CN114586116A - 绝缘组件、变压器组件和干式变压器 - Google Patents

绝缘组件、变压器组件和干式变压器 Download PDF

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CN114586116A CN201980101632.8A CN201980101632A CN114586116A CN 114586116 A CN114586116 A CN 114586116A CN 201980101632 A CN201980101632 A CN 201980101632A CN 114586116 A CN114586116 A CN 114586116A
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Abstract

提供了一种用于变压器中的绝缘组件、一种用于变压器中的变压器组件、和一种干式变压器。绝缘组件(3)包括:多个管状绝缘屏障(31),适于围绕变压器(1)的内线圈(11)布置以将内线圈(11)与变压器(1)的外线圈(12)电隔离,每对相邻的管状绝缘屏障(31)通过间隙(32)隔开;和空气阻挡元件(33),布置在多个管状绝缘屏障(31)之间的至少一个间隙(32)中以至少部分地阻挡气流穿过至少一个间隙(32)。空气阻挡元件(33)设置在管状绝缘屏障(31)之间的至少一个间隙(32)中,以便阻挡冷空气穿过至少一个间隙(32)。以这种方式,更多的冷空气可穿过靠近内线圈(11)和外线圈(12)的气体通道(14、15)并带走由变压器(1)产生的更多热量,从而提升变压器(1)的冷却效率。

Description

绝缘组件、变压器组件和干式变压器
技术领域
本公开的实施例总体上涉及变压器领域,且更特别地,涉及用于变压器中的绝缘组件、用于变压器中的变压器组件和干式变压器。
背景技术
当干式变压器操作时,由变压器的高压和低压线圈产生的热量需要及时散发,以便避免变压器的过热和绝缘损坏。干式变压器可以以各种方式进行冷却,诸如空气强制(AF)冷却或空气强制水强制(AFWF)冷却。在这些冷却方式中,来自冷却器的冷空气被引导通过变压器中的通道以带走由线圈产生的热量。以这种方式,可根据不同的绝缘等级将变压器的温升控制在合理的范围内。
干式变压器通常包括一个或多个变压器组件。每个变压器组件包括芯体、内线圈、外线圈和绝缘组件,该绝缘组件布置在内线圈和外线圈之间以将内线圈与外线圈电隔离。绝缘组件与内线圈和外线圈间隔开,并且包括布置成彼此同轴的多个绝缘屏障。每对相邻的绝缘屏障通过间隙隔开。以这种方式,冷空气被划分成三条路径来通过每个变压器组件,即靠近内线圈的一条路径、通过绝缘屏障之间的间隙的一条路径、以及靠近外线圈的一条路径。靠近内线圈和外线圈的路径中的冷空气可有效地带走由线圈产生的热量。然而,由于通过绝缘屏障之间的间隙的冷空气远离内线圈和外线圈,因此在变压器的操作期间它无法带走太多的热量。换言之,通过绝缘屏障之间的间隙的冷空气对于冷却内线圈和外线圈基本上是无用的,从而降低了变压器的冷却效率。
因此,需要改进干式变压器的冷却效率。
发明内容
本公开的示例实施例提供了用于改进干式变压器的冷却效率的解决方案。
在本公开的第一方面中,本公开的示例实施例提供了一种用于变压器中的绝缘组件。绝缘组件包括:多个管状绝缘屏障,适于围绕变压器的内线圈布置以将内线圈与变压器的外线圈电隔离,每对相邻的管状绝缘屏障通过间隙隔开;以及空气阻挡元件,布置在所述多个管状绝缘屏障之间的至少一个间隙中以至少部分地阻挡气流穿过所述至少一个间隙。
在一些实施例中,空气阻挡元件布置在远离所述多个管状绝缘屏障的两端的位置处。
在一些实施例中,空气阻挡元件布置在所述多个管状绝缘屏障的两端的中间。
在一些实施例中,空气阻挡元件是环形的。
在一些实施例中,空气阻挡元件设置有一个或多个开口。
在一些实施例中,空气阻挡元件经由紧固元件耦接到对应的管状绝缘屏障。
