高壓變壓器模塊的製作方法

2023-06-13 16:42:11

高壓變壓器模塊的製作方法
【專利摘要】本發明涉及高壓變壓器模塊(10，40，60，92，94)，其包括具有至少一個繞組(12，48，62，100)的變壓器芯。變壓器芯(102)固定地集成在具有布置為方形的角點的機械支承結構中，其中角點實施為負載卸除點(16，44，46，66)並且對應於CSC容器的尺寸布置。
【專利說明】高壓變壓器模塊
【技術領域】
[0001]本發明涉及高壓變壓器模塊，其包括具有至少一個繞組的變壓器芯和具有高壓變壓器模塊的電氣能量系統。
【背景技術】
[0002]眾所周知，高壓變壓器例如在IlOkV或380kV的電壓範圍中並且在100MVA及更高的功率範圍中，不但為覆核目的而且在完成可能的維護或修理工作之後還有緊接著在其製造後密集地測試，以便於確保其在接下來的運行時期期間沒有問題地工作，其通常是多年。不但使用固定的試驗站而且使用移動的試驗站。構造後者尤其是用於現場檢驗變壓器，在這之後拆卸並且輸送到下個使用地點。此外如果輸送並且構造移動試驗站大多與非常高的花費相關，則這仍然大多比將具有例如200t的重量的變壓器輸送到固定試驗站的花費更少。此外有利的是，還顯著減少了處於檢驗中的變壓器的停機時間。
[0003]在此不但使用了 DC試驗站還使用了 AC試驗站，用該試驗站可以設立相應檢驗條件。尤其是AC試驗站必須能夠在較長的(經常延續多個小時)時期上提供具有可變電壓和可變頻率的高電氣檢驗功率，例如用於持久負荷測試或短路測試。除了如例如逆變器和整流器的功率電氣組件以外通常還需要檢驗變壓器，以便於例如由變流器產生的交流電壓轉化為對檢驗需要的電壓水平或還有，以便於可使用供電源的電壓匹配到逆變器。
[0004]這樣的變壓器由於高需要的最大檢驗功率(例如20MVA並且更高)是很大的大小和很大的重量(例如15t)的組件。不利的是，此類變壓器的輸送實現為專門輸送，例如在低架裝載機上，並因此尤其 是時間和花費密集的。此外此類檢驗變壓器現場的構造、裝配和調試與很大的時間和後勤花費相關。

【發明內容】

[0005]從現有技術出發本發明的任務在於，給出高壓變壓器或者相應電氣能量系統，其特別簡單地輸送並且在現場安裝。
[0006]該任務通過開始提及類型的高壓變壓器模塊來解決。該高壓變壓器模塊特徵在於，變壓器芯固定地集成在具有布置為方形的角點的機械支承結構，其中角點實施為負載卸除點並且對應於CSC容器的尺寸布置。
[0007]本發明的基本思想一方面基於，由儘可能少並且標準化的模塊構造用於高壓變壓器的試驗站系統，該模塊可以簡單地輸送並且在現場例如通過相應電氣插拔連接簡單地接線成完整試驗站系統。為簡化視為試驗站系統的基本組件的輸送高壓變壓器模塊，將支承結構的角點匹配到根據CSC(用於保存容器的國際慣例)的標準容器的角點的標準化的柵格尺度(Rastermafi)。CSC容器具有例如寬度2.438m,高度2.591m並且長度6.058m或者
12.192m的標準化的尺寸。容器的八個角點同時為其負荷點，通過該負荷點卸去向下的重力或者重力由位於其上的容器承受。
[0008]機械支承結構實現為例如由適合截面的不鏽鋼管剖面組成的支架，其中在優選的變型方案中變壓器則可以中心地布置。變壓器不但可以集成在已支承的支架中，例如其方式為它藉助於螺紋或壓合連接固定在支架的為此設置的支點上。而且還有可能的是，尤其是在變壓器的大小接近容器的大小時，因此寧願較小的支架自身實施為變壓器的集成部分。
[0009]因此根據本發明的高壓變壓器模塊可(如標準容器)集成在任意容器堆中並且與其一起例如在船上輸送。而且用於標準容器的多個其他輸送可能性如例如火車或LKW有利地展示用於高壓變壓器模塊，以便以此方式大大簡化其輸送。
