CN1178233C - 防止电子变压器爆炸的装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种防止电子变压器爆炸的装置，其包括充满可燃冷却剂的壳体，以及用于使变压器壳体减压的装置。该减压装置包括具有一体的爆炸探测器的破裂元件(1)，该元件设置有一保持元件(4)，所述保持元件(4)包括与保持元件(4)的其他部分相比具有减小的厚度，并在所述元件(1)破裂时，能够撕裂而不破碎的第一区域和与该保持元件(4)的其他部分相比具有减小的厚度，并且在所述元件(1)破裂时能够折叠而不会撕裂的第二区域。当在壳体中的压力超过一预定最高限度时，破裂元件(1)能够断裂。来自与破裂元件一体的爆炸探测器的信号触动冷却系统，并防止氧气进入而与由电弧与油接触产生的爆炸气体相接触。

Description

防止电子变压器爆炸的装置

                       技术领域

本发明涉及防止电子变压器爆炸的领域，其中该电子变压器是由大量可燃流体冷却。

                       背景技术

变压器在绕组中以及在铁心中都出现损耗，由于此原因，所产生的热量必须被驱散。因此，大功率变压器一般是使用例如油的流体来冷却。所使用的油是绝缘的，并且可以在140℃以上的温度点燃。由于变压器是非常昂贵的元件，因此必须特别注意以保护它们。

绝缘故障首先产生强烈的电弧，该电弧促使电子保护系统起作用，而使得变压器(断路器)的供电继电器跳闸。电弧亦导致能量的必然消散，这产生来自绝缘油的分解的气体的释放，尤其是氢气与乙炔。

在气体已被释出之后，在变压器壳体内部的压力是迅速地增大，经常是出于非常剧烈的爆燃的原因。这种爆燃造成在变压器壳体中机械连接(螺栓、焊接)的过大剪切，而此使该气体与周围空气中的氧气相接触。由于乙炔可以在氧气存在下自发地点燃，燃烧立即开始，并且导致火焰散播至其他可能也包含有大量可燃产品的现场装备。

爆炸是起因于由过载、电压冲击、绝缘的逐渐恶化、以及油的高度不足够所造成的短路、水或湿气的出现或绝缘部件的故障。用于电子变压器的火焰保护系统在现有技术中是公知的，并且它们是由燃烧或是火焰探测器致动。然而，当变压器的油已经燃烧时，这些系统以明显时间延迟而执行。限制所讨论的装备的燃烧是必要的，并且防止火焰散播至邻近区域也是必要的。

为了减缓绝缘流体由于电弧所产生的分解，硅油被使用以代替传统的矿物油。然而，变压器壳体由于内部压力的增加所导致的爆炸仅被延迟一个大约只有数毫秒的极短时间。而这样的一段时间是有可能接合能够防止爆炸的机构的。

文件WO-A-97/12379公开了一种防止在电子变压器中爆炸与起火的方法，其中该变压器设置有充满可燃流体的壳体，该方法是通过使用压力传感器而探测在变压器的电绝缘的断裂、利用一阀降低包含在壳体中的冷却剂的压力、并且通过将压缩惰性气体喷入壳体的底部以冷却冷却剂的热部分，以便搅动所述冷却剂并且防止氧气进入变压器的壳体中。这个方法是令人满意的，并且有可能防止变压器壳体爆炸。

                       发明内容

本发明的目的是提供一种改进的装置，其允许壳体极快减压，以便进一步地增加维护变压器、抽头切换开关以及馈入装置的完整性的可能性。

根据本发明用于防止爆炸的装置是意欲用于一种变压器，该变压器包括充满可燃冷却剂的壳体，以及用于使该变压器的壳体减压的装置。该减压装置包括设置有保持元件的破裂元件，该保持元件包括第一区域和第二区域，其中第一区域具有与保持元件的其他部分相比减小的厚度，并且当所述破裂元件破裂时，该第一区域能够撕裂而不会破碎，而第二区域具有与该保持元件其他部分相比减小的厚度，并且当所述破裂元件破裂时，第二区域能够折叠而不会撕裂。当在壳体中的压力超过预定最高限度时，破裂元件能够断开，所述破裂元件还设置有撕裂起始处，这些撕裂起始处位于中部并靠近破裂元件的中心，以便撕裂是在破裂元件的中心处开始的。