在一些实施例中,紧固元件包括塑性螺钉。
在一些实施例中,空气阻挡元件布置在所述多个管状绝缘屏障之间的每个间隙中。
在一些实施例中,空气阻挡元件由塑性材料制成。
在本公开的第二方面中,本公开的示例实施例提供了一种用于变压器中的变压器组件。变压器组件包括:芯体;围绕芯体布置的内线圈;围绕内线圈布置的外线圈;以及根据本公开的第一方面的绝缘组件,绝缘组件布置在内线圈和外线圈之间,所述多个管状绝缘屏障中的最内侧的管状绝缘屏障与内线圈间隔开以形成第一气体通道,并且所述多个管状绝缘屏障中的最外侧的管状绝缘屏障与外线圈间隔开以形成第二气体通道。
在一些实施例中,内线圈是低压线圈,并且外线圈是高压线圈。
在本公开的第三方面中,本公开的示例实施例提供了一种干式变压器。干式变压器包括:第一壳体,设置有第一空气入口和第一空气出口;一个或多个根据本公开的第二方面的变压器组件,布置在第一壳体中;以及冷却器。冷却器包括:第二壳体,设置有与第一空气出口流体连通的第二空气入口、以及与第一空气入口流体连通的第二空气出口;热交换器,布置在第二壳体中以冷却第二壳体中的空气;以及风扇,布置在第二壳体中以使空气在第一壳体与第二壳体之间循环。
根据本公开的各种实施例,空气阻挡元件设置在管状绝缘屏障之间的至少一个间隙中,以便阻挡冷空气穿过所述至少一个间隙。以这种方式,更多的冷空气可穿过靠近内线圈和外线圈的气体通道并带走由变压器产生的更多热量,从而提升变压器的冷却效率。
此外,在根据本公开的实施例的干式变压器中,由于冷空气可带走由变压器产生的更多热量,因此从第一壳体转移到冷却器中的空气的温度将增加。因而,较热的空气进入冷却器,并且冷却器可耗费更多的电力。最终,对管状绝缘屏障之间的间隙的阻挡有效地改进了变压器的冷却性能、降低了温升并且具有成本竞争力。
附图说明
通过以下参考附图的详细描述,本文中所公开的示例实施例的以上和其他目的、特征和优点将变得更加可理解。在附图中,本文中所公开的几个示例实施例将以示例和非限制性方式进行图示,其中:
图1图示了常规干式变压器的示意图;
图2图示了用于如图1中所示的干式变压器中的常规变压器组件的截面图;
图3图示了如图2中所示的变压器组件的俯视图;
图4图示了根据本公开的实施例的用于变压器中的变压器组件的截面图;
图5图示了如图4中所示的变压器组件的俯视图;
图6图示了根据本公开的另一个实施例的用于变压器中的变压器组件的截面图;
图7图示了如图6中所示的变压器组件的俯视图;以及
图8图示了根据本公开的又一实施例的用于变压器中的变压器组件的俯视图。
贯穿附图,相同或类似的参考符号用于指示相同或类似的元件。
具体实施方式
现在将参考附图中所示的几个示例实施例来描述本公开的原理。尽管在附图中图示了本公开的示例实施例,但将理解的是,描述这些实施例只是为了促进本领域技术人员更好地理解并由此实现本公开,而不是以任何方式限制本公开的范围。
术语“包括(comprises)”或“包括(includes)”及其变体将被解读为意指“包括但不限于”的开放性术语。除非上下文另有明确指示,否则术语“或”将被解读为“和/或”。术语“基于”将被解读为“至少部分地基于”。术语“可操作”将意指功能、动作、运动或状态可以通过由用户或外部机构诱导的操作来实现。术语“一个实施例”和“一实施例”将被解读为“至少一个实施例”。术语“另一个实施例”将被解读为“至少一个其他实施例”。术语“第一”、“第二”等可指代不同或相同的对象。下文可包括其他定义(明确的和隐含的)。除非上下文另有明确指示,否则术语的定义贯穿描述是一致的。
除非另有规定或限制,否则术语“安装”、“连接”、“支撑”和“耦接”及它们的变型被广泛使用,并且涵盖直接和间接的安装、连接、支撑和耦接。此外,“连接”和“耦接”不限于物理或机械连接或耦接。在以下描述中,相似的参考数字和标签用于描述图中相同、类似或对应的部分。下文可包括其他定义(明确的和隐含的)。
