一種基於高燃點植物油的環保型油浸式配電變壓器的製造方法
2023-07-24 08:09:41
一種基於高燃點植物油的環保型油浸式配電變壓器的製造方法
【專利摘要】本發明公開了一種基於高燃點植物油的環保型油浸式配電變壓器，油箱內填充有燃點高於330℃的植物油，繞組間的軸向油道厚度和繞組進出油口的油道內徑比現有採用礦物絕緣油的相同容量等級的標準油浸式配電變壓器加大30%以上；變壓器油自然冷卻循環系統採用內同向和外單向波紋散熱器結構；散熱器採用波浪狀冷扎鋼板，散熱器的進出油口內徑比現有採用礦物絕緣油的相同容量等級的標準油浸式配電變壓器加大30%以上。本發明具有安全可靠、環保性能優良、原材料可無限反複製作且可自然降解的優點，能夠擺脫現有油浸式配電變壓器對礦物絕緣油的依賴。
【專利說明】
一種基於高燃點植物油的環保型油浸式配電變壓器
【技術領域】
[0001]本發明涉及電力設備中的配電變壓器，尤其涉及一種基於高燃點植物油的環保型油浸式配電變壓器。
【背景技術】
[0002]隨著工業化進程的快速發展對能源的需求越來越大，以礦物資源為主導的能源已不能完全滿足需求，根據測算，煤炭、石油等主要礦物資源將在未來500年消耗殆盡，能源爭端日趨緊張，因此全世界都在鼓勵開發和應用新能源，以保證未來經濟的可持續發展。目前礦物油是變壓器絕緣油的主導材料，佔據整個變壓器行業用油的99%以上，直接導致了油浸式變壓器對有限的礦物資源的消耗和依賴。
[0003]油浸式變壓器是我國工礦企業與民用建築供配電系統中的重要設備，油浸式變壓器主要包括設置在油箱內的鐵芯、繞組、絕緣材料、變壓器油冷卻循環系統和散熱器。其中鐵芯的作用就是構成耦合磁通的磁路，把一次電路的電能轉換為磁能，又由自己的磁能轉換為二次電路的電能，是能量轉換的媒介，同時也是構成變壓器的骨架。鐵芯的鐵芯柱上套設有帶有絕緣的繞組，繞組是變壓器的電路部分，是由表面包有絕緣的銅或鋁導線繞制而成，並套裝在變壓器的鐵芯柱上，繞組有一次繞組和二次繞組之分，一次繞組為電源輸入用，二次繞組為輸出用，當一次繞組通過交變電流時，在鐵芯中也相應地產生交變磁通，根據電磁感應原理，一次繞組輸入的能量通過鐵芯傳遞到二次繞組；絕緣紙用作軟紙筒、撐條、墊塊、相間隔離、鐵軛絕緣、墊腳絕緣；電纜紙用作變壓器繞組的匝間絕緣、層間絕緣、弓丨線絕緣及端部引線的加強絕緣；變壓器油充滿了變壓器的油箱，其作用一是絕緣，二是散熱，在有載調壓油箱中還起滅弧作用，變壓器油可以增加變壓器內部各部件的絕緣強度，因為油是易流動的液體，它能夠充滿變壓器內部的任何空隙，將空氣排出，避免了部件因與空氣接觸受潮而引起的絕緣降低；變壓器油冷卻循環系統可選用自然冷卻循環系統或強迫冷卻循環系統，配電變壓器的油冷卻循環系統一般選用油強迫冷卻循環系統，當變壓器上層油溫和下層油溫產生溫差時，通過冷卻器形成油溫對流，經冷卻器冷卻後流回油箱，起到降低變壓器溫度的作用。
[0004]同時，礦物變壓器絕緣油存在燃點低和降解時間長的缺點，嚴重製約了油浸式變壓器的發展。由於礦物變壓器絕緣油的燃點低，使得油浸式變壓器在很多對防火防爆要求高的場合應用受到很大限制。而且礦物變壓器油的自然降解時間需要300年以上，因此油浸式變壓器的環報問題至今沒有得到有效解決，很多時候是被動採取乾式變壓器替代油浸式變壓器的方式加以解決，但乾式變壓器的固體廢棄物也作無公害處理和利用，由此又產生了新的環保問題。
