防止電子變壓器爆炸的裝置的製作方法
2023-05-05 04:26:36 1
專利名稱：防止電子變壓器爆炸的裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及防止電子變壓器爆炸的領域，其中該電子變壓器是由大量可燃流體冷卻。
背景技術：
變壓器在繞組中以及在鐵心中都出現損耗，由於此原因，所產生的熱量必須被驅散。因此，大功率變壓器一般是使用例如油的流體來冷卻。所使用的油是絕緣的，並且可以在140℃以上的溫度點燃。由於變壓器是非常昂貴的元件，因此必須特別注意以保護它們。
絕緣故障首先產生強烈的電弧，該電弧促使電子保護系統起作用，而使得變壓器(斷路器)的供電繼電器跳閘。電弧亦導致能量的必然消散，這產生來自絕緣油的分解的氣體的釋放，尤其是氫氣與乙炔。
在氣體已被釋出之後，在變壓器殼體內部的壓力是迅速地增大，經常是出於非常劇烈的爆燃的原因。這種爆燃造成在變壓器殼體中機械連接(螺栓、焊接)的過大剪切，而此使該氣體與周圍空氣中的氧氣相接觸。由於乙炔可以在氧氣存在下自發地點燃，燃燒立即開始，並且導致火焰散播至其他可能也包含有大量可燃產品的現場裝備。
爆炸是起因於由過載、電壓衝擊、絕緣的逐漸惡化、以及油的高度不足夠所造成的短路、水或溼氣的出現或絕緣部件的故障。用於電子變壓器的火焰保護系統在現有技術中是公知的，並且它們是由燃燒或是火焰探測器致動。然而，當變壓器的油已經燃燒時，這些系統以明顯時間延遲而執行。限制所討論的裝備的燃燒是必要的，並且防止火焰散播至鄰近區域也是必要的。
為了減緩絕緣流體由於電弧所產生的分解，矽油被使用以代替傳統的礦物油。然而，變壓器殼體由於內部壓力的增加所導致的爆炸僅被延遲一個大約只有數毫秒的極短時間。而這樣的一段時間是有可能接合能夠防止爆炸的機構的。
文件WO-A-97/12379公開了一種防止在電子變壓器中爆炸與起火的方法，其中該變壓器設置有充滿可燃流體的殼體，該方法是通過使用壓力傳感器而探測在變壓器的電絕緣的斷裂、利用一閥降低包含在殼體中的冷卻劑的壓力、並且通過將壓縮惰性氣體噴入殼體的底部以冷卻冷卻劑的熱部分，以便攪動所述冷卻劑並且防止氧氣進入變壓器的殼體中。這個方法是令人滿意的，並且有可能防止變壓器殼體爆炸。
發明內容
本發明的目的是提供一種改進的裝置，其允許殼體極快減壓，以便進一步地增加維護變壓器、抽頭切換開關以及饋入裝置的完整性的可能性。
根據本發明用於防止爆炸的裝置是意欲用於一種變壓器，該變壓器包括充滿可燃冷卻劑的殼體，以及用於使該變壓器的殼體減壓的裝置。該減壓裝置包括設置有保持元件的破裂元件，該保持元件包括第一區域和第二區域，其中第一區域具有與保持元件的其他部分相比減小的厚度，並且當所述破裂元件破裂時，該第一區域能夠撕裂而不會破碎，而第二區域具有與該保持元件其他部分相比減小的厚度，並且當所述破裂元件破裂時，第二區域能夠摺疊而不會撕裂。當在殼體中的壓力超過預定最高限度時，破裂元件能夠斷開。
優選地是，破裂元件設置有密封部件，該密封部件布置在冷卻劑的一側，並且能夠關閉形成在保持元件中的小直徑孔。該孔可以形成撕裂起始處，並鄰近減小厚度的第一區域。
在本發明一實施例中，該密封部件是保持元件上襯裡的形式，所述襯裡優選地以聚四氟乙烯為基礎。
優選地是，該保持元件在冷卻劑的相對側上具有一個向外凸出的圓頂形狀。
在本發明一實施例中，該保持元件是金屬的，由不鏽鋼、鋁、或鋁合金製成。
優選地是，該裝置包括一與該破裂元件一體的破裂探測裝置，其使得探測在殼體中相對於預定最高限度的壓力成為可能。
在本發明一實施例中，該破裂探測裝置是包括能夠與破裂元件同時中斷的電線。
在本發明一實施例中，該電線是被粘接地固定在破裂元件上。
優選地是，電線被布置在保持元件的相對冷卻劑的相反側上。