图1图示了常规干式变压器1的示意图。如图所示,变压器1包括第一壳体16、布置在第一壳体16中的一个或多个变压器组件2、以及与第一壳体16流体连通的冷却器17。每个变压器组件2包括芯体10、内线圈11、外线圈12和绝缘组件3。内线圈11围绕芯体10布置。外线圈12围绕内线圈11布置。绝缘组件3布置在内线圈11和外线圈12之间,以便将内线圈11与外线圈12电隔离。第一壳体16设置有第一空气入口161和第一空气出口162,以便接收来自冷却器17的冷空气并将热空气转移到冷却器17中。
变压器组件2以空气强制水强制(air-forced water-forced,AFWF)冷却方式进行冷却。冷却器17包括第二壳体170、热交换器173和风扇174。第二壳体170设置有与第一空气出口162流体连通的第二空气入口171、以及与第一空气入口161流体连通的第二空气出口172。冷空气经由第二空气出口172和第一空气入口161从第二壳体170供应到第一壳体16中。在第一壳体16内部,空气通过变压器组件2受热。热空气经由第一空气出口162和第二空气入口171从第一壳体16排放到第二壳体170中。
在一些实施例中,如图1中所示,热交换器173布置在第二壳体170中、靠近第二空气出口172,以便冷却第二壳体170中的空气并提供冷空气。在其他实施例中,热交换器173可布置在第二壳体170中的其他位置处。本公开的范围并不意图在这方面受到限制。交换器173可通过冷水循环来冷却第二壳体170中的空气。
在一些实施例中,如图1中所示,风扇174布置在第二壳体170中、靠近第二空气入口171,以使空气在第一壳体16和第二壳体170之间循环。在其他实施例中,风扇174可布置在第二壳体170中的其他位置处。本公开的范围并不意图在这方面受到限制。
图2图示了用于如图1中所示的干式变压器1中的常规变压器组件2的截面图,且图3图示了如图2中所示的变压器组件2的俯视图。如图2和图3中所示,变压器组件2包括芯体10、内线圈11、外线圈12和绝缘组件3。内线圈11围绕芯体10布置。外线圈12围绕内线圈11布置。绝缘组件3布置在内线圈11和外线圈12之间。绝缘组件3包括围绕内线圈11布置的三个绝缘屏障31。每对相邻的绝缘屏障31通过间隙32隔开。绝缘屏障31中的最内侧的绝缘屏障与内线圈11间隔开以形成第一气体通道14。绝缘屏障31中的最外侧的绝缘屏障与外线圈12间隔开以形成第二气体通道15。
在一些实施例中,内线圈11是低压线圈,并且外线圈12是高压线圈。在其他实施例中,内线圈11是高压线圈,且外线圈12是低压线圈。内线圈11和外线圈12中的每一者可包括一个或多个部分。本公开的范围并不意图在这方面受到限制。
在一些实施例中,可在内线圈11和芯体10之间提供附加的绝缘层18。
如图2和图3中所示,当冷空气沿箭头所指示的方向穿过变压器组件2时,冷空气被划分成三条路径来通过变压器组件2,即靠近内线圈11的第一气体通道14、管状绝缘屏障31之间的间隙32、以及靠近外线圈12的第二气体通道15。第一气体通道14和第二气体通道15中的冷空气可有效地带走由内线圈11和外线圈12产生的热量。然而,由于通过管状绝缘屏障31之间的间隙32的冷空气远离内线圈11和外线圈12,因此在变压器1的操作期间它无法带走太多的热量,从而降低了变压器1的冷却效率。
根据本公开的实施例,为了改进干式变压器1的冷却效率,在管状绝缘屏障31之间的至少一个间隙32中提供空气阻挡元件33,以便至少部分地阻挡气流穿过所述至少一个间隙32。如将在以下段落中详细描述的,以上概念可以以各种方式实施。
下文中,将参考图4-8来详细描述本公开的原理。
首先参考图4和图5,图4图示了根据本公开的实施例的用于变压器中1中的变压器组件2的截面图,并且图5图示了如图4中所示的变压器组件2的俯视图。如图4和图5中所示,变压器组件2包括芯体10、内线圈11、外线圈12、以及布置在内线圈11和外线圈12之间的绝缘组件3。如图4和图5中所示的芯体10、内线圈11、外线圈12和绝缘组件3的布置类似于如图2和图3中所示的芯体10、内线圈11、外线圈12和绝缘组件3的布置,并且此处将不进行详细描述。
