CN121641663B - 一种具有在线监测功能的变压器 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种具有在线监测功能的变压器，涉及变压器技术领域，包括箱体和竖直设置的内芯，内芯在箱体内并列设置多个，内芯周围填充有绝缘油，箱体外设有用于对绝缘油进行散热的散热组件；箱体上设有呈竖直状态且伸入绝缘油内的取样筒，取样筒具有内腔，取样筒侧壁上形成有与内腔连通的进样口，取样筒上端设有检测件，检测件用于对从进样口进入内腔的绝缘油进行检测并显示温度值；箱体上还设有驱动部，驱动部用于驱动进样口沿取样筒的轴向移动，使不同高度的绝缘油均能够从进样口进入取样筒的内腔，以对不同高度的绝缘油进行温度检测，提升监测范围，从而能够及时发现油温异常并及时排查问题。

Description

一种具有在线监测功能的变压器

技术领域

本发明涉及变压器技术领域，特别是涉及一种具有在线监测功能的变压器。

背景技术

在电力系统中，变压器作为电能转换与传输的核心设备，其运行的可靠性与稳定性直接关系到整个电网的安全与效率。油浸式变压器凭借其优异的绝缘性能、散热能力和较高的可靠性，在输配电网络中占据着重要地位。这类变压器的典型结构主要由铁芯、绕组、绝缘介质（绝缘油）、油箱、散热装置、油枕、套管以及保护装置（如气体继电器、压力释放阀）等关键部件构成。其中，铁芯和绕组构成电磁转换的核心，被浸没在充满绝缘油的油箱内，绝缘油具有绝缘和散热功能，通过自然对流或借助散热器、冷却风扇甚至油泵进行强迫循环等方式将运行中产生的热量散发出去。

为了保障油浸式变压器的长期安全稳定运行，及时发现潜在的绝缘劣化、过热故障或机械缺陷等隐患至关重要。因此需要对变压器运行状态尤其是对其内部绝缘油的油温进行实时监测与评估。现有的绝缘油油温监测装置通常安装在绝缘油箱顶部或侧面的特定位置，其能够测量顶层油温，但监测范围小，无法针对不同位置的绝缘油油温进行监测，因此难以及时发现油温异常以及排查问题。

公开于本发明背景技术部分的信息仅仅旨在加深对本发明的一般背景技术的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域技术人员所公知的现有技术。

发明内容

基于此，有必要针对目前的油浸式变压器所存在的问题，提供一种具有在线监测功能的变压器。

上述目的通过下述技术方案实现：

一种具有在线监测功能的变压器，包括箱体和竖直设置的内芯，内芯在箱体内并列设置多个，内芯周围填充有绝缘油，箱体外设有用于对绝缘油进行散热的散热组件；箱体上设有呈竖直状态且伸入绝缘油内的取样筒，取样筒具有内腔，取样筒侧壁上形成有与内腔连通的进样口，取样筒上端设有检测件，检测件用于对从进样口进入内腔的绝缘油进行检测并显示温度值；箱体上还设有驱动部，驱动部用于驱动进样口沿取样筒的轴向移动。

进一步地，取样筒沿内芯的周向均布多个。

进一步地，取样筒包括内外同轴嵌套的内筒和外筒，内筒外壁与外筒内壁贴合，内腔形成于内筒内，内筒侧壁上形成有第一侧槽，第一侧槽呈螺旋状且其轴线与内筒的轴线重合；外筒与箱体固定，外筒侧壁上形成有第二侧槽，第二侧槽呈直线状且与外筒的轴线平行，第一侧槽与第二侧槽具有重叠区域以形成进样口，驱动部用于驱动内筒相对于外筒转动，以使进样口沿取样筒的轴向移动。