[0010]此外在現場安裝高壓變壓器模塊通過其中永久集成變壓器的機械支承結構大大地簡化。為了確保安全的狀況，例如通過由混凝土組成的適合的基座部分僅提供四個下面負載卸除點用於支撐。上面四個負載卸除點在裝配時用作例如保持孔眼用於由吊車通過繩索吊起。將具有芯和繞組的變壓器布置支承結構中在此如此實施，確保其安全運行的隔離技術在支承結構中，其固然根據本發明的高壓變壓器模塊的固定組成部分。尤其是在此保持到變壓器的電氣連接的受隔離技術限制的最小間隔。相應於高壓變壓器模塊的實施變型方案變壓器實施為用於例如到30kV、60kV或還甚至到IlOkV的電壓範圍的乾式變壓器。在此不但可設想I相，3相實施而且可設想專門構造(如電位分離器或類似的)。
[0011]根據依照本發明的高壓變壓器模塊另外的擴展方案形式此外角點實施為標準容器角，因此具有尤其是相應孔徑和內空腔，以便實現例如相互鄰近的容器角的相互支住。
[0012]按照根據本發明的高壓變壓器模塊的特別優選的實施形式從角點延展的面構成壁，以便形成具有內部空間的類似容器的貯藏器。由此提供尤其是用於高壓變壓器模塊的輸送保護，從而進一步簡化高壓變壓器模塊的輸送。而且這種壁還用於在運行時保護。可選地設置到類似容器的貯藏器的內部的進入可能性(例如門)，以便於實現維護。此外在這裡變壓器如此設計並且在貯藏器內如此布置，使得在可用壁的情況下確保安全運行的隔離技術。變壓器的電氣連接然後藉助於合適的套管，例如通過側壁，向外引導。此外相應隔離的線纜的直接套管是可能的，其中然後優選地各自可抽拔的線纜環可在貯藏器內部中保持。
[0013]為了確保具有存在的容器輸送系統的根據本發明的高壓變壓器模塊的完全兼容性，優選地貯藏器實施為對應CSC的容器。
[0014]跟隨另外的本發明變型方案壁至少局部地分別實施成雙層壁。從而進一步提高壁保護功能，以便還在損傷壁的情況下通過第二壁提供保護。
[0015]根據本發明跟隨另外的變型方案在內部空間中設置至少一個橫向壁，通過該橫向壁內部空間分成至少第一和第二內部空間，其中具有繞組的變壓器芯布置在第一內部空間中。將公共內部空間劃分成第一和第二內部空間實現例如高壓變壓器模塊中總的系統的另外的組件的集成，該組件然後有利地通過橫向壁與變壓器分開地布置在第二內部空間中。然而這個實施變型方案僅在較小變壓器功率的情況下可能，其中仍有在類似容器的貯藏器的內部空間中相應位置供使用。
[0016]跟隨特定實施變型方案共同的內部空間或者第一內部空間(其根據變壓器的變型方案布置)實施為嚴密地密封。這也就是實現了用變壓器油填充有關內部空間，以便位於其中的變壓器最後構成油式變壓器。這是由於尤其是在比先前提出的關注電壓更高的情況下(例如在IlOkV以及更高的情況下)油的絕緣體特性。第一內部空間然後用作變壓器箱並且還對應於油變壓器的箱設計為例如具有屏障，其中然後還需要優選地要在現場安裝的端部引線。同樣用油裝填箱應優選地在現場進行，以便於使輸送重量不太大。出於安全原因分別用油填充或者要填充的內部空間應由雙壁包圍。
[0017]對應於根據本發明的高壓變壓器模塊的另外的變型方案在內部空間或者第二內部空間內設置與變壓器的至少一個繞組電連接的電氣開關設備。而且可選地在內部空間或者第二內部空間內還設置至少一個與至少一個繞組電連接的逆變器-和/或整流器。兩種實施形式顯然僅在容器或者類似容器的貯藏器內還足夠的位置提供的情況下，因此例如在僅少量MVA的變壓器功率的情況下展示。以這種方式有利地模塊化總的系統的其他組成部分集成在高壓變壓器模塊中並且如此減少所需總的模塊的數量。
[0018]根據優選的本發明變型方案在內部空間或者第一和/或第二內部空間內設置具有至少一個熱交換器的冷卻系統，其中此外設置運動設備，藉助於運動設備至少一個熱交換器可從內部空間之一內的輸送位置運動到至少部分地位於外部的工作位置。
