CN87101947A - 感应设备的改进 - Google Patents

Abstract

一种静止感应设备，特别是电力变压器，包括一个装在一个槽(10)中其上绕有电气绕组(12)的铁心(11)。各绕组在槽(10)中都配备有一个容器(14)，该容器具有一个至少部分敞开的借盛装绝缘冷却液用的顶部。此外还设有扬液泵(15)用以将液体从槽底部提升到容器中，槽则与位于各绕组上方的外部冷凝器(18)相连，从而使冷却液可以从槽通到冷凝器中。在冷凝器中冷凝之后(在重力的作用下)返回到围绕绕组的容器(16)中。

Description

本发明是关于静止感应设备用的冷却系统。

静止感应设备一般由一个磁芯和若干绕组组成，运行时产生热损失。为了对这类设备进行冷却并使其具有一定的绝缘强度，通常的作法是把设备封装在一个容器槽中通上循环冷却流体。这类设备包括变压器。变压器是通过电磁感应将两个或多个线圈之间的交流电压和电流变换成同频率、通常为不同值的电压和电流。

一般用途的变压器是油浸式的，具有气密式密封或排气孔。油有两个作用：使变压器具有一定的绝缘强度，和为铁心和绕组所产生的热损失进行冷却。任何液浸式变压器的主要问题是其中所装的大量液体，这些液体有漏泄的危险，造成环境性灾难。

干式变压器虽然无需液体冷却剂，但却具有若干技术缺陷，其中包括散热能力差，因电气和散热方面的原因需要更大的空间，而且易受环境污染。此外，它们价格昂贵。

有人设计和研究过充有诸如SF₆、C₂F₆或C₄F₈等非冷凝性气体的变压器，这些气体使变压器具有一定的绝缘强度，气体中的小量液体经过抽运或雾化，以瀑布的方式淋遍整个铁心和绕组进行冷却。这种配置方式由于非冷凝性气体与蒸汽产生不希望有的混合物产生了大问题。有一些已获批准的专利提出了若干解决上述混合问题的建议，但这些建议迄今还没有发现是有商业实用价值。另外还有这样的缺点：要在变压器槽和带活动部件的设备中提升液体需要很高的操作压力。对只使用小量电介质和冷却流体的变压器来说，就需要有一个提升液体的装置以除去铁心和绕组运行时所产生的热。电动泵由于具有运动部件和密封部分，因而相当不可靠。此外，采用小量液体的变压器需要一个足够容量的泵进行喷淋，确保润湿绕组的各个部分，不然绕组会“烧焚”。这个要求说明，现有技的蒸汽扬液泵不足以给绕组导体表面提供足量的液体。

本发明提供的是静止式感应设备，特别是电力变压器，该变压器包括一个绕有电气线圈安装在一个槽中的铁心，各套绕组在槽中都配备有一个容器，该容器具有一个至少部分敞开供盛装电介质和冷却液用的顶部;此外还设有扬液泵，用以将液体从槽底部提升到各容器中，槽则与位于各绕组上方的外部冷凝器相连，从而使冷却液蒸汽可以从槽通到冷凝器中，在冷凝器中冷凝之后，（在重力的作用下）返回到围绕组的容器中。

这里所使用的扬液泵一词是指这样一种静止式扬液装，该装置有一根或若干根管，液体即借助于部分液体的沸腾在管中提升，形成的蒸汽使其余未汽化的液体上升。这种泵（也可叫做扬汽泵）没有活动部件、阀门或隔膜。

运行时，各容器中都有冷却液，从而各绕组大体上都完全浸没在冷却液中，而这些冷却液应为可冷凝的流体，即在室温下为液体的流体。在感应设备（以下简称变压器）运行的过程中，各绕组产生的热量使冷却液蒸发。汽化了的冷却液在与容器相连的冷凝器中在重力的作用下通过适当配置的导管再循环返回到容器中。冷凝在槽内壁上的冷却液借助于扬液泵再循环返回到容器中。对槽内壁进行保温可减少这个冷凝量。本发明设备的绝缘冷却流体量最多为普通全油浸式变压器所用的量的30%，但一般少于10%，最好少于5%。在空载条件下，变压器内的流体量大体上等于各容器中流体量和在槽底及扬液泵中残留液量的总和，举例来说，本发明的IMVA配电变压器只需要约15升的液体，相比之下，普通设计的同类变压器则需要600升液体。