进一步地，内筒内设有与其同轴的绞龙，驱动部还用于驱动绞龙转动，以将内腔内的绝缘油输送至检测件。

进一步地，绞龙、内筒和外筒均由隔热材质制成。

进一步地，内筒的转速低于绞龙的转速。

进一步地，箱体内设有隔筒，隔筒套设于内芯外侧，绝缘油填充于内芯与隔筒之间。

进一步地，内芯包括同轴且由内至外依次设置的铁芯、低压线圈和高压线圈，低压线圈与高压线圈均具有缝隙，缝隙使得绝缘油能够在低压线圈的内外两侧以及高压线圈的内外两侧流动交换；铁芯与低压线圈之间、低压线圈与高压线圈之间以及高压线圈与隔筒之间均设有中间组件，中间组件包括呈筒状的框架和多个均呈螺旋状的导流片，框架在其周向上具有多个均布的容置区域，导流片位于容置区域内，且多个导流片沿螺旋轨迹依次排列。

进一步地，在同一螺旋轨迹上且相邻的两个导流片中，其中一个导流片的外侧高于其内侧，另一个导流片的外侧低于其内侧。

进一步地，在内外相邻的两个中间组件中，容置区域的数量相等且一一对应，导流片的数量相等且一一对应。

本发明至少具有以下有益效果：

（1）驱动部驱动进样口沿取样筒的轴向移动，使不同高度的绝缘油均能够从进样口进入取样筒的内腔，以对不同高度的绝缘油进行温度检测，提升监测范围，从而能够及时发现油温异常并及时排查问题。

（2）绞龙、内筒和外筒均由隔热材质制成，在一定程度上降低绝缘油与绞龙、内筒和外筒的热量传递，使得进入检测件所检测的绝缘油保持被取样时的温度，保证温度值的检测精度。

（3）绝缘油受热上升并沿导流片流动，以产生转动循环作用，同时由于导流片内外高度不同，绝缘油在沿导流片流动的过程中，导流片会对绝缘油产生向内或向外导流的作用，使得在同一螺旋轨迹上，绝缘油向内和向外流动交替进行，并通过缝隙穿过低压线圈或高压线圈，使绝缘油充分与低压线圈或高压线圈接触，提升对低压线圈和高压线圈的吸热能力和散热效率。

附图说明

图1为本发明实施例提供的具有在线监测功能的变压器的结构示意图；

图2为图1的局部俯视图；

图3为图1中箱体的内部结构示意图；

图4为图3中取样筒的结构示意图；

图5为图4的局部剖视图；

图6为图4的零件爆炸图；

图7为图6中A处的局部放大图；

图8为图6中B处的局部放大图；

图9为三个中间组件的装配示意图；

图10为图9的俯视图；

图11为图10的C-C向剖视图；

图12为一个中间组件的结构示意图。

其中：

101、箱体；102、内芯；103、套管；104、油枕；105、回油管；106、散热片；107、铁芯；108、低压线圈；109、高压线圈；

201、取样筒；202、检测件；203、内筒；204、外筒；205、第一侧槽；206、第二侧槽；207、绞龙；208、外盒；209、内盒；210、侧孔；211、电机；212、行星架；213、太阳轮；214、行星轮；215、齿圈；216、隔筒；217、框架；218、导流片；219、环体；220、支撑杆。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下通过实施例，并结合附图，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本文中为组件所编序号本身，例如“第一”、“第二”等，仅用于区分所描述的对象，不具有任何顺序或技术含义。而本发明所说“连接”、“联接”，如无特别说明，均包括直接和间接连接（联接）。在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

如图1至图12所示，本发明实施例提供了一种具有在线监测功能的变压器（以下简称变压器），包括箱体101和竖直设置的内芯102，内芯102在箱体101内并列设置多个，内芯102周围填充有绝缘油，箱体101外设有用于对绝缘油进行散热的散热组件；箱体101上设有呈竖直状态且伸入绝缘油内的取样筒201，取样筒201具有内腔，取样筒201侧壁上形成有与内腔连通的进样口，取样筒201上端设有检测件202，检测件202用于对从进样口进入内腔的绝缘油进行检测并显示温度值；箱体101上还设有驱动部，驱动部用于驱动进样口沿取样筒201的轴向移动。