如图4和图5中所示,绝缘组件3包括围绕内线圈11布置的三个管状绝缘屏障31。每对相邻的管状绝缘屏障31通过间隙32隔开。管状绝缘屏障31中的最内侧的管状绝缘屏障与内线圈11间隔开以形成第一气体通道14。管状绝缘屏障31中的最外侧的管状绝缘屏障与外线圈12间隔开以形成第二气体通道15。
除了管状绝缘屏障31之外,绝缘组件3进一步包括空气阻挡元件33以用于至少部分地阻挡气流穿过管状绝缘屏障31之间的至少一个间隙32。借助于空气阻挡元件33,可至少部分地阻挡通过至少一个间隙32的气体流动路径。以这种方式,更多的冷空气将穿过靠近内线圈11和外线圈12的气体通道14和15并带走由变压器1产生的更多热量,因此改进变压器1的冷却效率。
在一些实施例中,如图4和图5中所示,空气阻挡元件33布置在三个管状绝缘屏障31之间的每个间隙32中,以完全阻挡管状绝缘屏障31之间的气体流动路径。在其他实施例中,空气阻挡元件33可仅布置在间隙32的部分中,以部分地阻挡管状绝缘屏障31之间的气体流动路径。例如,空气阻挡元件33可仅布置在间隙32中的一个间隙中。同样,此类布置可使更多的冷空气呈现为穿过靠近内线圈11和外线圈12的气体通道14和15并带走由变压器1产生的更多热量。
根据本公开的实施例,空气阻挡元件33可布置在间隙32中的各种位置处。图4图示了空气阻挡元件33的三个示例位置。在一些实施例中,空气阻挡元件33可布置在管状绝缘屏障31的任一端(例如,如图所示的上端)处。
在其他实施例中,空气阻挡元件33可布置在远离管状绝缘屏障31的两端的位置处。换言之,空气阻挡元件33布置在距管状绝缘屏障31的任一端一定距离处。在一些实施例中,该距离可大于预定值,例如20mm。对于此类布置,内线圈11和外线圈12之间的爬电距离(creepage distance)将基本上不受影响。在示例中,空气阻挡元件33可布置在管状绝缘屏障31的两端的中间。在这种情况下,可使空气阻挡元件33对内线圈11与外线圈12之间的爬电距离的影响最小化。
在一些实施例中,如图4和图5中所示,空气阻挡元件33是环形的。在这种情况下,空气阻挡元件33可完全阻挡对应的间隙32。在其他实施例中,空气阻挡元件33可以是其他形状。作为示例,空气阻挡元件33可包括布置在间隙32中的多个不连续部分。
在一些实施例中,空气阻挡元件33经由紧固元件(未示出)耦接到对应的管状绝缘屏障31。紧固元件可为塑性螺钉(plastic screw)或其他类型。本公开的范围并不意图在这方面受到限制。
在一些实施例中,空气阻挡元件33由塑性材料(plastic material)制成,诸如由橡胶(rubber)制成。在其他实施例中,阻挡元件33可由其他绝缘材料制成。本公开的范围在这方面不受限制。
图6图示了根据本公开的另一个实施例的用于变压器中1中的变压器组件2的截面图,且图7图示了如图6中所示的变压器组件2的俯视图。除了如图6和图7中所示的变压器组件2包括围绕内线圈11布置的两个管状绝缘屏障31之外,如图6和图7中所示的变压器组件2的构造类似于如图4和图5中所示的变压器组件2的构造。空气阻挡元件33可布置在两个管状绝缘屏障31之间的间隙32中的各种位置处,以便阻挡气流穿过间隙32。
将理解的是,包括两个或三个管状绝缘屏障31的变压器组件2仅用作示例以便于图示本公开的原理。在其他实施例中,变压器组件2可包括围绕内线圈11布置的多于三个管状绝缘屏障31。
图8图示了根据本公开的又一实施例的用于变压器1中的变压器组件2的俯视图。除了如图8中所示的变压器组件2的空气阻挡元件33设置有一个或多个开口330之外,如图8中所示的变压器组件2的构造类似于如图6和图7中所示的变压器组件2的构造。在变压器1的操作期间,第一壳体16中的水蒸气在遇到来自冷却器17的冷空气时可凝结成水滴。水滴将聚集到空气阻挡元件33上。通过空气阻挡元件33上的开口330,水滴可流出变压器组件2,以便避免变压器1的绝缘损坏。
