CN112670051B - 一种水下变压器 - Google Patents

Abstract

水下变压器包括变压器主体、壳体、底座以及补偿器，壳体顶部设置有顶盖，壳体设置为内、外两层，壳体结合底座与顶盖形成内、中两层变压器空间，补偿器设置为内、外两层波纹管结构空间，补偿器的内层空间与变压器内层空间相通并充满变压器油，补偿器内层空间对变压器内层空间进行压力补偿，补偿器的外层空间与变压器中层空间相通并充满变压器油，补偿器的外层空间对变压器中层空间进行压力补偿。本发明采用双层壳体、内导向式双层波纹管补偿器、多补偿器模块化冗余设计，具有可靠性高、安全性好、寿命长等优点。

Description

一种水下变压器

技术领域

本发明涉及变压器技术领域，尤其涉及一种水下变压器。

背景技术

随着国际社会对能源需要的增加，世界范围内的深海油气开发活动日渐活跃。在深海开发过程中除了兴建大量的水面油气生产平台外，水下生产系统也已成为深海海洋工程技术的重要组成部分。

目前水下生产系统中广泛采用液压流体和电气控制的复合方式，即复合电液控制技术。而不依赖液压流体的全电控制的概念在水下生产控制系统中具有较大的吸引力。水下全电控制技术能够提高整个水下系统的可靠性，同时在开发成本和运行成本方面也具有一定的优势，尤其是液压控制流体的放空或者泄漏对环境保护存在风险，而全电控制技术能够从根本上解决这个问题。

通过开发相关的水下电气设备，可以克服目前的电力输送瓶颈。安装水下生产工艺设备需要较多的电力支持，因此必须采用高压输配电的方式，有水下电力分配设备的支持，包括水下的电力降压变压器、中压开关柜以及变频器等设备。

水下变压器作为水下生产系统电力输送与电能转换的关键设备，在水下生产系统中具有重要作用。由于长期处于海洋深水环境，其工作条件复杂，工作环境恶劣，维护保障不便，给水下变压器的设计研制带来了困难。

针对海洋深水环境研制水下变压器，必须解决结构防腐、承压、密封、高可靠性、免维护、长寿命等关键问题。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术中存在的上述问题，提供了一种水下变压器，其特征在于，所述水下变压器包括变压器主体、壳体、底座以及多个补偿器；

所述壳体包括外壳体和内壳体，所述壳体顶部设置有顶盖，所述壳体、底座和顶盖形成变压器内层空间和变压器中层空间；多个所述补偿器均设置所述顶盖上表面，所述补偿器均包括补偿器外层空间和补偿器内层空间；

所述补偿器内层空间与所述变压器内层空间连通，所述补偿器内层空间用于对所述变压器内层空间进行压力补偿；所述补偿器外层空间与所述变压器中层空间连通，所述补偿器外层空间用于对所述变压器中层空间进行压力补偿。

更进一步地，所述补偿器与顶盖采用焊接工艺或密封圈结构进行密封。

更进一步地，所述水下变压器包括变压器接管；

所述补偿器内层空间设置有内层补偿器接口，所述变压器内层空间通过所述变压器接管与所述内层补偿器接口连接；

所述补偿器外层空间设置有外层补偿器接口，所述变压器中层空间通过所述变压器接管与所述外层补偿器接口连接；

所述变压器接管的连接处采用法兰密封。

更进一步地，所述补偿器数量为3个以上，所述补偿器采用内导向式双层波纹管结构。

更进一步地，所述外壳体内部设置有充油口，所述充油口与所述外壳体采用密封结构连接，所述变压器中层空间和变压器内层空间填充有压力油。

更进一步地，所述变压器中层空间与所述变压器内层空间相互隔绝，所述变压器主体采用预压手段使所述变压器内层空间压力大于所述变压器中层空间的压力，所述变压器中层空间的压力大于外侧海水的压力。