驱动部驱动进样口沿取样筒201的轴向移动，使不同高度的绝缘油均能够从进样口进入取样筒201的内腔，以对不同高度的绝缘油进行温度检测，提升监测范围，从而能够及时发现油温异常并及时排查问题。

其中，箱体101上还设有套管103和油枕104等结构，套管103分为低压和高压，用于将内部的内芯102引线安全地连接到外部电路，同时保证高电压导体与接地的箱体101之间有可靠的绝缘。油枕104用于补偿绝缘油因温度变化而产生的体积膨胀和收缩。检测件202包括温度传感器和显示器，温度传感器用于对绝缘油进行温度检测，温度值通过显示器进行显示，显示器位于箱体101外。当然，检测件202的温度传感器还可连接有处理器、控制器和警报装置，当温度值高于预设值时，通过处理器和控制器控制警报装置产生警报信号，以对油温进行实时监控。上述油浸式变压器、检测件202以及警报装置的结构和工作原理均为现有技术，此处不做赘述。

在其中一个实施例中，参见图3，取样筒201沿内芯102的周向均布多个，能够对内芯102周向上不同位置的绝缘油进行温度检测，进一步提升监测范围，从而能够及时发现油温异常并及时排查问题。

在其中一个实施例中，参见图4至图8，取样筒201包括内外同轴嵌套的内筒203和外筒204，内筒203外壁与外筒204内壁贴合，内腔形成于内筒203内，内筒203侧壁上形成有第一侧槽205，第一侧槽205呈螺旋状且其轴线与内筒203的轴线重合；外筒204与箱体101固定，外筒204侧壁上形成有第二侧槽206，第二侧槽206呈直线状且与外筒204的轴线平行，第一侧槽205与第二侧槽206具有重叠区域以形成进样口，驱动部用于驱动内筒203相对于外筒204转动，以使进样口沿取样筒201的轴向移动。

进一步地，内筒203外壁与外筒204内壁精密间隙配合，利用绝缘油的粘滞性形成液封，足以保证大部分流量来自进样口，满足工程监测需求。

驱动部驱动内筒203相对于外筒204转动，使第一侧槽205与第二侧槽206的重叠区域位置沿取样筒201的轴向移动，从而使进样口沿取样筒201的轴向移动。

其中，第一侧槽205内外贯穿于内筒203侧壁，第二侧槽206内外贯穿于外筒204侧壁，以使绝缘油能够从经第二侧槽206、第一侧槽205形成的进样口进入内腔。内筒203的下端开口，外筒204的下端封口。优选地，第一侧槽205与第二侧槽206的宽度相等，高度相等。第一侧槽205的螺旋轨迹螺距较大，第一侧槽205的螺旋圈数小于一圈。

在其中一个实施例中，内筒203内设有与其同轴的绞龙207，驱动部还用于驱动绞龙207转动，以将内腔内的绝缘油输送至检测件202。

其中，外筒204上端同轴固定有呈圆筒状的外盒208，外盒208固定于箱体101外，检测件202的工作端伸入外盒208内。内筒203上端伸入外盒208内且同轴固定有呈圆筒状的内盒209，内筒203伸入外盒208的部分开设有侧孔210，使得内腔与外盒208内部连通，内腔内的绝缘油能够从侧孔210进入外盒208内部并由检测件202进行测温。驱动部包括电机211和传动机构，电机211配置有对应的电源和控制器，以便控制启停和运行工况，电机211固定于外盒208上，电机211的输出端伸至内腔并设有绞龙207，同时电机211的输出端通过传动结构带动内筒203相对于外筒204转动。另外，外盒208上端设有盖体，以便对电机211和传动机构进行拆装。值得说明的是，绞龙207的外侧与内筒203的内壁接触，绞龙207的厚度、螺旋圈数和螺距等参数可根据需要选择设置，此处不做限制。