在运行情况下，变压器（液槽和容器形成一个密封单元）中的压力大体上为绝缘冷却流体的蒸汽压，在内部温度为0至100℃正常负载和过载情况下最好为100至1000毫巴。有意识地或漏泄引起的任何非冷凝物不应超过变压器内包括冷凝器的自由空间容积的25%左右，但最好不大于10%。最理想的情况是，槽内全部自由空间最好都充满冷却液或蒸汽。但如下面即将谈到的，有少量非冷凝性气体（例如容积多达30%）存在有好外。

用于本发明设备的冷却流体最好是在室温下为液体的流体，具有适当的沸点，在变压器运行条件下使用不会分解，而且在变压器中产生的压力最好在上述范围内，在液态和汽态下具有良好的电气性能和热性能，而且毒性小。所述冷却流体最好是不容易燃的，具体例子有碳氟化合物、含氟氯烃和含氯烃或其混合物，例如，如英国专利GB-A-2124253所公开的那些化合物。

在变压器各绕组周围流体的可容积的可容度的组合及采用没有活动部件的扬液泵可以解决上述诸问题。绕组周围始终充有足够的流体，因而消除了绕组“烧焚”的危险性。本发明的实质是简化了结构，因为本发明设备中没有活动部件，而且变压器设计得使其具有较低的成本。

扬液泵间歇工作足以将在槽内冷凝的液体在可容度范围内供应到各绕组上。汽化散热过程会损失掉一些流体，从而使泵的性能变差。

各绕组周围的容器应采用是磁性材料制造，该材料还应具有包括高度抗漏电的良好电气绝缘性能，吸湿性小，电气强度大，且具有与变压器运行温度相适应的热性能。合适的材料有纸、树脂、玻璃、聚酯和含氟塑料。容器在各绕组周围适当形成外壳，呈具有一个整体底板的内、外圆筒的形式。各绕组配置在分成若干段让流体自由流通的底座上。各容器装配在各铁心周围，其顶部敞开着或半密封，使其中的蒸汽压力与变压器槽和冷凝器中的一样。

本发明设备所用的扬液泵呈单‘U’形管安装在变压器底座下方，‘U’形管的一个臂延伸到一定的高度，使它可以往绕组周围的容器中排放液体。在‘U’形管底座出口侧上装有一个加热器用以蒸发扬液泵中的液体。蒸汽形成后促使液体往上流到泵的出口管。扬液泵的加热器装在上液泵外部，可以装在‘U’形管出口侧的一段附近靠近最低处弯曲部分的地方。加热元件提供的热能密度一般不应超过10瓦/平方厘米左右，不应使流体达到能引起分解的温度。热能密度最好为0.5至9瓦/平方厘米，最理想约为3瓦/平方厘米。形成扬液泵的各‘U’形管需要有一个热源。

在本发明一个最佳实施例中，一系列相继连接的扬液泵是一台接一台地装在另一台泵上方，以便增加供应给较大容量变压器的扬液量，在这种情况下，各泵最好通过设置在较低处的泵的出口侧或其附近的中间储槽进行连接。一台扬液泵的扬程可达到其相对于‘U’形管竖向长度的高度的三倍。扬液泵的‘U’形管部分安置在变压器槽底座底下，因此实际上限制了‘U’形管的容许长度。为克服此局限性，可以扬液泵出口侧顶部也再制成‘U’字形，延长出口管。加热元件装配在‘U’形管底板的出口侧。在任何情况下，各加热元件和泵的有关部件最好安置在变压器槽容器外部。

此外，任何扬液泵的出口管最好加以保温，因为我们发现，这样做可以使泵的抽运动作特别是在起动时，更好，更可靠。

在本发明的另一个实施例中，在变压器槽中加了少量基本上是非冷凝性的气体，以防止在各相绕组容器中的电介质和冷却液和在变压器槽底座的残留液沸腾。通常，该非冷凝性气体产生的附加压力不应大于使变压器具有足够绝缘强度所需要的压力，一般在20℃下约为50至150毫米。这类气体可以是He、N₂、CO₂、CF₄、C₂F₆、C₄F₈、SF₆或它们的混合物。这些气体在变压器中会与电介质和冷却液的蒸汽混合，从而改善它们的绝缘强度。隋性气体的主要作用是防止各绕组周围的液体在其达到足够完善的蒸汽和总绝缘强度之前沸腾。

在本发明的又一个实施例中采用了一种能吸液的材料，目的是为了确保在正常情况下不浸在介质和冷却液中的发热元件被润湿，以便通过汽化散热。这些部位包括铁心表面和因载流而发热的各接头。能吸液的较理想的材料是玻璃织布。通常是将布缠绕在从各绕组引向各套管的导体上，也可以铺设在铁心表面。在各容器的液体中始终应浸没有足量的吸液材料片以确保一定的毛细管作用。