[0005]隨著石油和煤炭資源的日趨緊缺，尋找替代礦物變壓器油的需求急劇增強，可快速提供原材料、可重複使用、能自然降解無危害、環保性能優異的高燃點植物油將成為未來變壓器絕緣油的主導。尤其是植物油絕緣油的絕緣能力大大高於傳統礦物油的絕緣能力，在對變壓器的結構、鐵心與繞組用量不作任何調整的前提下，僅需改變變壓器的絕緣材料等級，同容量的植物油變壓器可在長期過負荷122%-130%的條件下安全正常運行。植物油在自然條件下可以充分降解(21天後的降解率達99%)，同時根據美國環保署測算對比，在變壓器的原料生產、儲運、使用、報廢處理等環節上，礦物油變壓器的CO2的排放量是植物油變壓器的55倍，因此以高燃點植物油為絕緣的環保型油浸式變壓器將出現爆發式增長。申請號為200910103709.3的發明專利公開了一種用於變壓器的植物油提煉方法，與現有技術相比，本發明顯著提高了油浸式變壓器的運行安全與可靠性、環保性能，降低了變壓器的原料生產、儲運、使用、報廢處理等環節上各種有害廢棄物及CO2的排放量，並可從根本上消除油浸式變壓器對礦物變壓器油的依賴。
[0006]但是，目前的配電變壓器生產領域中，缺少一種既具有很高的安全可靠性、環保性能優良、原材料可無限反複製作，又可自然降解的一種基於高燃點植物油環保型油浸式配電變壓器。
【發明內容】
[0007]本發明的目的是提供一種基於高燃點植物油的環保型油浸式配電變壓器，具有安全可靠、環保性能優良、原材料可無限反複製作且可自然降解的優點，能夠擺脫現有油浸式配電變壓器對礦物絕緣油的依賴。
[0008]本發明採用下述技術方案:
一種基於高燃點植物油的環保型油浸式配電變壓器，主要包括油箱和設置在油箱內的鐵芯、繞組、絕緣紙、絕緣板、變壓器油冷卻循環系統和散熱器，其特徵在於:所述的油箱內填充有燃點高於330 V的植物油，繞組間的軸向油道厚度和繞組進出油口的油道內徑比現有採用礦物絕緣油的相同容量等級的標準油浸式配電變壓器加大30%以上；變壓器油冷卻循環系統選用自然冷卻循環系統，自然冷卻循環系統採用內同向和外單向波紋散熱器結構；散熱器採用波浪狀冷扎鋼板，散熱器的進出油口內徑比現有採用礦物絕緣油的相同容量等級的標準油浸式配電變壓器加大30%以上。
[0009]所述的絕緣紙和絕緣板採用耐高溫180°C以上的絕緣紙和絕緣板；所述的繞組導線外塗覆有耐高溫180°C以上的絕緣漆。
[0010]所述的植物油採用菜籽油、大豆油、山茶籽油和花生油中的一種或兩種以上的混合物。
[0011]容量在315kVA以下的油浸式配電變壓器的高壓繞組及低壓繞組均採用線繞層式線圈結構；容量大於315kVA的油浸式配電變壓器的高壓繞組採用層式結構，低壓繞組採用銅箔繞制結構。
[0012]容量在315kVA以下的油浸式配電變壓器中，高壓繞組和低壓繞組導線的應力在80N/mm2以下；低壓繞組軸向向上力在5000N以下，軸向向下力為O ;高壓繞組軸向向上力在19600N以下，軸向向下力在28500N以下；高壓繞組和低壓繞組的軸向向上合力在24500N以下，軸向向下合力在28500N以下。
[0013]容量在315kVA以下的油浸式配電變壓器中的結構件，低壓端絕緣壓縮應力在
0.8N/mm2以下，高壓端絕緣壓縮應力在2.5N/mm2以下；上壓板壓應力在1.3N/mm2以下，下託板壓應力在1.6N/mm2以下，夾件拉杆應力在80N/mm2以下。
[0014]容量在315kVA以下的油浸式配電變壓器中，低壓繞組溫升在71K以下，高壓繞組溫升在70K以下，油麵溫升在49K以下，鐵心溫升在17.5K以下，熱點溫升在95.5K以下。