另外，检测件202上端设有油口，油口连接有管路（未示出），管路的端部伸至箱体101内绝缘油的液面下方。进入外盒208内的绝缘油逐渐增多，并进入检测件202进行测温，经过检测件202后，绝缘油继续沿管路回流并与箱体101内的绝缘油汇合。

在本实施例中，通过绞龙207对绝缘油进行由下至上的输送过程，提升检测的及时性和检测效率。在其他未示出的实施例中，可不设置绞龙207，但需将内筒203与外筒204配置为由导热材质制成，绝缘油在受热后密度减小而会自行上升，以产生自然对流作用，从而简化结构，但此时检测件202测得的绝缘油温度偏高，需在测得的绝缘油温度值的基础上减去一个数值，以获得实际的温度值。

在其中一个实施例中，绞龙207、内筒203和外筒204均由隔热材质制成，在一定程度上降低绝缘油与绞龙207、内筒203和外筒204的热量传递，使得进入检测件202所检测的绝缘油保持被取样时的温度，保证温度值的检测精度。

其中，绝缘油在被检测件202检测之前接触到的所有零部件均由隔热材质制成。例如外盒208、内盒209以及传动结构。

在其中一个实施例中，内筒203的转速低于绞龙207的转速。

内筒203转速较低，以使不同高度的绝缘油均具有足够时间从进样口进入内腔；绞龙207转速较高，以迅速将进入内腔的绝缘油输送至检测件202，保证温度值的检测精度。

其中，传动机构包括行星架212、太阳轮213、行星轮214和齿圈215，行星架212均固定于外盒208上，电机211的输出端上固定有太阳轮213，行星架212上沿太阳轮213的周向均布有多个行星轮214，内盒209上端开口并设有齿圈215，行星轮214的内侧与太阳轮213啮合，外侧与齿圈215啮合，电机211的输出端带动太阳轮213和绞龙207快速转动，并通过行星轮214和齿圈215带动内盒209和内筒203低速转动。优选地，可将电机211和传动机构设置于外盒208外部，以避免对传动机构运行的影响。

在其中一个实施例中，参见图2，箱体101内设有隔筒216，隔筒216套设于内芯102外侧，绝缘油填充于内芯102与隔筒216之间，使绝缘油更靠近内芯102形成的热源，在减少绝缘油使用量的同时能够保证绝缘油对内芯102的吸热能力和散热效率。

其中，参见图1，散热组件包括回油管105和散热片106，回油管105的内侧与隔筒216内部连通，回油管105的外侧与散热片106内部连通，以实现绝缘油的循环和散热。

在其中一个实施例中，参见图2以及图9至图12，内芯102包括同轴且由内至外依次设置的铁芯107、低压线圈108和高压线圈109，低压线圈108与高压线圈109均具有缝隙，缝隙使得绝缘油能够在低压线圈108的内外两侧以及高压线圈109的内外两侧流动交换；铁芯107与低压线圈108之间、低压线圈108与高压线圈109之间以及高压线圈109与隔筒216之间均设有中间组件，中间组件包括呈筒状的框架217和多个均呈螺旋状的导流片218，框架217在其周向上具有多个均布的容置区域，导流片218位于容置区域内，且多个导流片218沿螺旋轨迹依次排列。

绝缘油受热上升并沿导流片218流动，以产生转动循环作用，使绝缘油充分与低压线圈108或高压线圈109接触，提升对低压线圈108和高压线圈109的吸热能力和散热效率。