更进一步地，所述变压器主体与所述内壳体之间还设置有支撑骨架，所述支撑骨架与所述内壳和所述变压器主体采用焊接工艺连接。

更进一步地，所述外壳体的底部设置有水下电连接器，所述外壳体的侧面还设有控制仓，所述控制仓用于安装电子监控设备；所述控制仓采用全焊接或密封圈结构与所述外壳体连接。

更进一步地，所述外壳体与所述补偿器由钛合金或不锈钢等高耐腐蚀性材料制造而成，用于避免异种金属间电化学腐蚀现象。

更进一步地，所述底座由钛合金材料制成，所述底座与所述外壳体采用焊接工艺连接。

本发明中的变压器采用双层壳体和多补偿器结构的方案，有效确保总体补偿体积的同时降低了单个补偿器的制造工艺难度和成本，采用N+1模块化冗余设计理念，当任意补偿器失效，其余补偿器依然可有效补偿变压器内层空间，提高设备可靠性、安全性。

本发明中的补偿器采用双层结构，内外两侧分别为变压器的中层空间和内层空间进行补偿，在外层波纹管意外破损的情况下依然能有效补偿变压器内层空间7，极大提高了变压器内层空间7的可靠性和安全性。

本发明中的补偿器为导向式双层波纹管补偿结构，采用波纹管自身预压或者补偿弹簧进行压力补偿，确保变压器内层空间和中层空间内部压力略高于外部海水压力，有效避免外部海水进入变压器内部导致的恶劣后果；同时导向式波纹管补偿器结构解决了现有波纹管补偿方向不确定导致的失稳和寿命缩短现象；导向柱能够稳定波纹管补偿的方向，同时配合设置在导向柱上的位移传感器，实现在线监测补偿器运行的状态。

本发明中的补偿器采用模块化的设计，方便维修更换，维修更换的成本相对于单个大容量补偿器的维修更换成本降低了一半。

附图说明

图1是本发明实施例提供的一种水下变压器的结构示意图；

图2是本发明实施例提供的一种水下变压器的剖面示意图；

图3是本发明实施例提供的一种水下变压器的外形结构示意图。

其中，1-变压器主体、2-底座、3-补偿器、4-顶盖、5-外壳体、6-内壳体、7-变压器内层空间、8-变压器中层空间、9-补偿器外层空间、10-补偿器内层空间、11-内层补偿器接口、12-外层补偿器接口、13-变压器接管、14-充油口、15-支撑骨架、16-水下电连接器、17-控制仓、18-导向柱。

具体实施方式

下面通过实施例，并结合附图1-3，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。

如附图1所示，本发明提供一种水下变压器，该水下变压器包括变压器主体1、壳体、底座2以及补偿器3；壳体包括外壳体5和内壳体6，壳体顶部设置有顶盖4，壳体结合底座2与顶盖4形成变压器内层空间7和变压器中层空间8，补偿器3设置为补偿器外层空间9和补偿器内层空间10，补偿器内层空间10与变压器内层空间7相通并充满变压器油，补偿器内层空间10对变压器内层空间7进行压力补偿，补偿器外层空间9与变压器中层空间8相通并充满变压器油，补偿器外层空间9对变压器中层空间8进行压力补偿。当外壳体5意外损坏导致变压器中层空间8暴露在海水中时，由于变压器主要部件设置于变压器内层空间7，内壳体6对变压器重要部件进行保护，因此变压器仍可以进行工作，从而为及时维修提供缓冲空间，而补偿器3设置为内外两层也是为了使补偿器3在外层波纹管意外损坏导致内层波纹管暴露在海水中时，补偿器内层空间10补偿变压器内层空间7的变形量，防止补偿器失效导致变压器壳体破裂。双层壳体、双层波纹管式压力补偿器的结构可有效提高水下变压器可靠性，安全性，降低水下变压器深海工作时的失效风险。

进一步细说，补偿器3采用多补偿结构的模块化设计，多个补偿器3设置于顶盖4的上部，补偿器3与顶盖4均采用焊接工艺或密封圈结构连接，使用焊接工艺或密封圈结构连接能够提高补偿器3与顶盖4的稳固性，提高变压器的使用寿命。

