CN114127872A - 非液浸式变压器 - Google Patents

Abstract

提供了一种非液浸式变压器。变压器包括磁芯和围绕磁芯形成多个绕组匝的线圈绕组、冷却系统以及第一导电连接器。冷却系统包括用于冷却流体的流动的冷却管，该冷却管沿着线圈绕组延长，并且包括邻接线圈绕组的匝的第一部位和邻接线圈绕组的另一匝的第二部位。导电连接器布置在第一部位和第二部位中的一个处，以将冷却管的内侧与线圈绕组的匝电连接。

Description

非液浸式变压器

技术领域

本公开涉及变压器，更具体地，涉及包括流体冷却系统的非液浸式变压器。

背景技术

为了使变压器冷却下来，一些系统使用气体(例如空气)来对其绕组或线圈进行制冷。这种空气冷却可以是强制的或自然的。在强制空气冷却的情况下，吹风装备(例如风扇)可以被定位成将空气流吹到绕组。然而，这种空气流的冷却能力可能不足以耗散热量。

还已知使用水冷却器来对非液浸式变压器进行制冷，其包括使强制空气穿过具有在其中循环的冷流体(例如水)的管以便于对空气流进行制冷，并且然后将这种冷空气流引导至变压器的线圈以改善其冷却能力。这种解决方案呈现出几个缺陷，诸如必须使用外壳，从而增加了变压器的占地面积和成本。

替代性方案包括使用中空导体或金属管(例如由铜或铝制成)作为变压器的绕组的导电匝，并且也用于冷却流体的循环。这些金属管的使用涉及几个缺陷：这种中空导体管需要额外的空间以便于容纳导管，也就是说，以便于允许足够的冷却流体流动，并且因此，不仅线圈绕组而且整个变压器的大小，也就是占地面积显著增加。此外，这种特殊的缠绕管难以制造且昂贵。另外，这些中空导体的相对较大的大小由于涡流而在导体中产生了附加损耗的显著增加。

另一替代性方案是在变压器线圈绕组周围或内部使用冷却管，这些冷却管具有在其中循环的电介质流体(诸如油、天然酯或合成酯流体)。也可以使用K3流体，即具有高于300℃的闪点的电介质流体，但它们是易燃流体。另外，一些电介质流体在泄漏或火灾爆发的情况下可能对环境有害。

在另一方面中，由于变压器内存在电场以及放电或其他电现象的风险，使用非电介质流体涉及其他缺陷或技术困难。

总之，期望的是为非液浸式变压器提供一种环境友好的冷却解决方案，具有高冷却能力并且这在操作中是安全的/降低变压器故障和/或失灵的风险，同时具有成本效益。

发明内容

提供了一种非液浸式变压器。变压器包括磁芯和围绕磁芯形成多个绕组匝的线圈绕组、冷却系统以及第一导电连接器。冷却系统包括用于冷却流体流的冷却管，该冷却管沿着线圈绕组延长，并且其中该冷却管包括邻接线圈绕组的匝的第一部位和邻接线圈绕组的另一匝的第二部位。第一导电连接器布置在第一部位和第二部位中的一者处，以将冷却管的内侧与线圈绕组的匝电连接。

将冷却管的内侧电连接到线圈绕组的导电连接器允许均衡在冷却管内部循环的冷却流体的电压和导电连接器连接到的线圈绕组的匝的电压。由于冷却流体将与冷却管的内侧接触，因此冷却流体将电连接到线圈绕组。也就是说，在第一部位或第二部位处，冷却流体的电压将和其电连接到的线圈绕组匝的电压相同，并且近似于周围匝的电压，因此这些区域中的电压差将可忽略。

这使得冷却系统能够与非电介质冷却流体(诸如水)一起工作，因为即使使用导电流体，该导电连接器也可以因此基本上防止生成较大电场(例如大于1kV/mm的电场)，这可能导致电介质问题，诸如变压器内部的局部放电或直接闪络。局部放电可以严重影响变压器的功能，并且还可以损坏绝缘部，从而导致绝缘部的过早介电老化，这将导致故障。如果绝缘部不再能承受较大电场，可能会发生直接闪络。

