CN214203391U - 具有气流重定向器的变压器 - Google Patents

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Abstract

一种具有气流重定向器的变压器，所述变压器包括：芯体；多个绕组线圈，所述多个绕组线圈布置在所述芯体附近以感应地耦接至所述芯体；多个空气间隙，所述多个空气间隙允许空气在所述芯体和所述绕组线圈中的至少一者附近流动；和气流重定向器，所述气流重定向器包括多个能够独立地调节的表面，所述多个能够独立地调节的表面成角度以将接收到所述气流重定向器中的部分冷却空气的气流重定向至至少一个预定的空气间隙中。

Description

具有气流重定向器的变压器
技术领域
本公开的方面涉及变压器，并且尤其涉及运行期间的变压器的空气冷却。
背景技术
变压器用于在电路中将电力从一个电压电平转换成更高或更低的电压电平的电力。典型的变压器包括缠绕在铁磁芯体上的两组绝缘导线，从而形成一个或多个高压(HV)绕组线圈和一个或多个低压(LV)绕组线圈。当将电力施加到一个从电压源汲取电力的绕组时，电力将被磁性地传送到另一绕组，该另一绕组以转换的或变化的电压将电力输送到负载。一个绕组中的匝数与另一绕组中的匝数之比和电源电压与负载电压之比相同。
在通常用于配电网络的干式变压器中，不使用介电液体来使一个或多个绕组线圈绝缘。但是，由于损耗和散热效率，温度升高会严重限制干式变压器的性能，因此采用空气强制冷却来降低其温度升高。
当前，通常将具有非常高的空气流量的离心式风扇用于此空气冷却。前述方法的问题在于，由于离心式风扇的发散方向，冷却气流的相当大一部分(例如40％)会被引导远离变压器，从而导致冷却空气浪费并且因此变压器的冷却效率低下。
本公开的示例性实施例单独地和共同地解决了这些问题。
实用新型内容
本公开的示例性实施例包括一种变压器，所述变压器包括：芯体；多个绕组线圈，所述多个绕组线圈布置在所述芯体附近以感应地耦接至所述芯体；多个空气间隙，所述多个空气间隙允许空气在所述芯体和所述绕组线圈中的至少一者附近流动；和气流重定向器，所述气流重定向器包括多个能够独立地调节的表面，所述多个能够独立地调节的表面成角度以将接收到所述气流重定向器中的部分冷却空气的气流重定向至至少一个预定的空气间隙中。
附图说明
通过示例示出了本公开的各方面。在附图中，相似的附图标记表示相似的元件。
图1示出了其中可以实施本公开的各个方面的变压器环境的透视图。
图2示出了本公开的一方面的示例性实施方式的透视图。
图3示出了图1和图2所示的示例性实施方式的横截面图。
图4示出了本公开的一方面的替代示例性实施方式的透视图。
具体实施方式
本文在空气冷却的干式变压器的背景下描述了示例。在以下描述中提供的示例性实施例仅是说明性的，并不旨在限制本公开的范围。现在将详细参考附图中示出的示例的实施方式。在整个附图和以下描述中将使用相同的附图标记来指代相同或相似的项。
为了清楚起见，并未示出和描述本文描述的示例的所有常规特征。当然，应当理解，在任何这种实际实施方式中，尽管如此，为了实现诸如遵守与应用和业务相关的约束之类的目标，可能还存在许多具体实施细节，并且这些特定目标可能因实施方式而异。
图1示出了其中可以实施本公开的各个方面的变压器环境的透视图。如图1所示，示例性变压器环境1包括分别由其离心式风扇16a和离心式风扇16b空气强制冷却的变压器10a和变压器10b。如截面视图2所示，变压器10a包括芯体11，以及布置在芯体11附近以感应地耦接至芯体11的绕组线圈12和绕组线圈13。在示例性实施例中，绕组线圈12和绕组线圈13中的至少一个被配置为以与其他绕组线圈不同的电压运行。在图1所示的示例中，一个或多个绕组线圈12在低压下运行并且一个或多个绕组线圈13在高压下运行。