其中，铁芯107的上端可设有上轭，下端设有下轭，并通过绑带捆扎，所有铁芯107的两侧共同设有导电支撑结构。中间组件均由绝缘材质制成。对于一个中间组件来说，其框架217包括上下相对设置的两个环体219和竖直设置于两个环体219之间的多个支撑杆220，多个支撑杆220沿环体219的周向均布，相邻两个支撑杆220形成容置区域，每个容置区域对应的圆心角相等。在环体219圆周方向上的某处，支撑杆220沿环体219的径向内外间隔设置两个，导流片218的外侧与处于外侧的支撑杆220固定，导流片218的内侧与处于内侧的支撑杆220固定，因此，绝缘油沿导流片218流动时，能够从两个支撑杆220之间的间隔流动至相邻的导流片218，从而对绝缘油产生持续性的导向和循环作用。

优选地，对于一个中间组件来说，其具有多个导流组件，每个导流组件均包括沿螺旋轨迹依次排列的多个导流片218，多个导流组件沿框架217的周向均布，以使导流片218产生导流和循环作用的区域更密集，提升对绝缘油的导流和循环作用。

另外，对于最外层即高压线圈109与隔筒216之间的中间组件来说，其两个环体219上均相对开设有通孔，以便于将外筒204安装在环体219上，从而对靠近内芯102的绝缘油进行温度检测。外筒204插设于两个支撑杆220之间的间隔中，且第二侧槽206沿环体219的切向，以便于转动循环中的绝缘油从第二侧槽206、第一侧槽205进入内腔内。

在其中一个实施例中，在同一螺旋轨迹上且相邻的两个导流片218中，其中一个导流片218的外侧高于其内侧，另一个导流片218的外侧低于其内侧。

由于导流片218内外高度不同，绝缘油在沿导流片218流动的过程中，导流片218会对绝缘油产生向内或向外导流的作用，使得在同一螺旋轨迹上，绝缘油向内和向外流动交替进行，并通过缝隙穿过低压线圈108或高压线圈109，使绝缘油充分与低压线圈108或高压线圈109接触，进一步提升对线圈的吸热能力和散热效率。

其中，对于每个导流组件来说，相邻两个导流片218的内侧固定并平滑过渡，换言之，导流组件的内侧是连续的螺旋状。可以理解的是，每个导流组件可由一个螺旋状叶片形成，具体地，对螺旋状叶片进行等间隔裁切，裁切由外至内进行，并不完全裁断，以形成多个依次排列的导流片218，将第一个导流片218的外侧向上扳动，使其外侧高于其内侧，将第二个导流片218的外侧向下扳动，使其外侧低于其内侧，依此循环，使得相邻的两个导流片218分别对绝缘油产生向内和向外流动趋势。

可选地，图11是由外至内三个中间组件的剖视图，对于左侧被剖切的导流片218来说，其均由左上方至右下方倾斜，即外侧高于内侧，由上至下来说，外层第一个导流片218的剖切面、中层第二个导流片218的剖切面与内层第三个导流片218的剖切面共线设置，使得绝缘油能够从内层第三个导流片218流动至中层第二个导流片218，再流动至外层第一个导流片218。同样地，对于右侧被剖切的导流片218来说，其均由左上方至右下方倾斜，即外侧低于内侧，由上至下来说，内层第一个导流片218的剖切面、中层第二个导流片218的剖切面与外层第三个导流片218的剖切面共线设置，使得绝缘油能够从外层第三个导流片218流动至中层第二个导流片218，再流动至内层第一个导流片218，从而使得内外三层中间组件之间的绝缘油能够产生交换作用，使绝缘油充分与低压线圈108或高压线圈109接触，进一步提升对线圈的吸热能力和散热效率。

在其中一个实施例中，在内外相邻的两个中间组件中，容置区域的数量相等且一一对应，导流片218的数量相等且一一对应。

本发明的工作原理如下：

变压器工作时低压线圈108和高压线圈109会产生热量，通过隔筒216内的绝缘油以及散热组件对低压线圈108和高压线圈109进行散热。同时，在铁芯107与低压线圈108之间、低压线圈108与高压线圈109之间以及高压线圈109与隔筒216之间均设有中间组件，绝缘油受热上升并沿导流片218流动，以产生转动循环作用，同时由于导流片218内外高度不同，流片会对绝缘油产生向内或向外导流的作用，使得在同一螺旋轨迹上，绝缘油向内和向外流动交替进行，并通过缝隙穿过低压线圈108或高压线圈109，使绝缘油充分与低压线圈108或高压线圈109接触，提升对低压线圈108和高压线圈109的吸热能力和散热效率。