此外，沿着冷却管不存在较大电压差防止了电流出现在冷却流体中，并且因此避免了几个问题，诸如冷却流体的加热、电解、离子和/或气体生成。

因此，冷却系统可以使用水(例如蒸馏和/或去离子水)作为冷却流体，这使得可以使用非易燃冷却流体或冷却剂的具有成本效益的、环境友好的解决方案，从而防止火灾爆发的风险，从而实现操作中安全的变压器。

在示例中，冷却管的第一部位可以邻接线圈绕组的端部，并且第二部位可以邻接线圈绕组的另一端部，从而均衡冷却管内侧循环的冷却流体的电压和绕组的端部(即，包含线圈绕组的第一匝或最后匝的绕组的部分)的电压。

在示例中，变压器可以还包括第二导电连接器，使得第一导电连接器可以布置在第一部位处，并且第二导电连接器可以布置在第二部位处。

通过使用布置在绕组的两个匝处的两个导电连接器，使冷却流体的电压能够与绕组的每个所连接的匝的电压均衡，这降低了在绕组线圈的这些区域中生成大电场的风险。

第二导电连接器的使用可以取决于变压器的电配置，例如，在线圈的端部接地的情况下，例如在具有星形连接的三相变压器中并且中性点接地的情况下，例如，布置在第一部位或第二部位处的单个导电连接器就足够了。在呈星形连接(其中中性点不接地)的变压器中或三角形连接变压器中，可以使用两个导电连接器。

在示例中，冷却流体可以是环境友好并且不是易燃流体的水，也就是说，避免火灾爆发。

在示例中，冷却管可以又包括多个卷绕件以基本上在绕组的一个端部(即，基本上与第一线圈绕组匝或最后线圈绕组匝相对应或邻接第一最后线圈绕组匝或最后线圈绕组匝)与进给主管和返回主管中的一者之间延长冷却流体的路径。

通过使用多个卷绕件，冷却流体的路径可以增加，即，由冷却流体在到达绕组的开始处之前和/或离开绕组的端部之后行进的长度被延长。路径可以例如被确定为由热交换器和绕组的开始处和/或端部之间的流体完成的回路。随着路径长度增加，冷却流体的电阻性也增加，这减少了冷却流体中可能生成的电流。

至少第一导电连接器和包括多个卷绕件的冷却管的组合增强了变压器的性能。在包括第一导电连接器和第二导电连接器与使用多个卷绕件的情况下，改善了变压器的功能。

在示例中，变压器可以是高压变压器，即生成从0.4kV到高达72kV的电压和从50kVA到100MVA的额定功率。

附图说明

参考附图，下面将通过非限制性示例来描述本设备的特定实施例，在附图中：

图1示出了根据示例的包括磁芯和冷却系统的变压器的示意性简化横截面；以及

图2示出了图1的变压器的一部分的示意性放大视图。

具体实施方式

图1描绘了非液浸式或干式变压器1，该变压器包括磁芯100和围绕Y轴的至少一个线圈绕组300、以及冷却系统200。

该线圈绕组300可以围绕磁芯100形成多个匝(以条纹线示出)：第一匝301，即绕组的开始；多个中间匝302以及最后匝303，即绕组的终端。因此，线圈绕组300可以包括两个端部，即绕组的分别包含线圈绕组的第一匝和最后匝的部分。

线圈绕组300可以由导电性材料(例如铜或铝)制成，除了其中可能需要接近绕组的一部分(例如以连接线缆来输出所生成的电压的端部中)，该导电性材料可以覆盖或涂覆有绝缘电介质材料(诸如聚酯或环氧树脂)。

尽管在图1中描绘了单相磁芯，但是在示例中，变压器1可以是包括三个柱(每个柱至少包括根据任何公开的示例的线圈绕组)的三相磁芯。在这种示例中，变压器的绕组可以以三角形、锯齿形或星形连接的形式连接。