在本发明的又一个实施例中采用了一个传感器来控制一个或多个变压器扬液泵的操作。为了选用变压器而对其进行评价时，许多用户主要考虑的问题是在变压器的损耗上所花的代价。这种评价是根据铁耗作出的，铁耗一般为各绕组负载电流损失值的5至10倍。因此在许多场合下有一点很重要，即扬液泵应作为与变压器负载相关的设备而工作。除可以利用变压器的电气负荷作为传感器的基准值之外，还可以为传感器提供诸如蒸汽压力或温度等作为绝对值或差值的基准值。在某些情况下，利用一相或多相容器中的液面作为传感器基准值来控制扬液泵可能有好处。

下面参照附图介绍本发明。附图中：

图1是本发明变压器的侧视图。

图2是本发明装在容器中的各绕组连同扬液泵的详图。

图3是改进了的扬液泵。

图4是值得推荐的一个泵的示意图。

如图1所示，变压器包括一个集装箱式的槽10，槽中装有铁心11和绕组12，容器13包围着各绕组12，绕组中充有绝缘冷却流体14。残留流体14盛在变压器槽10底部和扬上液泵的‘U’形部分15上，在变压器的运行条件下通过传感器17促使‘U’形部分内的流体14部分汽化。传感器17起监控容器13中温度、压力或液面的作用，以提供控制一台或多台由‘U’形部分15和加热元件16组成的扬液泵的工作情况所用基准值。变压器带负荷运行时，铁心11和绕组12发热，借助于盛装在槽13中的流体的汽化散热。蒸汽通过入口19进入冷凝器18中，通过出口20作为冷凝液返回到容器13中。扬液泵可以在变压器运行时使其连续运行，或由传感器17进行控制。有了设在顶部的冷凝器18，就可以使冷凝液取返回到容器13中的流向。因此这种配置方式大大减少了抽运量，只在需要往容器13中补充变压器槽表面上消耗掉的冷凝液时才需要泵送。来自扬液泵的流体14也可以送到铁心上。

图2是配置方式的剖视图，其中包括铁心11、绕组12、流体14和扬液泵15，加热器16则安装在变压器槽10下方。绕组12由两个完全浸没在流体14中的线圈组成，流体14起绝缘作用并通过汽化散除线圈表面的扒热量。加热器16安置在‘U’形部分15的出口侧。热量使液体部分汽化，从而使待输送到容器13中的剩余液体提升。

图3是采用两个扬液泵的布置方式：两个扬液泵彼此连接，为液体14提供额外的提升力。这种布置方式可用于功率较大的变压器。

图1图2和图3示意画出了由一个‘U’形管组成、加热元件安置在适当位置上的扬液泵。图4是一个更值得推荐的泵形式的示意图。如图4是一个更值得推荐的泵形式的示意图。如图所示，它包括一个连接到槽10底部的下行管14，下行管14又在那里与保温的立管或出口管15的下部相连。插装在立管15下端的腔42中的盒式加热器46给上液泵提供热量。

Claims (6)

1、一种静止感应设备，包括一个装在一个槽中其上绕有电气绕组的铁心，其特征在于，各绕组在槽中都配备有一个容器，该容器的顶部具有一个至少部分敞开用以从该处盛装电介质和冷却液用，此外还设有扬液体从槽底部提升到容器中，槽则与位于各绕组上方的外部冷凝器相连，从而使冷却液可以从槽通到冷凝器中，在冷凝器中冷凝之后，(在重力的作用下)返回到围绕绕组的容器中。

2、如权利要求1或权利要求2所述的静止感应设备，其特征在于，该设备是一个电力变压器。

3、如权利要求1或权利要求2所述的静止感应设备，其特征在于，该设备有两个或多个串联连接的扬液泵用以将液体从槽底部提升到容器中。

4、如以上任何一项权利要求所述的静止感应设备，其特征在于，任何扬液泵的竖立的输液管都进行保温。

5、如以上件何一项权利要求所述的静止感应设备，其特征在于，在所述槽和冷凝器中制成大体上盛以可冷凝的绝缘冷却剂或其蒸汽的密封单元，各绕组大体上浸没在冷却液中。

6、如权利要求5所述的静止感应设备，其特征在于，所述槽/冷凝器组合体中的自由空间最多3%充有非冷凝性气体。

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