[0019]變壓器在其運行時產生電氣損失功率，其導致容器中的熱量進入。尤其是在變壓器布置在封閉的類似容器的貯藏器中的情況下這快速導致在貯藏器內的不允許的高溫度上升。這個效果還由貯藏器內的其他產生損失熱量的組件來促進，尤其是還由具有其功率電子學的變流器柵欄來促進。因此在運行中產生的損失熱量的散發的問題特別重要。
[0020]對應於本發明變型方案冷卻系統的根據本發明的優點在於為輸送目的熱量交換器在高壓變壓器模塊內的特別節約位置並且緊湊的布置，其中為了運行高壓變壓器模塊熱量交換器至少部分地從高壓變壓器模塊運動出來。由於與周圍空氣的於是提高的接觸面實現冷卻系統的顯著提高的效率。優選地這種冷卻系統實施為具有冷凝器和蒸發器的封閉的冷卻循環，其中一個或甚至多個蒸發器通過蒸發冷卻液吸收在高壓變壓器模塊的內部中的熱能量並且在可從中運動出來的冷凝器交出。這種冷凝器布置在例如試驗站模塊的上區域中並且可類似抽屜地從試 驗站模塊通過各自的開口移出。通過指向在冷凝器的表面上的風扇這種冷卻系統的效率還可按需要提高。
[0021]根據高壓變壓器模塊的優選的變型方案在至少一個壁中設置至少一個可藉助於蓋板關閉的凹口。凹口用作尤其是高壓變壓器模塊的電氣供應線路或接線的套管，以便高壓變壓器模塊可沒有問題地與總的系統的另外的模塊電氣連接。蓋板用於在輸送時保護。在現場安裝後不再要求保護並且蓋板可以移除，以便展開凹口。通過凹口於是可以引導按需要使用技術人員已知的相應的電氣套管或者直接的相應隔離的接線線纜。而且還可以使用例如用於相應電氣接線的夾板，夾板在輸送期間會安放在容器的內部並且已經具有例如到變壓器的所有後方的模塊內部的連接。以這種方式不但確保在接線點沒有毀壞斷面的安全輸送而且確保高壓變壓器模塊與另外的模塊的簡單接線。
[0022]本任務還通過電氣能量系統來解決，該電氣能量系統是模塊化構造並且具有至少一個根據本發明的高壓變壓器模塊。如開始提及的，優選地通過使用容器或類似容器的貯藏器作為殼體模塊化構造實現簡單輸送和在現場沒有問題地構造，這尤其是因為系統組件布置在容器內的固定位置。組件在容器內已經固定地接線在其固定位置，使得僅還有模塊要這樣地接線。此外模塊化實現按需要多個標準化的並基於容器的系統模塊(如例如還有變流器模塊)電氣聯接到電氣能量系統。因此例如模塊化電氣能量系統的功率可通過實現另外的基於容器的系統模塊相應升高。
[0023]優選地模塊化電氣能量系統是用於功率變壓器的試驗站系統，為此還規定，電氣供電源的預定電壓轉化為具有可變高度和頻率的檢驗電壓(一相或甚至三相)。而且基於容器的模塊化電氣能量系統自然還適用於其他應用目的，例如還作為用於風電場或者甚至離岸風電場的能量系統。其具有變壓器和變流器的容器實施中的高壓變壓器模塊例如可容易地如此構想，高壓變壓器模塊適合作為變換器/變流器用於風電站。用於風電站的這種變流器的任務為將產生的可變電壓變換為定義的供應電壓，並且藉此最後可與試驗站系統的任務非常相同。如此實施的根據本發明的高壓變壓器模塊的優點(即其簡單的可輸送性和在現場裝配)在建立風電場時同樣是最重要的，使得本發明還可以在該領域中有利地使用。
[0024]其他有利擴展方案可能性可從其他從屬權利要求得到。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0025]根據在附圖中示出的實施例本發明會更詳細地描述另外的實施形式和另外的優點。
[0026]其示出:
圖1示出第一示範高壓變壓器模塊，
圖2示出第二示範高壓變壓器模塊，
圖3示出第三示範高壓變壓器模塊，
圖4示出高壓變壓器模塊的堆疊以及 圖5示出具有繞組的第四變壓器芯。
【具體實施方式】