在本發明一實施例中，電線覆蓋有保護膜。
本發明也涉及一種用於防止電子變壓器爆炸的系統，其中變壓器包括充滿可燃冷卻劑的殼體，以及用於使該變壓器的殼體減壓的機構。該系統包括多個如上所述的裝置，包括在一容納繞組的主殼體上的一個或多個，以及在每一個加載抽頭切換開關上的一個。
該系統在至少一個電子饋入裝置上包括至少一個如上所述的裝置。
同時，該破裂元件是由殼體變得被減壓的結果而破裂，並且該電線由於探測到過大且不正常的壓力而破裂。
當然，例如是「在流體的一側」或是「在流體的相反側」等術語是指在破裂之前的狀況。
用於防止爆炸的裝置被設計用於一個變壓器的主殼體、用於加載抽頭轉換開關或是變換器的殼體、以及用於電子饋入裝置的殼體，而電子饋入裝置的殼體亦被稱為油箱。電子饋入裝置的目的是使變壓器的主殼體與通過輸出杆件和變壓器的繞組相連的高電壓和低電壓的電線隔離。每一個輸出杆件被包含一定量絕緣流體的油箱所環繞。用於使饋入裝置及/或油箱絕緣的流體是與變壓器中不同的油。
可以設置一氮氣噴射裝置，其連接至油箱的上部，並且在探測到故障時是可以被觸發。噴射氮氣可以促進破裂元件下遊的流體排出。噴射氮氣尤其可以防止空氣進入到油箱中，而空氣的進入是會促進燃燒的。
防止爆炸的裝置可以設置有一用於探測變壓器的供電繼電器是否跳閘的裝置，並設置有接收由變壓器的傳感器裝置輸出的信號、並能夠發出控制信號的控制單元。
防止爆炸的裝置可包括通過將壓縮惰性氣體噴入殼體的底部來冷卻冷卻劑的熱部分的裝置，而該裝置被來自一控制單元的控制信號所控制。為此的原因是冷卻劑某些部分承受可以造成其點燃的熱量。在殼體的較低部分處噴射一惰性氣體導致冷卻劑的攪動，由此使溫度平衡並減少氣體的釋放。
本發明將在研讀完全作為非限定實例並由
的某些具體實施例的詳細描述之後而獲得更清楚的了解，其中圖1a為根據本發明的防護裝置的橫截面圖；圖1b為圖1a的局部放大視圖；圖2為相應於圖1的平面視圖；圖3為配備有根據本發明的防護裝置的變壓器的總體視圖；圖4為變壓器的總體視圖，該變壓器是配備有多個根據本發明的用於保護殼體、加載抽頭轉換開關、以及饋入裝置的防護裝置；圖5為表示圖4所示根據本發明的裝置的操作邏輯的示意圖；以及圖6為裝備有根據本發明的防護裝置饋入裝置的橫截面圖。
具體實施例方式
如圖1a、圖1b、和圖2中所示，破裂元件1具有在下遊側凸出，並用來配合含有絕緣流體殼體的排出孔(未示出)的圓頂的形狀。該破裂元件1包括薄金屬片形的保持元件4，其例如是由不鏽鋼、鋁、或是鋁合金製成。該保持元件4被緊緊地夾持在兩個圓盤形凸緣2、3之間。破裂元件1除了包括有保持元件4之外，還包括布置在上遊側的密封襯裡9，換句話說，覆蓋保持元件下凹側。例如，襯裡9是以聚四氟乙烯為基礎。
保持元件4設置有將其分成六個部分的徑向線5。該徑向線5中空地形成在保持元件4厚度的一部分中，以便破裂是通過該保持元件4沿著所述線5中的一條撕扯的而發生而沒有碎片，以防止保持元件1的碎片被扯掉並被流過保持元件1的流體運載，而帶來損害位於下遊的導管的危險。
該保持元件4設置有非常小直徑的通孔6，這些通孔中的一個位於保持元件4的中心，而其他的通孔則是分布在靠近中心處每一條線5上。換句話說，七個通孔6以其中的六個是形成六角形而一個則位於中心處而布置。通孔6是形成具有比線5更低強度的撕裂起始處，並且保證撕裂是在該保持元件4的中心處開始並且向外地蔓延。在每一條線5上至少形成一個通孔6確保了該線5同時撕裂，而提供了最大可能的通道截面，除了中心通孔之外的其他通孔6是以離中心相同的距離排列。作為一種變動，不同於六個的多個線5以及/或者在每一條線5上多個通孔6是可以被構想的。該密封襯裡9能夠封閉該通孔6。
該保持元件1的爆發壓力特別是由通孔6的直徑與位置、線5的深度、以及形成保持元件4的材料的厚度與成份所決定。