优选地是，破裂元件设置有密封部件，该密封部件布置在冷却剂的一侧，并且能够关闭形成在保持元件中的小直径孔。该孔可以形成撕裂起始处，并邻近减小厚度的第一区域。

在本发明一实施例中，该密封部件是保持元件上衬里的形式，所述衬里优选地以聚四氟乙烯为基础。

优选地是，该保持元件在冷却剂的相对侧上具有一个向外凸出的圆顶形状。

在本发明一实施例中，该保持元件是金属的，由不锈钢、铝、或铝合金制成。

优选地是，该装置包括一与该破裂元件一体的破裂探测装置，其使得探测在壳体中相对于预定最高限度的压力成为可能。

在本发明一实施例中，该破裂探测装置是包括能够与破裂元件同时中断的电线。

在本发明一实施例中，该电线是被粘接地固定在破裂元件上。

优选地是，电线被布置在保持元件的相对冷却剂的相反侧上。

在本发明一实施例中，电线覆盖有保护膜。

本发明也涉及一种用于防止电子变压器爆炸的系统，其中变压器包括充满可燃冷却剂的壳体，以及用于使该变压器的壳体减压的机构。该系统包括多个如上所述的装置，包括在一容纳绕组的主壳体上的一个或多个，以及在每一个加载抽头切换开关上的一个。

该系统在至少一个电子馈入装置上包括至少一个如上所述的装置。

同时，该破裂元件是由壳体变得被减压的结果而破裂，并且该电线由于探测到过大且不正常的压力而破裂。

当然，例如是“在流体的一侧”或是“在流体的相反侧”等术语是指在破裂之前的状况。

用于防止爆炸的装置被设计用于一个变压器的主壳体、用于加载抽头转换开关或是变换器的壳体、以及用于电子馈入装置的壳体，而电子馈入装置的壳体亦被称为油箱。电子馈入装置的目的是使变压器的主壳体与通过输出杆件和变压器的绕组相连的高电压和低电压的电线隔离。每一个输出杆件被包含一定量绝缘流体的油箱所环绕。用于使馈入装置及/或油箱绝缘的流体是与变压器中不同的油。

可以设置一氮气喷射装置，其连接至油箱的上部，并且在探测到故障时是可以被触发。喷射氮气可以促进破裂元件下游的流体排出。喷射氮气尤其可以防止空气进入到油箱中，而空气的进入是会促进燃烧的。

防止爆炸的装置可以设置有一用于探测变压器的供电继电器是否跳闸的装置，并设置有接收由变压器的传感器装置输出的信号、并能够发出控制信号的控制单元。

防止爆炸的装置可包括通过将压缩惰性气体喷入壳体的底部来冷却冷却剂的热部分的装置，而该装置被来自一控制单元的控制信号所控制。为此的原因是冷却剂某些部分承受可以造成其点燃的热量。在壳体的较低部分处喷射一惰性气体导致冷却剂的搅动，由此使温度平衡并减少气体的释放。

                       附图说明

本发明将在研读完全作为非限定实例并由附图说明的某些具体实施例的详细描述之后而获得更清楚的了解，其中：

图1a为根据本发明的防护装置的横截面图；

图1b为图1a的局部放大视图；

图2为相应于图1的平面视图；

图3为配备有根据本发明的防护装置的变压器的总体视图；

图4为变压器的总体视图，该变压器是配备有多个根据本发明的用于保护壳体、加载抽头转换开关、以及馈入装置的防护装置；

图5为表示图4所示根据本发明的装置的操作逻辑的示意图；以及

图6为装备有根据本发明的防护装置馈入装置的横截面图。

                     具体实施方式

如图1a、图1b、和图2中所示，破裂元件1具有在下游侧凸出，并用来配合含有绝缘流体壳体的排出孔(未示出)的圆顶的形状。该破裂元件1包括薄金属片形的保持元件4，其例如是由不锈钢、铝、或是铝合金制成。该保持元件4被紧紧地夹持在两个圆盘形凸缘2、3之间。破裂元件1除了包括有保持元件4之外，还包括布置在上游侧的密封衬里9，换句话说，覆盖保持元件下凹侧。例如，衬里9是以聚四氟乙烯为基础。