[0015]容量大於315kVA的油浸式配電變壓器中，高壓繞組和低壓繞組的導線應力在80N/mm2以下；低壓繞組軸向向上力為0，軸向向下力在3800N以下；高壓繞組軸向向上力在6100N以下，軸向向下力在6600N以下；高壓繞組和低壓繞組的軸向向上合力在6100N以下，軸向向下合力控制在10400N以下。
[0016]容量大於315kVA的油浸式配電變壓器中的結構件，低壓端絕緣壓縮應力在0.7N/mm2以下，高壓端絕緣壓縮應力在0.5N/mm2以下；上壓板壓應力在0.24N/mm2以下，下託板壓應力在0.55N/mm2以下，夾件拉杆應力在52N/mm2以下。
[0017]容量大於315kVA的油浸式配電變壓器中，低壓繞組溫升在75K以下，高壓繞組溫升在73K，油麵溫升在50K以下，鐵心溫升在19.5K以下，熱點溫升在100K以下。
[0018]本發明在保證油浸式變壓器的結構、鐵心與繞組使用原材料數量不變的前提下，通過對油浸式變壓器絕緣油的更換、絕緣材料的重新選擇，保證油浸式變壓器在1.3倍過負荷條件下長期安全可靠地運行，無需針對現有油浸式變壓器運行中短時出現的過負荷問題進行大容量油浸式變壓器更換，有效擴展油浸式變壓器的應用範圍，大幅提高油浸式變壓器的環保性能，降低油浸式變壓器著火與爆炸的風險，達到了安全環保的目的。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0019]圖1為本發明的的結構視圖；
圖2為現有採用礦物絕緣油的標準油浸式配電變壓器的繞組間軸向油道示意圖；
圖3為本發明的繞組間軸向油道示意圖；
圖4為本發明的自然冷卻循環系統示意圖；
圖5為現有採用礦物絕緣油的標準油浸式配電變壓器散熱器的進出油口內徑示意圖； 圖6為本發明的散熱器的進出油口內徑示意圖。
【具體實施方式】
[0020]如圖1所示，本發明所述的基於高燃點植物油的環保型油浸式配電變壓器，主要包括油箱和設置在油箱內的鐵芯2、繞組、絕緣紙、絕緣板、變壓器油冷卻循環系統和散熱器1，所述的油箱內填充有燃點高於330°C的植物油，用於取代現有油浸式配電變壓器中的礦物絕緣油作為變壓器絕緣油。植物油可採用菜籽油、大豆油、山茶籽油和花生油中的一種或兩種以上的混合物。本發明中所使用的植物油在相同絕緣能力的條件下，具有比普通礦物油燃點高的優點，更加適用於現場配電變壓器的使用。
[0021]本發明所述的基於高燃點植物油的環保型油浸式配電變壓器中，繞組間的軸向油道厚度為5mm，繞組進出油口的油道厚度為8mm，比現有採用礦物絕緣油的相同容量等級的標準油浸式配電變壓器加大30%以上。現有的採用礦物絕緣油的標準油浸式配電變壓器中，各種不同容量等級的浸式配電變壓器的軸向油道厚度為3_、繞組進出油口的油道厚度為5_，散熱器I的進出油口內徑的範圍為5mm左右。而本發明中使用的植物絕緣油由於其運動粘度偏高，為保證其在變壓器內的流動性從而滿足變壓器的散熱要求，需要相對增大油流通道的尺寸。
[0022]圖2和圖3分別為相同容量等級的現有採用礦物絕緣油的標準油浸式配電變壓器和本發明所述基於高燃點植物油的環保型油浸式配電變壓器的繞組間軸向油道示意圖。圖2中的H表示現有採用礦物絕緣油的標準油浸式配電變壓器的軸向油道厚度，圖3中的Hl表示本發明所述基於高燃點植物油的環保型油浸式配電變壓器的軸向油道厚度，
1.3H ^ Hl0