如從圖2中所看到的，該保持元件4設置有溝槽7，每一溝槽7形成將線6與保持元件4的圓形邊緣的交點連接至前一個線6附近的線6與該保持元件4的圓形邊緣的交點的線段。然而，圖2是為一個平面圖，而保持部分4是為圓頂形的。因此，可以理解的是，該溝槽7遵循該保持元件4的曲率，而在側視圖中將為橢圓形的弧形。一溝槽7以及兩個相鄰的線6形成一三角形8，該三角形8在破裂時將通過在該線6中材料的撕裂而與相鄰的三角形分離，並且將會由沿著溝槽7的摺疊而在下遊方向上變形。溝槽7導致三角形8摺疊而不會撕裂，以便避免可能會損害下遊導管或是減弱在下遊導管中的流量的撕裂的三角形8，從而增加了壓頭的壓降並且減緩了上遊側的減壓。由於隨線5與溝槽7的數目增加保持元件1在破裂之後將造成壓頭下降。線5與溝槽7的數目也取決於該保持元件1的直徑。
布置在凸緣2下遊的凸緣3被刺穿有徑向孔，保護管件10布置在該孔中。該破裂探測器包括電線11，其在下遊側被固定至該保持部分4上，並布置成環形。電線11是延伸入該保護管件10的連接單元12那麼遠。電線11大致延伸過保持元件1整個直徑上，且一電線部分11a在該線5的一側上平行於所述線5，而另一電線部分11b則徑向布置在同一條線5的另一側上平行於所述線5。在兩個電線部分11a、11b之間的距離較小。此距離可以小於兩個孔6之間的最大距離，以使得該電線11在各孔6之間通過。
電線11覆蓋有保護膜12，該保護膜12作用於防止電線腐蝕，並且將電線粘接地固定於保持元件4的下遊表面上。此膜12的成份亦被選擇，以便避免改變破裂元件1的破裂壓力。該膜12是可以由減弱的聚醯胺製成。破裂元件的破裂必須導致該電線11的切斷。此切斷是可以通過該電線11所承載的電流的中斷，或者通過在該電線11兩端的電壓差而能夠非常簡單並且可靠被探測到。
如圖3所示，該變壓器13包括通過支腿15置放在地面上的主殼體14，並通過被絕緣體17所環繞的電線16而供能。該主殼體14充滿例如絕緣油的冷卻劑，並且大體上是用以承受1巴的內部額定壓力。
主殼體14設有彈性補償套筒18，其下遊配裝破裂元件1，該破裂元件的破裂有可能無延遲地探測變壓器電絕緣斷裂造成的爆燃所導致的壓力變化。該破裂元件1被用於收集破裂元件1破裂後來自主殼體14的油的貯槽19支撐，該貯槽19裝配有用於將來自油的氣體排出至大氣中的管線20。如果變壓器是被安裝在一封閉的空間中，則管線20將被傳送到密閉空間的外部。因此，主殼體14立即地被減壓並且部分地排入該貯槽19之中。該破裂元件1可以被設計為可在低於1巴的特定壓力時破裂，該特定壓力例如是介於0.2與0.9巴之間，優選地是介於0.9與0.8巴之間。
空氣隔絕閥體20a被布置在管線20之中，以防止氧氣從空氣中進入，這會導致貯槽19和主殼體14內絕緣油的易爆炸氣體的燃燒。
變壓器13是通過供電繼電器(未示出)供電，該供電繼電器包括例如用於保護變壓器13並設置有跳閘傳感器的斷路器的供電切斷裝置。
主殼體14包括用於通過將諸如氮氣的惰性氣體注入主殼體底部而冷卻流體的裝置。這種冷卻有可能減少因流體分解所產生的危險氣體量，並且降低氫氣在該危險氣體量中的比率。惰性氣體是被儲存在至少一個壓力瓶21中，該壓力瓶21設有煙火信號閥22、一降壓器23、以及使惰性氣體送入主殼體14底部的管24。閥體22的開口由來自與破裂元件1一體的破裂探測器並與一用於觸動該變壓器13電子保護之一的信號同時產生的信號控制。惰性氣體的噴射造成在主殼體14中絕緣流體的高度的稍微上升，並流入貯槽19中。
這種類型的保護系統是很經濟的，相對於鄰近設備是獨立的，其較緊湊並不需要維修。
圖4所示變壓器13是具有一高於圖3所示變壓器的功率範圍，並且是被裝備有一個或多個用於高和低壓的加載抽頭轉換開關和電子饋入裝置。
