜡与碳化硅粉末，所述低压侧绕组由中空铜导线构成，所述中空铜导线的中空部分充有乙醇与空气，所述变压器油箱设有夹层，所述夹层内部灌注石蜡。

2.根据权利要求1所述的高过载能力配电变压器，其特征在于，所述石蜡为熔点在80～100摄氏度的石蜡。

3.根据权利要求1所述的高过载能力配电变压器，其特征在于，各个所述蓄热胶囊的内部填充有90％的石蜡与10％的碳化硅粉末。

4.根据权利要求3所述的高过载能力配电变压器，其特征在于，若干所述蓄热胶囊的投入的总体积占在绝缘油的体积的25％。

5.根据权利要求1所述的高过载能力配电变压器，其特征在于，各个所述蓄热胶囊由PP材质构成。

6.根据权利要求1所述的高过载能力配电变压器，其特征在于，各个所述蓄热胶囊的单个尺寸在1～3mm之间。

7.根据权利要求1所述的高过载能力配电变压器，其特征在于，所述绝缘油内部还投入有氧化铝陶瓷粉末。

8.根据权利要求7所述的高过载能力配电变压器，其特征在于，所述氧化铝陶瓷粉末不低于300目，所述氧化铝陶瓷粉末投入在绝缘油的容积不低于绝缘油容积的5％。

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