根据本公开的各种实施例,空气阻挡元件33设置在管状绝缘屏障31之间的至少一个间隙32中,以便阻挡冷空气穿过所述至少一个间隙32。以这种方式,更多的冷空气可穿过靠近内线圈11和外线圈12的气体通道14、15并带走由变压器1产生的更多热量,从而改进变压器1的冷却效率。
此外,在根据本公开的实施例的干式变压器1中,由于冷空气可带走由变压器1产生的更多热量,因此从第一壳体16转移到冷却器17中的空气的温度将增加。因而,较热的空气进入冷却器17,并且冷却器17可耗费更多的电力。因此,对管状绝缘屏障31之间的间隙32的阻挡有效地改变了变压器1的冷却性能、降低了温升并且具有成本竞争力。
虽然本文中已描述和图示了几个发明性实施例,但是本领域普通技术人员将容易地设想各种其他手段和/或结构,以用于执行功能和/或获得结果和/或本文中所描述的优点中的一个或多个,并且此类变化和/或修改中的每一者都被认为在本文中所描述的发明性实施例的范围内。更一般地,本领域技术人员将容易地了解,本文中所描述的所有参数、尺寸、材料和构型意在为示例性的,并且实际参数、尺寸、材料和/或构型将取决于具体应用或者使用发明性教导的应用。本领域技术人员将认识到或者使用不超过常规实验就能够确定本文中所描述的具体发明性实施例的许多等同物。因此,将理解,前述实施例仅作为示例呈现,并且在所附权利要求书及其等同物的范围内,除了如具体描述和要求保护之外,还可实践发明性实施例。本公开的发明性实施例涉及本文中所描述的每个单独特征、系统、物品、材料、套件和/或方法。另外,如果此类特征、系统、物品、材料、套件和/或方法不相互矛盾,则两个或更多个此类特征、系统、物品、材料、套件和/或方法的任何组合均被包括在本公开的发明性范围内。

Claims (12)

1.一种用于变压器中的绝缘组件,包括:
多个管状绝缘屏障,适于围绕所述变压器的内线圈布置以将所述内线圈与所述变压器的外线圈电隔离,每对相邻的管状绝缘屏障通过间隙隔开;以及
空气阻挡元件,布置在所述多个管状绝缘屏障之间的至少一个间隙中,以至少部分地阻挡气流穿过所述至少一个间隙。
2.根据权利要求1所述的绝缘组件,其中,所述空气阻挡元件布置在远离所述多个管状绝缘屏障的两端的位置处。
3.根据权利要求2所述的绝缘组件,其中,所述空气阻挡元件布置在所述多个管状绝缘屏障的两端的中间。
4.根据权利要求1所述的绝缘组件,其中,所述空气阻挡元件是环形的。
5.根据权利要求4所述的绝缘组件,其中,所述空气阻挡元件设置有一个或多个开口。
6.根据权利要求1所述的绝缘组件,其中,所述空气阻挡元件经由紧固元件耦接到对应的管状绝缘屏障。
7.根据权利要求6所述的绝缘组件,其中,所述紧固元件包括塑性螺钉。
8.根据权利要求1所述的绝缘组件,其中,所述空气阻挡元件布置在所述多个管状绝缘屏障之间的每个间隙中。
9.根据权利要求1所述的绝缘组件,其中,所述空气阻挡元件由塑性材料制成。
10.一种用于变压器中的变压器组件,包括:
芯体;
围绕所述芯体布置的内线圈;
围绕所述内线圈布置的外线圈;以及
根据权利要求1至9中任一项所述的绝缘组件,所述绝缘组件布置在所述内线圈和所述外线圈之间,所述多个管状绝缘屏障中的最内侧的管状绝缘屏障与所述内线圈间隔开以形成第一气体通道,并且所述多个管状绝缘屏障中的最外侧的管状绝缘屏障与所述外线圈间隔开以形成第二气体通道。
11.根据权利要求10所述的变压器组件,其中,所述内线圈是低压线圈,并且所述外线圈是高压线圈。
12.一种干式变压器,包括:
第一壳体,设置有第一空气入口和第一空气出口;
一个或多个根据权利要求10和11中任一项所述的变压器组件,布置在所述第一壳体中;以及
冷却器,所述冷却器包括:
第二壳体,设置有与所述第一空气出口流体连通的第二空气入口、以及与所述第一空气入口流体连通的第二空气出口;
热交换器,布置在所述第二壳体中以冷却所述第二壳体中的空气;以及
风扇,布置在所述第二壳体中以使空气在所述第一壳体与所述第二壳体之间循环。
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