保持元件4设置有将其分成六个部分的径向线5。该径向线5中空地形成在保持元件4厚度的一部分中，以便破裂是通过该保持元件4沿着所述线5中的一条撕扯的而发生而没有碎片，以防止保持元件1的碎片被扯掉并被流过保持元件1的流体运载，而带来损害位于下游的导管的危险。

该保持元件4设置有非常小直径的通孔6，这些通孔中的一个位于保持元件4的中心，而其他的通孔则是分布在靠近中心处每一条线5上。换句话说，七个通孔6以其中的六个是形成六角形而一个则位于中心处而布置。通孔6是形成具有比线5更低强度的撕裂起始处，并且保证撕裂是在该保持元件4的中心处开始并且向外地蔓延。在每一条线5上至少形成一个通孔6确保了该线5同时撕裂，而提供了最大可能的通道截面，除了中心通孔之外的其他通孔6是以离中心相同的距离排列。作为一种变动，不同于六个的多个线5以及/或者在每一条线5上多个通孔6是可以被构想的。该密封衬里9能够封闭该通孔6。

该保持元件1的爆发压力特别是由通孔6的直径与位置、线5的深度、以及形成保持元件4的材料的厚度与成份所决定。

如从图2中所看到的，该保持元件4设置有沟槽7，每一沟槽7形成将线6与保持元件4的圆形边缘的交点连接至前一个线6附近的线6与该保持元件4的圆形边缘的交点的线段。然而，图2是为一个平面图，而保持部分4是为圆顶形的。因此，可以理解的是，该沟槽7遵循该保持元件4的曲率，而在侧视图中将为椭圆形的弧形。一沟槽7以及两个相邻的线6形成一三角形8，该三角形8在破裂时将通过在该线6中材料的撕裂而与相邻的三角形分离，并且将会由沿着沟槽7的折叠而在下游方向上变形。沟槽7导致三角形8折叠而不会撕裂，以便避免可能会损害下游导管或是减弱在下游导管中的流量的撕裂的三角形8，从而增加了压头的压降并且减缓了上游侧的减压。由于随线5与沟槽7的数目增加保持元件1在破裂之后将造成压头下降。线5与沟槽7的数目也取决于该保持元件1的直径。

布置在凸缘2下游的凸缘3被刺穿有径向孔，保护管件10布置在该孔中。该破裂探测器包括电线11，其在下游侧被固定至该保持部分4上，并布置成环形。电线11是延伸入该保护管件10的连接单元12那么远。电线11大致延伸过保持元件1整个直径上，且一电线部分11a在该线5的一侧上平行于所述线5，而另一电线部分11b则径向布置在同一条线5的另一侧上平行于所述线5。在两个电线部分11a、11b之间的距离较小。此距离可以小于两个孔6之间的最大距离，以使得该电线11在各孔6之间通过。

电线11覆盖有保护膜12，该保护膜12作用于防止电线腐蚀，并且将电线粘接地固定于保持元件4的下游表面上。此膜12的成份亦被选择，以便避免改变破裂元件1的破裂压力。该膜12是可以由减弱的聚酰胺制成。破裂元件的破裂必须导致该电线11的切断。此切断是可以通过该电线11所承载的电流的中断，或者通过在该电线11两端的电压差而能够非常简单并且可靠被探测到。

如图3所示，该变压器13包括通过支腿15置放在地面上的主壳体14，并通过被绝缘体17所环绕的电线16而供能。该主壳体14充满例如绝缘油的冷却剂，并且大体上是用以承受1巴的内部额定压力。

主壳体14设有弹性补偿套筒18，其下游配装破裂元件1，该破裂元件的破裂有可能无延迟地探测变压器电绝缘断裂造成的爆燃所导致的压力变化。该破裂元件1被用于收集破裂元件1破裂后来自主壳体14的油的贮槽19支撑，该贮槽19装配有用于将来自油的气体排出至大气中的管线20。如果变压器是被安装在一封闭的空间中，则管线20将被传送到密闭空间的外部。因此，主壳体14立即地被减压并且部分地排入该贮槽19之中。该破裂元件1可以被设计为可在低于1巴的特定压力时破裂，该特定压力例如是介于0.2与0.9巴之间，优选地是介于0.9与0.8巴之间。