电机211的输出端带动太阳轮213转动，通过行星轮214和齿圈215带动内盒209和内筒203转动，以带动内筒203相对于外筒204转动，使第一侧槽205与第二侧槽206的重叠区域位置沿取样筒201的轴向移动，从而使进样口沿取样筒201的轴向移动，使不同高度的绝缘油均能够从进样口进入取样筒201的内腔，同时电机211的输出端带动绞龙207转动，以将内腔内的绝缘油输送至检测件202，以对不同高度的绝缘油进行温度检测，同时多个取样筒201对内芯102周向上不同位置的绝缘油进行温度检测，提升监测范围，从而能够及时发现油温异常并及时排查问题。

以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (8)

1.一种具有在线监测功能的变压器，其特征在于，包括箱体和竖直设置的内芯，内芯在箱体内并列设置多个，内芯周围填充有绝缘油，箱体外设有用于对绝缘油进行散热的散热组件；箱体上设有呈竖直状态且伸入绝缘油内的取样筒，取样筒具有内腔，取样筒侧壁上形成有与内腔连通的进样口，取样筒上端设有检测件，检测件用于对从进样口进入内腔的绝缘油进行检测并显示温度值；箱体上还设有驱动部，驱动部用于驱动进样口沿取样筒的轴向移动；

取样筒包括内外同轴嵌套的内筒和外筒，内筒外壁与外筒内壁贴合，内腔形成于内筒内，内筒侧壁上形成有第一侧槽，第一侧槽呈螺旋状且其轴线与内筒的轴线重合；外筒与箱体固定，外筒侧壁上形成有第二侧槽，第二侧槽呈直线状且与外筒的轴线平行，第一侧槽与第二侧槽具有重叠区域以形成进样口，驱动部用于驱动内筒相对于外筒转动，以使进样口沿取样筒的轴向移动；内筒内设有与其同轴的绞龙，驱动部还用于驱动绞龙转动，以将内腔内的绝缘油输送至检测件。

2.根据权利要求1所述的具有在线监测功能的变压器，其特征在于，取样筒沿内芯的周向均布多个。

3.根据权利要求1所述的具有在线监测功能的变压器，其特征在于，绞龙、内筒和外筒均由隔热材质制成。

4.根据权利要求1所述的具有在线监测功能的变压器，其特征在于，内筒的转速低于绞龙的转速。

5.根据权利要求1所述的具有在线监测功能的变压器，其特征在于，箱体内设有隔筒，隔筒套设于内芯外侧，绝缘油填充于内芯与隔筒之间。

6.根据权利要求5所述的具有在线监测功能的变压器，其特征在于，内芯包括同轴且由内至外依次设置的铁芯、低压线圈和高压线圈，低压线圈与高压线圈均具有缝隙，缝隙使得绝缘油能够在低压线圈的内外两侧以及高压线圈的内外两侧流动交换；

铁芯与低压线圈之间、低压线圈与高压线圈之间以及高压线圈与隔筒之间均设有中间组件，中间组件包括呈筒状的框架和多个均呈螺旋状的导流片，框架在其周向上具有多个均布的容置区域，导流片位于容置区域内，且多个导流片沿螺旋轨迹依次排列。

7.根据权利要求6所述的具有在线监测功能的变压器，其特征在于，在同一螺旋轨迹上且相邻的两个导流片中，其中一个导流片的外侧高于其内侧，另一个导流片的外侧低于其内侧。

8.根据权利要求6所述的具有在线监测功能的变压器，其特征在于，在内外相邻的两个中间组件中，容置区域的数量相等且一一对应，导流片的数量相等且一一对应。