[0023]如圖4所示，本發明中變壓器油冷卻循環系統選用自然冷卻循環系統，採用內同向和外單向波紋散熱器I結構；圖4中油箱內三組相同方向的箭頭代表內同向，散熱器I中的單組箭頭代表外單向。內同向和外單向波紋散熱器結構屬於本領域技術人員的慣用技術手段。散熱器I採用波浪狀冷扎鋼板，散熱器I的進出油口內徑比現有採用礦物絕緣油的相同容量等級的標準油浸式配電變壓器加大30%以上。圖5和圖6分別為相同容量等級的現有採用礦物絕緣油的標準油浸式配電變壓器和本發明所述基於高燃點植物油的環保型油浸式配電變壓器散熱器I的進出油口內徑示意圖，圖5中的L表示現有採用礦物絕緣油的標準油浸式配電變壓器散熱器I的進出油口內徑；圖6中的LI表示本發明所述基於高燃點植物油的環保型油浸式配電變壓器散熱器I散熱器I的進出油口內徑，1.3L < LI。
[0024]絕緣紙、絕緣板、支撐板與墊塊均採用耐高溫180°C以上的材料製成；所述的繞組導線外塗覆有耐高溫180°C以上的絕緣漆，如聚酯亞胺漆。
[0025]針對不同容量的變壓器，本發明採用不同形式的高壓繞組4及低壓繞組3結構。容量在315kVA以下的油浸式配電變壓器的高壓繞組4及低壓繞組3均採用線繞層式線圈結構；容量大於315kVA的油浸式配電變壓器的高壓繞組4採用層式結構，低壓繞組3採用銅箔繞制結構。
[0026]容量在315kVA以下的油浸式配電變壓器中，高壓繞組4和低壓繞組3導線的應力在80N/mm2以下；低壓繞組3軸向向上力在5000N以下，軸向向下力為O ;高壓繞組4軸向向上力在19600N以下，軸向向下力在28500N以下；高壓繞組4和低壓繞組3的軸向向上合力在24500N以下，軸向向下合力在28500N以下。容量在315kVA以下的油浸式配電變壓器中的結構件，低壓端絕緣壓縮應力在0.8N/mm2以下，高壓端絕緣壓縮應力在2.5N/mm2以下；上壓板壓應力在1.3N/mm2以下，下託板壓應力在1.6N/mm2以下，夾件拉杆應力在80N/mm2以下。容量在315kVA以下的油浸式配電變壓器中，其溫升限值須滿足其滿足以下要求:低壓繞組3溫升在7IK以下，高壓繞組4溫升在70K以下，油麵溫升在49K以下，鐵心溫升在17.5K以下，熱點溫升在95.5K以下。
[0027]容量大於315kVA的油浸式配電變壓器中，高壓繞組4和低壓繞組3的導線應力在80N/mm2以下；低壓繞組3軸向向上力為0，軸向向下力在3800N以下；高壓繞組4軸向向上力在6100N以下，軸向向下力在6600N以下；高壓繞組4和低壓繞組3的軸向向上合力在6100N以下，軸向向下合力控制在10400N以下。容量大於315kVA的油浸式配電變壓器中的結構件，低壓端絕緣壓縮應力在0.7N/mm2以下，高壓端絕緣壓縮應力在0.5N/mm2以下；上壓板壓應力在0.24N/mm2以下，下託板壓應力在0.55N/mm2以下，夾件拉杆應力在52N/mm2以下。容量大於315kVA的油浸式配電變壓器中，其溫升限值須滿足其滿足以下要求:低壓繞組3溫升在75K以下，高壓繞組4溫升在73K，油麵溫升在50K以下，鐵心溫升在19.5K以下，熱點溫升在10K以下。
【權利要求】
1.一種基於高燃點植物油的環保型油浸式配電變壓器，主要包括油箱和設置在油箱內的鐵芯、繞組、絕緣紙、絕緣板、變壓器油冷卻循環系統和散熱器，其特徵在於:所述的油箱內填充有燃點高於330 V的植物油，繞組間的軸向油道厚度和繞組進出油口的油道內徑比現有採用礦物絕緣油的相同容量等級的標準油浸式配電變壓器加大30%以上；變壓器油冷卻循環系統選用變壓器油自然冷卻循環系統，自然冷卻循環系統採用內同向和外單向波紋散熱器結構；散熱器採用波浪狀冷扎鋼板，散熱器的進出油口內徑比現有採用礦物絕緣油的相同容量等級的標準油浸式配電變壓器加大30%以上。