线圈绕组300可以具有线圈覆盖件或由绝缘材料(诸如环氧树脂)制成的覆盖件，以保护变压器的有效部分，即绕组匝。覆盖件还可以包括多个输入/输出连接，例如用于冷却管、用于电压衬套输出所生成的电压的等。

图1还示出了冷却系统200，该冷却系统可以包括热交换器210，用于将冷水输入到变压器的绕组的进给主管230和用于从变压器的绕组输出经加热的水的返回主管240连接到该热交换器。在示例中，进给主管230和返回主管240可以由金属材料制成和/或可以接地。

该冷却系统200还可以包括冷却管220，该冷却管可以由电介质材料制成并且该冷却管可以在其两个端部处分别在耦接点221、222处耦接到进给主管230和返回主管240。冷却管220可以沿着线圈绕组300延长，并且可以围绕轴线Y形成环路，从而减少占地面积，即由冷却管占据的体积。“沿线圈绕组延长”意味着冷却管220(或其环路)可以替代性地布置在相邻或后续的绕组匝之间、围绕线圈绕组、在线圈绕组的内侧的中心空缺空间中或其任意组合，例如部分围绕线圈且部分布置在相邻绕组匝之间。通过使冷却管220沿着线圈绕组延长，冷却系统的冷却能力被改善，因为在绕组处生成的热量由于热传送解决方案的增加的效率而可以更有效地消散。

冷却管220可以包括邻接线圈绕组的匝的第一部位250和邻接线圈绕组的另一匝的第二部位260。

在示例中(参见图1)，第一部位250可以邻接线圈绕组的端部(即邻接第一匝)，并且第二部位260可以邻接线圈绕组的另一端部(即邻接最后匝)。在另一示例中(未示出)，第一部位250可以邻接线圈绕组的第二匝，并且第二部位260可以邻接绕组的倒数第二匝。

因此可以形成用于冷却流体流的冷却回路，也就是说，经冷却的冷却流体可以从热交换器流到进给主管和冷却管(该冷却管(至少部分地)沿着线圈绕组延长)并且最后流到返回主管，该返回主管将流体引导回到热交换器。

冷却管220可以由绝缘材料(例如塑料)制成，并且为了适应每种情况的限制(例如必要的连接、特定的距离或长度等)，也就是说，为了增加冷却系统的适应性，冷却管220可以包括接合在一起(例如，螺纹连接、粘接或通过任何其他合适的方法)的不同部分或管，以便形成整个冷却管220。

冷却系统200还可以包括泵270，以迫使冷却流体通过整个冷却回路，即，从热交换器的输出流过整个冷却回路并流回热交换器的输入。在示例中，冷却流体的流动可以是顺时针的(参见图1中的箭头)或逆时针的，即，第一部位250相对于第二部位260可以在下游，反之亦然。

图2示出了图1的示例的变压器1的放大部分(参见虚线区域)。该图示出了第一线圈绕组匝301和第二线圈绕组匝302a、交替性地布置在线圈绕组的后续匝之间的冷却管220的一部分以及布置在第一部位250处的导电连接器400。导电连接器400可以包括要被布置在冷却管上或耦接到冷却管的金属件401(例如板、环或任何其他合适的成形元件)、以及至少电连接要与冷却流体接触的金属件401的侧部(例如内侧)和线圈绕组的匝的导电元件402(例如金属线缆)。在图2的示例中，导电元件连接金属件和线圈绕组的第一匝。在示例中，金属件401可以由不锈钢制成。

金属件401可以是任何金属管。在示例中，金属件401可以是耦接在冷却管的两个不同区段之间的衬套。在其他示例中，金属件401可以是插入在冷却管内部的环。在示例中，金属件401可以是布置在冷却管的内侧上(例如粘附或耦接到内壁)的板。因此，冷却管220的要与冷却流体接触的侧部，即内侧，可以被认为电连接到线圈绕组的匝。

在示例(未示出)中，变压器1可以包括根据所公开的示例中的任何一个的、布置在第二部位260处的第二导电连接器。例如，根据三相变压器中的变压器绕组的电连接，第二导电连接器的使用可以是特别合适的。也就是说，例如当绕组的端部没有接地时，即中性点没有接地的情况下的三角形、锯齿形或星形连接。