為了保證在主殼體14中不變的冷卻劑高度，變壓器13設置有經由一導管26與主殼體14相連通的上方貯槽25(top-up reservoir)。
導管26設置有一當探測到流體的迅速移動時，則封閉導管26的自動閥27。從而，在主殼體14爆炸的情況下，導管26中的壓力突然下降，而使流體開始流動，這種流動通過自動閥27的關閉而迅速停止。從而防止了容納在貯槽25中的流體進給到變壓器13的火焰中。
主殼體14包括探測冷卻劑蒸氣是否存在的傳感器，也稱作Buchholz傳感器28，其配裝在主殼體的高點，通常是在導管26上。起因於電絕緣斷裂所造成的爆燃迅速地導致主殼體14中流體釋放蒸氣。因此，蒸氣傳感器28在探測電絕緣的斷開上是相當有效的。
該變壓器13包括布置在其殼體14與彈性補償套筒18之間的閥29。當變壓器13被供電時，該閥29是常開的，而在變壓器13切斷以執行維修操作期間，閥29可以被關閉。配裝在破裂元件1的下遊的是設置有一空氣隔離閥31的減壓導管30。該減壓導管30是開口於貯槽或無害的液流中。
變壓器13可以裝配有一個或是多個加載抽頭轉換開關32，其被用作在所述變壓器13與其所連接至的電網之間的交接面，以便確保恆定的電壓，雖然傳送至該電網的電流上會有變動。該加載抽頭轉換開關32裝配有經由減壓導管34而被連接至減壓導管30的殼體33。作為說明，該加載抽頭轉換開關32也由一種易燃的冷卻劑所冷卻。由於其體積小，一加載抽頭變換裝置32的爆炸極為劇烈，並且伴隨有燃燒冷卻劑射流的噴射。該減壓導管34設置有能夠在短路的情況下撕裂的破裂元件35，並因此能夠在加載抽頭轉換開關32中超壓。破裂元件35相似於破裂元件1，並且具有適當的尺寸。所述加載抽頭轉換開關32的殼體33的爆炸從而能夠被防止。
變壓器13包括多個電子饋入裝置36，以允許其被連接至高壓電網中。圖6顯示了電子饋入裝置的說明性實施例。該電子饋入裝置36是包括圓柱形的殼體或油箱37，且具有其配裝在主殼體14上的下端和自由的上端。來自主殼體14的輸出杆件38從一端到另一端而穿過油箱37。密封的電子絕緣體39是布置在輸出杆件38與主殼體14壁之間。同樣地，一電子絕緣體40布置在輸出杆件38與油箱37的自由上端之間，在一正常的操作狀況下，油箱37幾乎全充滿了油。
導管41將油箱37的底部與加載抽頭轉換開關32的減壓導管34相連。破裂元件42在正常狀況下布置在導管41中，並且封閉該導管41。破裂元件42相似於破裂元件1，並且是具有適當的尺寸。
用於噴射惰性氣體的管43開口入油箱37的頂部中，並且被連接至一個或多個瓶子21(圖4)。
已經被觀察到的是，電子饋入裝置的短路通常是由於絕緣體39在其上所固定的主殼體14振動的影響下老化或破裂而造成。由於短路所產生的電弧釋放相當大的能量，從而油溫上升、氣體釋放、以及油箱37壓力突然增高。在壓力上的增高導致絕緣體39或油箱37破裂。在與空氣的接觸之下，氣體被點燃並且油噴散在變壓器13上。導致大面積起火。
在爆炸期間，對於絕緣體39的損害通常會造成油從主殼體14漏出，從而進給至火焰而使火焰傳播至變壓器13、變壓器的附屬裝置、以及鄰近的裝置。
相反地，根據本發明，破裂元件42被選擇成具有低於該油箱37耐壓的破裂壓力。在壓力上的增高導致破裂元件42的破裂，從而迅速降低油箱37的壓力以及油的流動。藉助於一體的電線探測破裂使惰性氣體經由管件43而被噴射成為可能，用以防止來自周圍空氣的氧氣被注入油箱37，並促進油的流動。變壓器13的電子保護有可能使變壓器13跳閘，以便該變壓器中斷。僅有受損的電子饋入裝置需要修理，從而減少成本以及變壓器13停機時間。