如图1进一步所示，变压器10a(例如干式变压器)包括空气间隙(例如15a-e)，以允许冷却空气在芯体11、绕组线圈12和绕组线圈13中的至少一者的附近流动。空气间隙由芯体11、绕组线圈12和绕组线圈13中的至少一者限定。在图1所示的示例中，空气间隙15e由芯体11和内部绕组线圈12限定，空气间隙15d由内部和外部绕组线圈12限定，空气间隙15c由外部绕组线圈12和内部绕组线圈13限定，空气间隙15b由内部和外部绕组线圈13限定，并且空气间隙15a被限定为定位成距离芯体最远的最外侧绕组线圈13的外表面，例如最外侧绕组线圈13与变压器壳体14之间的区域，例如水平屏障。在一个示例性实施例中，芯体11还可以包括一个或多个空气间隙(未示出)，用于改善线圈11的空气冷却。
如前所述，目前的离心式风扇，例如图1所示的离心式风扇16b，通常用于空气强制冷却。前述方法的问题在于，由于由离心式风扇16b产生的发散的气流方向，如箭头17a和箭头17b象征性地示出的那样，冷却气流17b的相当大一部分(例如40％)可能变得被引导远离变压器10b，从而导致冷却空气17b的浪费和变压器10b的冷却效率低下。
为了解决上述问题，在本公开的示例性实施例中，变压器10a包括具有能够独立地调节的表面(例如稍后在图2中所示的能够独立地调节的表面21-25)的气流重定向器19，所述能够独立地调节的表面成角度，以将从离心式风扇16b进入重定向器19的一部分冷却空气的气流重定向至至少一个预定的空气间隙中，例如空气间隙15a-e，如下面所讨论并结合图2至图4更详细地描述的那样。
图2示出了图1的气流重定向器19的示例性实施方式的透视图。如图2所示，气流重定向器19包括能够独立地调节的表面21-25，该能够独立地调节的表面21-25可倾斜至期望的角度(例如α或β)，以将接收到重定向器19中的一部分冷却空气(例如从离心式风扇16b接收的箭头29a和箭头29c所示的气流部分)的气流重定向。在一个示例性实施例中，离心式风扇16b连接至风扇系统(未示出)或为风扇系统的一部分，该风扇系统例如是提供冷却空气29的轴流式风扇系统。为了简化说明，在图2中仅示出了五个能够独立地调节的表面21-25，但是不同数量的能够独立地调节的表面也被认为在本公开的范围内。
在一个示例性实施例中，能够独立地调节的表面21-25中的至少两个彼此成不同角度，以将来自所接收到的冷却空气的不同部分的气流导向不同的预定的空气间隙15a-e。例如，能够独立地调节的表面21设置成角度α，该角度α将接收到的气流部分29a重定向至箭头21c象征性示出的新方向。在另一个示例中，能够独立地调节的表面24被设置为角度β，该角度β将接收到的气流部分29c重定向至由箭头24c象征性地示出的新方向。如下文结合图3非常详细地描述的那样，气流21c和气流24c被导向一个或多个预定的空气间隙15a-e。
在一个示例性实施例中，气流重定向器19包括诸如框架之类的支撑结构20，能够独立地调节的表面21-25可调节地附接至该支撑结构20，或与该支撑结构20一体地形成。在一个示例性实施例中，能够独立地调节的表面21-25中的一个或多个可以在旋转点21a-25a和旋转点21b-25b处可旋转地附接至支撑结构20，例如通过螺钉或可控制的旋转轴或其它可旋转的连接，或通过导轨(未示出)或其他调节方法可旋转地附接至支撑结构20。可旋转的连接使能够独立地调节的表面21-25中的每一个能够沿着宽范围的角度设置(例如箭头27示例性地示出的)运动。在另一示例性实施例中，表面21-25与支撑结构20以预定的角度(例如角度α和β)一体地形成，用于将空气导向一个或多个预定的空气间隙15a-e。
支撑结构20也可以用作空气引导件，以减小或消除气流从离心式风扇16b的向外发散方向(例如由图1中的箭头17a和箭头17b象征性地示出的)，并沿重定向表面21-25的大致方向引导气流，例如由图2中的箭头29a和箭头29c象征性地示出的那样。
尽管图2中的示例性支撑结构20被示出为大致圆形，但是各种几何构造例如椭圆形、矩形和多角形(例如五边形，六边形等)也被认为在本公开的范围内。