[0027]圖1以剖面平面圖示出第一示範高壓變壓器模塊10。變壓器12固定地集成在類似支柱的機械支承結構14中並且由該支承結構支承。支承結構14伸展到四個下負載卸除點16並且到四個另外的未示出的上負載卸除點，該負載卸除點總體布置成長方體形式。長方體形式對應於40英尺標準容器的外部尺寸，使得高壓變壓器模塊10可集成在具有CSC容器的堆中。
[0028]負載卸除點之間的面區域雙層壁地形成壁18，20，使得形成具有內部空間的類似容器的貯藏器。此外在側壁之間設置雙層壁的內橫向壁24，26，使得形成雙層壁包裹的嚴密地密封的第一內部空間36和與其相鄰的第二內部空間38。其中布置變壓器12的第一雙層壁包裹的內部空間36填充油的並且在第二內部空間38中布置三相電氣開關設備32。該開關設備通過電連接導體34與變壓器12相連，其中該電連接導體34藉助於嚴密地密封的套管28通過內橫向壁24，26引導到第一填充油的內部空間36。套管對應於其實施對技術人員已知的套管。開關設備32此外藉助於三個電連接導體34與位於類似容器的貯藏器之外的其他容器模塊相連，其中該導體通過相應套管引導到外正面壁。
[0029]圖2以三維原理圖示出第二示範高壓變壓器模塊40，其中出於清楚的原因將省略機械支承結構的表示。四個下44和四個上46負載卸除點形成虛線表示的方形類似容器的貯藏器50的角點，該 貯藏器具有標準容器的尺寸。作為立方形表示的負載卸除點44，46由鑄鐵形成並且在其三個位於外面的側面具有相應的孔徑，該孔徑通到相應的立方體的內空腔中。因此例如在輸送期間為安全目的，彼此相鄰的容器角分別良好地在孔徑處彼此相連。示出變壓器48在類似容器的貯藏器50內中心布置並且由在這未示出的支承結構保持。變壓器48在這個示例中是具有60kV的範圍中的額定電壓和20MVA的額定功率的乾式變壓器，其中這些僅示出示例值。側向的容器壁由波紋狀薄鋼板製成。還容易地實現，多個變壓器布置在總體機械支承結構中。
[0030]圖3以剖面平面圖示出第三示範高壓變壓器模塊60。作為長方形表示的乾式變壓器62布置在容器中的中心，其中示出具有其側壁68，70和其正面壁72，74的容器並且其中通過容器壁形成內部空間82。變壓器62是機械支承結構64的集成組成部分，機械支承結構64尤其是通過在方形表示的變壓器62的相應角點處脫離的空心斷面連接來表示，該空心斷面連接轉變成相應負載卸除點66。在變壓器62上面但在容器內表示在輸送位置76中的兩個類似抽屜的形成的熱交換器，熱交換器可藉助於未示出的運動設備沿運動方向80運動到工作位置78中。熱交換器高壓變壓器模塊的集成冷卻系統的部分，以便於移走在運行變壓器時產生的損失熱量。具有封閉冷卻循環，流通的冷卻介質，冷凝器和蒸發器的冷卻系統被證明為特別有效的，然而這本身已為技術人員所知。
[0031]圖4示出兩個高壓變壓器模塊92，94的堆疊90，其中相應重力通過位於相應角點上的負載卸除點卸去。這種堆疊例如在船輸送的情況下發生。而且，如果在現場位置情況允許如此堆疊地布置多個一起接通到電氣能量系統或還有檢驗系統的容器模塊用於其運行，這也容易地實現。
[0032]圖5以表示100示出四個變壓器芯102具有繞組104，106。在其他附圖中具有繞組的相應變壓器芯分別表示為方形，而這是所實現的表示示例。當然還可能的是寬跨度的其他構型的，如轉發器、自感變壓器、單相實施。
[0033]附圖標記列表
10第一示範高壓變壓器模塊 12具有繞組的第一變壓器芯 14第一機械支承結構 16負載卸除點 18外壁 20內壁
22外壁和內壁之間的空腔
24外橫向壁
26內橫向壁
28內套管
30外套管
32電氣開關設備
34電連接
36用油填充的第一內部空間 38第二內部空間 40第二示範高壓變壓器模塊 44下負載卸除點 46上負載卸除點48具有繞組的第二變壓器芯