在示例中，要被引入到冷却管220中的冷却流体可以是水。在示例中，冷却流体可以是可以附加地包括例如凝固剂和/或添加剂以防止冷却管的腐蚀并增加使用的温度范围的蒸馏和/或去离子水。在示例中，冷却流体可以是具有低于5·10^-4S/m的电导率的任何流体(例如水)，这基本上减轻了冷却流体中电流流动的生成，因此避免了几个问题，诸如冷却流体的加热、电解、离子和/或气体的生成。

在示例中，冷却管220可以还包括多个卷绕件(未示出)，以在绕组的一个端部与进给主管和返回主管中的一者之间延长冷却流体的路径。通过延长路径(即，由冷却流体在到达绕组开始之前和/或离开绕组的终端之后行进的长度)，增加了冷却流体的电阻率，从而防止冷却流体中生成大电流以及与之相关的问题。

在示例中，卷绕件可以分别在绕组的每个端部与进给主管和返回主管之间延长冷却流体的路径。在其中线圈绕组容纳在覆盖件内的示例中，卷绕件可以布置在覆盖件内部或外部。

在示例中，卷绕件可以包括螺旋件或蛇形件中的至少一个。

“蛇形件”和至少一个第一导电连接器两者的组合可以改善变压器的功能，如除了防止与闭合点中的高电压差相关的或者与冷却流体内部的电流的流动相关的电介质问题。

尽管本文仅公开了多个特定的实施例和示例，但是本领域的技术人员将理解，所公开的创新的其他替代性实施例和/或使用以及其明显的修改和等同物是可能的。另外，本公开覆盖了所描述的特定实施例的所有可能组合。本公开的范围不应受特定实施例的限制，而应仅通过对所附权利要求的公平阅读来确定。

Claims (12)

1.一种非液浸式变压器，包括：

磁芯和线圈绕组，所述线圈绕组围绕所述磁芯形成多个绕组匝；

冷却系统，所述冷却系统包括用于冷却流体流的冷却管，所述冷却管沿着所述线圈绕组延伸，并且其中所述冷却管包括邻接所述线圈绕组的匝的第一部位以及邻接所述线圈绕组的另一匝的第二部位；以及

第一导电连接器，所述第一导电连接器布置在所述第一部位和所述第二部位中的一者处，以将所述冷却管的内侧与所述线圈绕组的匝电连接。

2.根据权利要求1所述的变压器，其中所述冷却管的第一部位邻接所述线圈绕组的一个端部，并且所述第二部位邻接所述线圈绕组的另一端部。

3.根据权利要求1或2所述的变压器，还包括第二导电连接器，使得所述第一导电连接器布置在所述第一部位处并且所述第二导电连接器布置在所述第二部位处。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的变压器，其中所述导电连接器包括金属线缆和与所述冷却管的内侧电接触的金属件。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的变压器，其中所述冷却管由绝缘材料制成。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的变压器，其中所述冷却流体是水。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的变压器，其中所述冷却系统还包括：

热交换器；以及

进给主管和返回主管，所述进给主管和所述返回主管耦接到所述热交换器，并且其中所述进给主管连接到所述冷却管的输入部位，并且所述返回主管连接到所述冷却管的输出部位。

8.根据权利要求7所述的变压器，所述进给主管和所述返回主管接地。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的变压器，其中所述冷却管还包括多个卷绕件，以在所述绕组的一个端部与所述进给主管和所述返回主管中的一者之间延长所述冷却流体的路径。

10.根据权利要求9所述的变压器，其中所述多个卷绕件布置在线圈覆盖件内部，所述绕组匝被容纳在所述线圈覆盖件中。

11.根据权利要求9所述的变压器，其中所述多个卷绕件布置在线圈覆盖件外部，所述绕组匝被容纳在所述线圈覆盖件中。

12.根据权利要求1至11中任一项所述的变压器，其中所述变压器是高压变压器。

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