进一步细说，水下变压器还设有变压器接管13；补偿器内层空间10设有内层补偿器接口11，变压器内层空间7通过变压器接管13与内层补偿器接口11连接；补偿器外层空间9设置有外层补偿器接口12，变压器中层空间8通过变压器接管13与外层补偿器接口12连接；变压器接管13的连接处采用法兰密封。外层补偿结构用于补偿变压器中层空间内变压器油压力和温度的变化，内层补偿结构用于补偿变压器内层空间内变压器油压力和温度的变化，保证内层空间设备的平稳运行，而使用法兰连接也使得两条接管的连接强度更高、密封性更好、拆卸更方便。

进一步细说，补偿器3设置至少为三个，区别于以往深海补偿器配置，本发明补偿器配置采用双层补偿结构多补偿器配置方案，在有效确保总体补偿体积的同时降低了单个补偿器的制造工艺难度和成本，采用N+1模块化冗余设计理念，当任意补偿器失效，其余补偿器依然可有效补偿变压器内层空间，提高设备可靠性、安全性，同时模块化设计方便维修更换，维修更换的成本相对于单个大容量补偿器的维修更换成本至少降低了一半；采用多个补偿器3的外层空间和内层空间分别补偿变压器的中层空间8和内层空间7，在外层波纹管意外破损的情况下依然能有效补偿变压器内层空间7，极大提高了变压器内层空间7的可靠性和安全性；区别于以往深海补偿器结构，补偿器3为导向式双层波纹管补偿结构，采用波纹管自身预压或者补偿弹簧进行压力补偿，确保变压器内层空间7和中层空间8内部压力略高于外部海水压力，有效避免外部海水进入变压器内部导致的恶劣后果；为解决以往波纹管补偿器补偿方向不确定导致的失稳和寿命缩短现象，补偿器3内部设计了导向柱18，用来稳定波纹管补偿的方向，同时导向柱上配置位移传感器，在线监测补偿器运行的状态，波纹管材料为橡胶等耐海水耐油的非金属材料或者钛合金、不锈钢等耐海水耐油的金属材料，机械寿命长，选用材料耐腐蚀寿命长，加工制造工艺成熟。

进一步细说，外壳体5内部设置有充油口14，充油口14与外壳体5采用密封结构连接，变压器中层空间8和内层空间7填充有变压器油，变压器油采用高燃点和优异介电性能的绝缘油，充油口14用于外界向变压器中层空间8填充压力油，保证变压器的内层空间压力大于中层空间压力大于外侧海水压力，保证外壳体5的稳固，防止外壳体5发生形变。

进一步细说，变压器中层空间8与变压器内层空间7相互隔绝，变压器主体1采用预压手段，使变压器内层空间7压力大于变压器中层空间8的压力，也使变压器中层空间8的压力大于外侧海水的压力，变压器中层空间8与内层空间相互隔绝，因此中层空间如果被泄露，那么内层空间的设备仍旧完好并可以运行，提高了变压器的再利用率，使用预压手段对变压器内层空间7进行加压，使得变压器的内层空间压力大于中层空间压力大于外侧海水压力，进一步提升了变压器整体的安全性，也避免了中层空间压力油产生的压力过大而导致内壳体6破裂的情况。

进一步细说，变压器主体1与内壳体6之间还设置有支撑骨架15，支撑骨架15与内壳体6和变压器主体1连接处采用焊接工艺连接，支撑骨架15用于支撑变压器主体1并提高变压器内层空间7的强度，使得内层空间的刚性得到保证，使得变压器主体1能抵御一定强度的冲击、碰撞。

进一步细说，外壳体5的底部设置有水下电连接器16，外壳体5的左侧还设置有控制仓17，控制仓17用于安装电子监控设备。

在上述的一种水下变压器中，外壳体5与补偿器3由钛合金材料制造而成，内壳体6由不锈钢材料制造而成，外壳体5使用钛合金材料制造，使得变压器能够长期浸泡于海水环境中而不会被海水腐蚀，内壳体6由于仅与压力油接触，因此使用不锈钢材料制造便能够满足需求。