空气隔绝阀体20a被布置在管线20之中，以防止氧气从空气中进入，这会导致贮槽19和主壳体14内绝缘油的易爆炸气体的燃烧。

变压器13是通过供电继电器(未示出)供电，该供电继电器包括例如用于保护变压器13并设置有跳闸传感器的断路器的供电切断装置。

主壳体14包括用于通过将诸如氮气的惰性气体注入主壳体底部而冷却流体的装置。这种冷却有可能减少因流体分解所产生的危险气体量，并且降低氢气在该危险气体量中的比率。惰性气体是被储存在至少一个压力瓶21中，该压力瓶21设有烟火信号阀22、一降压器23、以及使惰性气体送入主壳体14底部的管24。阀体22的开口由来自与破裂元件1一体的破裂探测器并与一用于触动该变压器13电子保护之一的信号同时产生的信号控制。惰性气体的喷射造成在主壳体14中绝缘流体的高度的稍微上升，并流入贮槽19中。

这种类型的保护系统是很经济的，相对于邻近设备是独立的，其较紧凑并不需要维修。

图4所示变压器13是具有一高于图3所示变压器的功率范围，并且是被装备有一个或多个用于高和低压的加载抽头转换开关和电子馈入装置。

为了保证在主壳体14中不变的冷却剂高度，变压器13设置有经由一导管26与主壳体14相连通的上方贮槽25(top-up reservoir)。

导管26设置有一当探测到流体的迅速移动时，则封闭导管26的自动阀27。从而，在主壳体14爆炸的情况下，导管26中的压力突然下降，而使流体开始流动，这种流动通过自动阀27的关闭而迅速停止。从而防止了容纳在贮槽25中的流体进给到变压器13的火焰中。

主壳体14包括探测冷却剂蒸气是否存在的传感器，也称作Buchholz传感器28，其配装在主壳体的高点，通常是在导管26上。起因于电绝缘断裂所造成的爆燃迅速地导致主壳体14中流体释放蒸气。因此，蒸气传感器28在探测电绝缘的断开上是相当有效的。

该变压器13包括布置在其壳体14与弹性补偿套筒18之间的阀29。当变压器13被供电时，该阀29是常开的，而在变压器13切断以执行维修操作期间，阀29可以被关闭。配装在破裂元件1的下游的是设置有一空气隔离阀31的减压导管30。该减压导管30是开口于贮槽或无害的液流中。

变压器13可以装配有一个或是多个加载抽头转换开关32，其被用作在所述变压器13与其所连接至的电网之间的交接面，以便确保恒定的电压，虽然传送至该电网的电流上会有变动。该加载抽头转换开关32装配有经由减压导管34而被连接至减压导管30的壳体33。作为说明，该加载抽头转换开关32也由一种易燃的冷却剂所冷却。由于其体积小，一加载抽头变换装置32的爆炸极为剧烈，并且伴随有燃烧冷却剂射流的喷射。该减压导管34设置有能够在短路的情况下撕裂的破裂元件35，并因此能够在加载抽头转换开关32中超压。破裂元件35相似于破裂元件1，并且具有适当的尺寸。所述加载抽头转换开关32的壳体33的爆炸从而能够被防止。

变压器13包括多个电子馈入装置36，以允许其被连接至高压电网中。图6显示了电子馈入装置的说明性实施例。该电子馈入装置36是包括圆柱形的壳体或油箱37，且具有其配装在主壳体14上的下端和自由的上端。来自主壳体14的输出杆件38从一端到另一端而穿过油箱37。密封的电子绝缘体39是布置在输出杆件38与主壳体14壁之间。同样地，一电子绝缘体40布置在输出杆件38与油箱37的自由上端之间，在一正常的操作状况下，油箱37几乎全充满了油。

导管41将油箱37的底部与加载抽头转换开关32的减压导管34相连。破裂元件42在正常状况下布置在导管41中，并且封闭该导管41。破裂元件42相似于破裂元件1，并且是具有适当的尺寸。

用于喷射惰性气体的管43开口入油箱37的顶部中，并且被连接至一个或多个瓶子21(图4)。

已经被观察到的是，电子馈入装置的短路通常是由于绝缘体39在其上所固定的主壳体14振动的影响下老化或破裂而造成。由于短路所产生的电弧释放相当大的能量，从而油温上升、气体释放、以及油箱37压力突然增高。在压力上的增高导致绝缘体39或油箱37破裂。在与空气的接触之下，气体被点燃并且油喷散在变压器13上。导致大面积起火。