在一个示例性实施例中，气流重定向器19经由支撑结构20(如箭头28a和箭头28b所示)耦接至提供冷却空气29的风扇系统(未示出)。风扇系统可以包括空气管道27，或者经由提供冷却空气29的空气管道27连接到气流重定向器19。在另一个示例性实施例中，气流重定向器19与风扇系统的至少一部分(例如与离心式风扇16b)一体地形成。
现在将结合图3更详细地说明气流重定向器19的运行，图3进一步示出了图1和图2中示出的示例性实施方式的横截面视图。为了说明的目的，图1中的空气间隙15a-e中的每一个都被示出为子部分(根据每个子部分与气流重定向器19的接近程度)。例如，空气间隙15a被示出为子部分15a1和子部分15a2，空气间隙15b被示出为子部分15b1和子部分15b2，空气间隙15c被示出为子部分15c1和子部分15c2，空气间隙15d被示出为子部分15d1和子部分15d2，并且空气间隙15e被示出为子部分15e1和子部分15e2，而壳体14也被示出为子部分14a和子部分14b。
如图3的示例性设置所示，气流重定向器19经由离心式风扇16b接收冷却空气29，其中冷却空气29的部分(例如气流部分29a和气流部分29c)，由一个或多个能够独立地调节的表面21-25接收，例如由可调节表面21和24接收。然后，如分别由相应的气流箭头21c和24c象征性地示出的那样，基于其独立地调节的角度(例如，α或β)，可调节的表面21和24分别使气流部分29a和29c重定向至预定的一个或多个空气间隙或一个或多个子部分(例如子部分15a1、15b1、15c1和15e2、15d2)。然后，气流部分21c和24c在其内部流向子部分15a1、15b1、15c1和15e2、15d2，如分别由相应的气流子部分21c1-21c3和24c1-24c2所示。
同样，其它能够独立地调节的表面(例如22、23和25)，可以分别设置成一定角度，以便将其气流部分重定向到不同的空气间隙或其子部分。在图3的示例性设置中，能够独立地调节的表面22成一定角度，使得气流部分22c被导向空气间隙子部分15d1和15e1，然后该气流部分在子部分15d1和15e1内部流动，如相应的气流箭头22c1-22c2象征性地示出的那样。能够独立地调节的表面23成一定角度，使得气流部分23c被导向芯体11，然后该气流部分可以在其任何空气间隙(未示出)内流动，如相应的气流箭头23c1-23c3象征性地示出的那样。能够独立地调节的表面25成一定角度，使得气流部分25c被导向空气间隙子部分15c2、15b2、15a2，然后该气流部分在子部分15c2、15b2、15a2内流动，如相应的气流箭头25c1-25c3象征性地示出的那样。
在一个示例性实施例中，基于每个空气间隙或一个或多个子部分的冷却需求，可以将不止一个能够独立地调节的表面指向任何的一个或多个空气间隙或其一个或多个子部分。例如，可以使一个以上的能够独立地调节的表面成一定角度，以将气流重定向到与绕组线圈12或绕组线圈13相对应的一个或多个空气间隙或其一个或多个子部分，以分别冷却高压或低压线圈绕组。
在一个示例性实施例中，将气流部分以与其相应的重定向可调节表面基本相同的角度(例如，以可调节的表面21的角度α)导向其预定的一个或多个空气间隙或一个或多个子部分，或者将气流部分以在与气流部分相邻的可调节的表面之间的角度范围内导向其预定的空气间隙或子部分，例如气流部分24c以相邻的可调节的表面23和24的角度β和
Figure BDA0002799870660000051
之间的角度(例如平均角度)被重定向。
在一个示例性实施例中，气流重定向器19具有介电的成分(例如，塑料)，并且如图3所示，气流重定向器19被定位成与壳体14相距预定的介电距离d1(例如，4-20cm)。可以基于变压器的电压等级来选择距离d1，使得变压器等级越高，距离d1越大，例如，对于10kV变压器，大约为6cm，对于35kV变压器，大约为15cm。