50類似容器的貯藏器
60第三示範高壓變壓器模塊
62具有繞組的第三變壓器芯
64第二機械支承結構
66負載卸除點
68第一側壁
70第二側壁
72第一正面壁
74第二正面壁
76在輸送位置的熱交換器
78在工作位置的熱交換器
80運動方向
82內部空間90高壓變壓器模塊的堆疊92第一高壓變壓器模塊94第二高壓變壓器模塊96負載卸除點上的力傳遞100具有繞組的第四變壓器芯102變壓器芯104第一繞組106第二繞組
【權利要求】
1.一種高壓變壓器模塊(10，40，60，92，94)，其包括具有至少一個繞組(12，48，62，100)的變壓器芯，其特徵在於I 變壓器芯(102)固定地集成在具有布置為方形的角點的機械支承結構中，其中角點實施為負載卸除點(16，44，46，66)並且對應於CSC容器的尺寸布置。
2.根據權利要求1所述的高壓變壓器模塊，其特徵在於，角點實施為標準容器角。
3.根據權利要求2所述的高壓變壓器模塊，其特徵在於，將從角點延展的面分別構成為壁(18，68，70，72，74)，以便形成具有內部空間(82)的類似容器的貯藏器(50)。
4.根據權利要求3所述的高壓變壓器模塊，其特徵在於，類似容器的貯藏器(50)實施為對應於CSC的容器。
5.根據權利要求3或4所述的高壓變壓器模塊，其特徵在於，壁(18，68，70，72，74)至少局部地分別實施為雙層壁的(18-20)。
6.根據權利要求3到5中任一項所述的高壓變壓器模塊，其特徵在於，在內部空間(82)中設置有至少一個橫向壁(24, 26),通過所述橫向壁內部空間(82)分成至少第一(36)和第二(38)內部空間，其中具有繞組(12，48，62，100)的變壓器芯布置在第一內部空間(36)中。
7.根據權利要求3至6中任一項所述的高壓變壓器模塊，其特徵在於，內部空間(82)或第一內部空間(36) 實施成嚴密地密封。
8.根據權利要求7所述的高壓變壓器模塊，其特徵在於，內部空間(82)或第一內部空間(36)用油填充。
9.根據權利要求3至8中任一項所述的高壓變壓器模塊，其特徵在於，在內部空間(82)或者第二內部空間(38)內設置與至少一個繞組(102，104)電連接(34)的電氣開關設備(32)ο
10.根據權利要求3至9中任一個所述的高壓變壓器模塊，其特徵在於，在內部空間(82)或者第二內部空間(38)內設置至少一個與至少一個繞組(102，104)電連接(34)的逆變器和/或整流器。
11.根據權利要求3至10中任一個所述的高壓變壓器模塊，其特徵在於，在內部空間(82)或者第一和/或第二內部空間(38)內設置有具有至少一個熱交換器(76)的冷卻系統，其中此外設置有運動設備，藉助於所述運動設備至少一個熱交換器(76)能從在內部空間(38，82)之一內的輸送位置運動(80)到至少部分地位於外面的工作位置(78)。
12.根據權利要求3到11中任一項所述的高壓變壓器模塊，其特徵在於，在至少一個壁(18，20，24，26，68，70，72，74)中設置至少一個可藉助於蓋板關閉的凹口。
13.根據權利要求12所述的高壓變壓器模塊，其特徵在於，通過至少一個凹口電氣套管(28，30)布置在內部空間(36，38，82)中。
14.一種電氣能量系統，其特徵在於，其模塊化構造並且包括根據權利要求1到13中的任一項所述的至少一個高壓變壓器模塊。
15.根據權利要求14所述的電氣能量系統，其特徵在於，其為用於功率變壓器的試驗站系統。
【文檔編號】H01F27/00GK104025216SQ201280053568
【公開日】2014年9月3日 申請日期:2012年10月16日 優先權日:2011年11月2日
【發明者】M.施泰格, G.舒爾策, J.斯切科夫斯基 申請人:Abb 技術有限公司