在上述的一种水下变压器中，顶板与壳体采用焊接工艺或密封圈结构连接，底座2由钛合金或不锈钢材料制成，底座2与外壳体5采用焊接工艺或密封圈结构连接，控制仓17采用全焊接或密封圈结构，顶盖4与壳体使用焊接工艺或密封圈结构连接保证了变压器整体的密封性和强度，底座2由钛合金或不锈钢材料制成也使得底座2能够更好的存在于海底的各种环境，而控制仓17采用全焊接工艺或密封圈结构也是为了保证控制仓17的密封性能，保护电子监控设备的安全性。

本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

尽管本文较多地使用了大量术语，但并不排除使用其它术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便地描述和解释本发明的本质；把它们解释成任何一种附加的限制都是与本发明精神相违背的。

Claims (10)

1.一种水下变压器，其特征在于，所述水下变压器包括变压器主体（1）、壳体、底座（2）以及多个补偿器（3）；

所述壳体包括外壳体（5）和内壳体（6），所述壳体顶部设置有顶盖（4），所述壳体、底座（2）和顶盖（4）形成变压器内层空间（7）和变压器中层空间（8），所述变压器中层空间（8）与所述变压器内层空间（7）相互隔绝；多个所述补偿器（3）均设置所述顶盖（4）上表面，所述补偿器（3）均包括补偿器外层空间（9）和补偿器内层空间（10）；

所述补偿器内层空间（10）与所述变压器内层空间（7）连通，所述补偿器内层空间（10）用于对所述变压器内层空间（7）进行压力补偿；所述补偿器外层空间（9）与所述变压器中层空间（8）连通，所述补偿器外层空间（9）用于对所述变压器中层空间（8）进行压力补偿；所述补偿器外层空间（9）破损的情况下，所述补偿器内层空间（10）能有效对所述变压器内层空间（7）进行压力补偿。

2.根据权利要求1所述水下变压器，其特征在于，所述补偿器（3）与顶盖（4）采用焊接工艺或密封圈结构进行密封。

3.根据权利要求1所述水下变压器，其特征在于，所述水下变压器包括变压器接管（13）；

所述补偿器内层空间（10）设置有内层补偿器接口（11），所述变压器内层空间（7）通过所述变压器接管（13）与所述内层补偿器接口（11）连接；

所述补偿器外层空间（9）设置有外层补偿器接口（12），所述变压器中层空间（8）通过所述变压器接管（13）与所述外层补偿器接口（12）连接；

所述变压器接管（13）的连接处采用法兰密封。

4.根据权利要求1所述水下变压器，其特征在于，所述补偿器（3）数量为3个以上，所述补偿器（3）采用内导向式双层波纹管结构。

5.根据权利要求1所述水下变压器，其特征在于，所述外壳体（5）内部设置有充油口（14），所述充油口（14）与所述外壳体（5）采用密封结构连接，所述变压器中层空间（8）和变压器内层空间（7）填充有压力油。

6.根据权利要求1所述水下变压器，其特征在于，所述变压器主体（1）采用预压手段使所述变压器内层空间（7）压力大于所述变压器中层空间（8）的压力，所述变压器中层空间（8）的压力大于外侧海水的压力。

7.根据权利要求1所述水下变压器，其特征在于，所述变压器主体（1）与所述内壳体（6）之间还设置有支撑骨架（15），所述支撑骨架（15）与所述内壳和所述变压器主体（1）采用焊接工艺连接。

8.根据权利要求1所述水下变压器，其特征在于，所述外壳体（5）的底部设置有水下电连接器（16），所述外壳体（5）的侧面还设有控制仓（17），所述控制仓（17）用于安装电子监控设备；所述控制仓（17）采用全焊接或密封圈结构与所述外壳体（5）连接。

9.根据权利要求1所述水下变压器，其特征在于，所述外壳体（5）与所述补偿器（3）由钛合金或不锈钢等高耐腐蚀性材料制造而成，用于避免异种金属间电化学腐蚀现象。

10.根据权利要求1所述水下变压器，其特征在于，所述底座（2）由钛合金材料制成，所述底座（2）与所述外壳体（5）采用焊接工艺连接。

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