图4示出了气流重定向器50的替代示例性实施方式的透视图，其包括空气管道50a，以接收来自离心式风扇16b的冷却空气并将冷却空气导向其能够独立地调节的表面(例如51-54)。在一个示例性实施例中，空气管道50a可以连接到气流重定向器50的支撑结构和/或风扇系统，或空气管道50a与气流重定向器50的支撑结构和/或风扇系统一体地形成。空气管道50a使得离心式风扇16b和/或风扇系统能够被放置在距变压器10a更远的距离处，例如位于比变压器10a低得多的平面处。
上述示例性实施例使得能够更有效地向变压器中的空气间隙提供和分配冷却空气，这有助于更好地减小变压器的温度升高，从而改善了变压器的可靠性、热传递效率，节省材料成本及带来其它优点。
提供先前的描述以使本领域的任何技术人员能够实施本文描述的各个方面。这些方面的各种修改对于本领域技术人员而言将是显而易见的，并且本文定义的一般原理可以应用于其他方面。
仅出于说明和描述的目的给出了前面的描述，并且前面的描述并不旨在穷举或将本公开限制为所公开的精确形式。在不脱离本公开的精神和范围的情况下，其许多修改和改编对于本领域技术人员将是显而易见的。
这里对示例或实施方式的引用意味着结合该示例描述的特定特征、结构、操作或其他特性可以被包括在本公开的至少一个实施方式中。本公开不限于如此描述的特定示例或实施方式。短语“在一个示例中”，“在示例中”，“在一个实施方式中”或“在实施方式中”的出现，或者其在说明书中各个位置的变体不一定指代相同的示例或实施方式。在本说明书中关于一个示例或实施方式描述的任何特定特征、结构、操作或其他特征可以与针对任何其他示例或实施方式描述的其他特征、结构、操作或其他特征组合。
本文中使用的词“或”旨在涵盖包括性和排除性的情况。换句话说，A或B或C包括适用于特定用途的以下任何或所有替代组合：仅有A、仅有B、仅有C、仅有A和B、仅有A和C、仅有B和C、以及A和B和C。

Claims (13)

1.一种变压器，其特征在于，所述变压器包括：
芯体；
多个绕组线圈，所述多个绕组线圈布置在所述芯体附近以感应地耦接至所述芯体；
多个空气间隙，所述多个空气间隙允许空气在所述芯体和所述绕组线圈中的至少一者附近流动；和
气流重定向器，所述气流重定向器包括多个能够独立地调节的表面，所述多个能够独立地调节的表面成角度以将接收到所述气流重定向器中的部分冷却空气的气流重定向至至少一个预定的空气间隙中。
2.根据权利要求1所述的变压器，其特征在于，所述能够独立地调节的表面中的至少两个成彼此不同角度，以将来自接收到的冷却空气的不同部分的气流导向不同的预定的空气间隙。
3.根据权利要求1所述的变压器，其特征在于，所述气流重定向器还包括：
支撑结构，其中，所述能够独立地调节的表面能够调节地附接至所述支撑结构。
4.根据权利要求1所述的变压器，其特征在于，所述气流重定向器耦接至提供所述冷却空气的风扇系统。
5.根据权利要求1所述的变压器，其特征在于，所述气流重定向器与提供所述冷却空气的风扇系统的至少一部分一体地形成。
6.根据权利要求4所述的变压器，其特征在于，所述风扇系统包括轴流式风扇系统。
7.根据权利要求1所述的变压器，其特征在于，所述绕组线圈中的至少一个被配置为以与其他绕组线圈不同的电压运行。
8.根据权利要求1所述的变压器，其特征在于，至少一个所述空气间隙包括定位成距离所述芯体最远的线圈的外表面。
9.根据权利要求1所述的变压器，其特征在于，所述气流重定向器定位在与所述芯体和所述绕组线圈相距预定的介电距离的位置处。
10.根据权利要求1所述的变压器，其特征在于，所述气流重定向器具有介电的成分。
11.根据权利要求1所述的变压器，其特征在于，所述空气间隙由所述芯体和所述绕组线圈中的至少一者限定。
12.根据权利要求1所述的变压器，其特征在于，所述变压器包括干式变压器。
13.根据权利要求3所述的变压器，其特征在于，所述气流重定向器还包括：
空气管道，所述空气管道用于接收所述冷却空气并将所述冷却空气导向所述能够独立地调节的表面。
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