2.根據權利要求1所述的基於高燃點植物油的環保型油浸式配電變壓器，其特徵在於:所述的絕緣紙和絕緣板採用耐高溫180°C以上的絕緣紙和絕緣板；所述的繞組導線外塗覆有耐高溫180°C以上的絕緣漆。
3.根據權利要求2所述的基於高燃點植物油的環保型油浸式配電變壓器，其特徵在於:所述的植物油採用菜籽油、大豆油、山茶籽油和花生油中的一種或兩種以上的混合物。
4.根據權利要求3所述的基於高燃點植物油的環保型油浸式配電變壓器，其特徵在於:容量在315kVA以下的油浸式配電變壓器的高壓繞組及低壓繞組均採用線繞層式線圈結構；容量大於315kVA的油浸式配電變壓器的高壓繞組採用層式結構，低壓繞組採用銅箔繞制結構。
5.根據權利要求4所述的基於高燃點植物油的環保型油浸式配電變壓器，其特徵在於:容量在315kVA以下的油浸式配電變壓器中，高壓繞組和低壓繞組導線的應力在80N/mm2以下；低壓繞組軸向向上力在5000N以下，軸向向下力為O ;高壓繞組軸向向上力在19600N以下，軸向向下力在28500N以下；高壓繞組和低壓繞組的軸向向上合力在24500N以下，軸向向下合力在28500N以下。
6.根據權利要求5所述的基於高燃點植物油的環保型油浸式配電變壓器，其特徵在於:容量在315kVA以下的油浸式配電變壓器中的結構件，低壓端絕緣壓縮應力在0.8N/mm2以下，高壓端絕緣壓縮應力在2.5N/mm2以下；上壓板壓應力在1.3N/mm2以下，下託板壓應力在1.6N/mm2以下，夾件拉杆應力在80N/mm2以下。
7.根據權利要求6所述的基於高燃點植物油的環保型油浸式配電變壓器，其特徵在於:容量在315kVA以下的油浸式配電變壓器中，低壓繞組溫升在71K以下，高壓繞組溫升在70K以下，油麵溫升在49K以下，鐵心溫升在17.5K以下，熱點溫升在95.5K以下。
8.根據權利要求4所述的基於高燃點植物油的環保型油浸式配電變壓器，其特徵在於:容量大於315kVA的油浸式配電變壓器中，高壓繞組和低壓繞組的導線應力在80N/mm2以下；低壓繞組軸向向上力為0，軸向向下力在3800N以下；高壓繞組軸向向上力在6100N以下，軸向向下力在6600N以下；高壓繞組和低壓繞組的軸向向上合力在6100N以下，軸向向下合力控制在10400N以下。
9.根據權利要求8所述的基於高燃點植物油的環保型油浸式配電變壓器，其特徵在於:容量大於315kVA的油浸式配電變壓器中的結構件，低壓端絕緣壓縮應力在0.7N/mm2以下，高壓端絕緣壓縮應力在0.5N/mm2以下；上壓板壓應力在0.24N/mm2以下，下託板壓應力在0.55N/mm2以下，夾件拉杆應力在52N/mm2以下。
10.根據權利要求9所述的基於高燃點植物油的環保型油浸式配電變壓器，其特徵在於:容量大於315kVA的油浸式配電變壓器中，低壓繞組溫升在75K以下，高壓繞組溫升在 73K，油麵溫升在50K以下，鐵心溫升在19.5K以下，熱點溫升在10K以下。
【文檔編號】H01F27/28GK104134519SQ201410335391
【公開日】2014年11月5日 申請日期:2014年7月15日 優先權日:2014年7月15日
【發明者】韓篩根, 韓金華, 曹彬, 王思寶, 王偉, 馬志全 申請人:國家電網公司, 國網河南省電力公司電力科學研究院, 中國電力科學研究院, 江蘇華鵬變壓器有限公司