在爆炸期间，对于绝缘体39的损害通常会造成油从主壳体14漏出，从而进给至火焰而使火焰传播至变压器13、变压器的附属装置、以及邻近的装置。

相反地，根据本发明，破裂元件42被选择成具有低于该油箱37耐压的破裂压力。在压力上的增高导致破裂元件42的破裂，从而迅速降低油箱37的压力以及油的流动。借助于一体的电线探测破裂使惰性气体经由管件43而被喷射成为可能，用以防止来自周围空气的氧气被注入油箱37，并促进油的流动。变压器13的电子保护有可能使变压器13跳闸，以便该变压器中断。仅有受损的电子馈入装置需要修理，从而减少成本以及变压器13停机时间。

变压器13亦包括控制模块(未示出)，该控制模块连接至破裂元件1、35、和42的每一个破裂探测器。破裂元件1、35、及42其中一个的破裂被探测以及同时变压器的电子保护跳闸，将导致惰性气体喷射入主壳体14、加载抽头转换开关32、及电子馈入装置36中，这是因为在这些元件其中一个的短路通常会将损害传送给另一个(图5)，此外，该变压器13通过电子保护本身而被中断。如在图5中看到的，触发变压器的电子保护中的一个(Buchholz、电流冲击探测器、接地故障探测器、差动保护器)以及该破裂元件中的一个都会致使惰性气体喷入所有包含可燃流体的元件中。

控制模块也可以连接至诸如是火焰传感器、蒸气传感器28(Buchholz)、以及供电继电器跳闸单元等附属传感器，以便在防止爆炸失败的情况下能够使火焰熄灭。

本发明从而提供了一种防止变压器爆炸的装置，其需要对变压器的元件进行少量修改，其极快速地探测绝缘破裂并同时起作用，以便限制由此所造成的后果。这有可能防止油容器的爆炸及其所造成的火焰，并且降低在变压器中以及在加载抽头变换装置中和馈入装置中与短路相关的损害。

Claims (12)

1.一种用于防止电子变压器(13)爆炸的装置，其包括充满可燃冷却剂的壳体，以及用于使变压器的壳体减压的装置，其特征在于，该减压装置包括设置有一个保持元件(4)的破裂元件(1)，保持元件(4)包括与保持元件的其他部分相比具有减小的厚度并能够当所述破裂元件破裂时撕裂而不会破碎的第一区域、和与保持元件的其他部分相比具有缩小的厚度、并在破裂元件破裂时能够折叠而不会撕裂的第二区域，当在壳体中的压力超过预定最高限度时，所述破裂元件能够断裂，所述破裂元件还设置有撕裂起始处，这些撕裂起始处位于中部并靠近破裂元件的中心，以便撕裂是在破裂元件的中心处开始的。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，破裂元件(1)设置有密封部件，该密封部件布置在冷却剂的一侧，并能够封闭形成在保持元件中的小直径孔(6)。

3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，该密封部件是保持元件上衬里(9)的形式。

4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述衬里以聚四氟乙烯为基础。

5.根据上述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，保持元件在冷却剂的相对侧上具有向外凸出的圆顶形状。

6.根据上述权利要求1-4中任一项所述的装置，其特征在于，保持元件是金属的，由不锈钢、铝、或是铝合金制成。

7.根据上述权利要求5所述的装置，其特征在于，保持元件是金属的，由不锈钢、铝、或是铝合金制成。

8.根据上述权利要求1-4中任一项所述的装置，其特征在于，该装置包括与破裂元件一体的破裂探测装置。

9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，破裂探测装置包括一电线(11)，电线(11)能够与破裂元件(1)同时中断，电线被粘接地固定在破裂元件上。

10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，电线被布置在保持元件的与冷却剂相对侧上，电线被覆盖保护膜(12)。

11.一种防止电子变压器(13)爆炸的系统，所述变压器包括充满可燃冷却剂的壳体(14)，以及用于使变压器的壳体减压的装置，其特征在于，该系统包括多个根据权利要求1所述的装置，包括有在含有绕组的主壳体(14)上的一个所述装置，以及在每一个加载抽头转换开关(32)上的一个所述装置。

12.根据权利要求11所述的系统，其特征在于，该系统在至少一个电子馈入装置(36)上包括根据权利要求1所述的装置。

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