變壓器13亦包括控制模塊(未示出)，該控制模塊連接至破裂元件1、35、和42的每一個破裂探測器。破裂元件1、35、及42其中一個的破裂被探測以及同時變壓器的電子保護跳閘，將導致惰性氣體噴射入主殼體14、加載抽頭轉換開關32、及電子饋入裝置36中，這是因為在這些元件其中一個的短路通常會將損害傳送給另一個(圖5)，此外，該變壓器13通過電子保護本身而被中斷。如在圖5中看到的，觸發變壓器的電子保護中的一個(Buchholz、電流衝擊探測器、接地故障探測器、差動保護器)以及該破裂元件中的一個都會致使惰性氣體噴入所有包含可燃流體的元件中。
控制模塊也可以連接至諸如是火焰傳感器、蒸氣傳感器28(Buchholz)、以及供電繼電器跳閘單元等附屬傳感器，以便在防止爆炸失敗的情況下能夠使火焰熄滅。
本發明從而提供了一種防止變壓器爆炸的裝置，其需要對變壓器的元件進行少量修改，其極快速地探測絕緣破裂並同時起作用，以便限制由此所造成的後果。這有可能防止油容器的爆炸及其所造成的火焰，並且降低在變壓器中以及在加載抽頭變換裝置中和饋入裝置中與短路相關的損害。
權利要求
1.一種用於防止電子變壓器(13)爆炸的裝置，其包括充滿可燃冷卻劑的殼體，以及用於使變壓器的殼體減壓的裝置，其特徵在於，該減壓裝置包括設置有一個保持元件(4)的破裂元件(1)，保持元件(4)包括與保持元件的其他部分相比具有減小的厚度並能夠當所述破裂元件破裂時撕裂而不會破碎的第一區域、和與保持元件的其他部分相比具有縮小的厚度、並在破裂元件破裂時能夠摺疊而不會撕裂的第二區域，當在殼體(4)中的壓力超過預定最高限度時，所述破裂元件能夠斷裂。
2.根據權利要求1所述的裝置，其特徵在於，破裂元件(1)設置有密封部件，該密封部件布置在冷卻劑的一側，並能夠封閉形成在保持元件中的小直徑孔(6)。
3.根據權利要求2所述的裝置，其特徵在於，該密封部件是在保持元件上的襯裡(9)的形式，所述襯裡優選地以聚四氟乙烯為基料。
4.根據上述權利要求中任一項所述的裝置，其特徵在於，保持元件在冷卻劑的相對側上具有向外凸出的圓頂形狀。
5.根據上述權利要求中任一項所述的裝置，其特徵在於，保持元件是金屬的，由不鏽鋼、鋁、或是鋁合金製成。
6.根據上述權利要求中任一項所述的裝置，其特徵在於，該裝置包括與破裂元件一體的破裂探測裝置。
7.根據權利要求6所述的裝置，其特徵在於，破裂探測裝置包括一電線(11)，電線(11)能夠與破裂元件(1)同時中斷，電線被粘接地固定在破裂元件上。
8.根據權利要求7所述的裝置，其特徵在於，電線被布置在保持元件的與冷卻劑相對側上，電線被覆蓋保護膜(12)。
9.一種防止電子變壓器(13)爆炸的系統，所述變壓器包括充滿可燃冷卻劑的殼體(14)，以及用於使變壓器的殼體減壓的裝置，其特徵在於，該系統包括多個根據上述權利要求中任一項所述的裝置，包括有在含有繞組的主殼體(14)上的一個裝置，以及在每一個加載抽頭轉換開關(32)上的一個裝置。
10.根據權利要求9所述的系統，其特徵在於，該系統在至少一個電子饋入裝置(36)上包括至少一個根據上述權利要求中任一項所述的裝置。
全文摘要
本發明涉及一種防止電子變壓器爆炸的裝置,其包括充滿可燃冷卻劑的殼體,以及用於使變壓器殼體減壓的裝置。該減壓裝置包括具有一體的爆炸探測器的破裂元件(1),該元件設置有一保持元件(4),所述保持元件(4)包括與保持元件(4)的其他部分相比具有減小的厚度,並在所述元件(1)破裂時,能夠撕裂而不破碎的第一區域和與該保持元件(4)的其他部分相比具有減小的厚度,並且在所述元件(1)破裂時能夠摺疊而不會撕裂的第二區域。當在殼體中的壓力超過一預定最高限度時,破裂元件(1)能夠斷裂。來自與破裂元件一體的爆炸探測器的信號觸動冷卻系統,並防止氧氣進入而與由電弧與油接觸產生的爆炸氣體相接觸。
文檔編號H01F27/14GK1346499SQ00805298
公開日2002年4月24日 申請日期2000年3月17日 優先權日1999年3月22日
發明者菲利普·馬格尼爾 申請人:菲利普·馬格尼爾