感應設備的改進的製作方法
2023-05-01 08:04:51
專利名稱:感應設備的改進的製作方法
本發明是關於靜止感應設備用的冷卻系統。
靜止感應設備一般由一個磁芯和若干繞組組成，運行時產生熱損失。為了對這類設備進行冷卻並使其具有一定的絕緣強度，通常的作法是把設備封裝在一個容器槽中通上循環冷卻流體。這類設備包括變壓器。變壓器是通過電磁感應將兩個或多個線圈之間的交流電壓和電流變換成同頻率、通常為不同值的電壓和電流。
一般用途的變壓器是油浸式的，具有氣密式密封或排氣孔。油有兩個作用使變壓器具有一定的絕緣強度，和為鐵心和繞組所產生的熱損失進行冷卻。任何液浸式變壓器的主要問題是其中所裝的大量液體，這些液體有漏洩的危險，造成環境性災難。
乾式變壓器雖然無需液體冷卻劑，但卻具有若干技術缺陷，其中包括散熱能力差，因電氣和散熱方面的原因需要更大的空間，而且易受環境汙染。此外，它們價格昂貴。
有人設計和研究過充有諸如SF6、C2F6或C4F8等非冷凝性氣體的變壓器，這些氣體使變壓器具有一定的絕緣強度，氣體中的小量液體經過抽運或霧化，以瀑布的方式淋遍整個鐵心和繞組進行冷卻。這種配置方式由於非冷凝性氣體與蒸汽產生不希望有的混合物產生了大問題。有一些已獲批准的專利提出了若干解決上述混合問題的建議，但這些建議迄今還沒有發現是有商業實用價值。另外還有這樣的缺點要在變壓器槽和帶活動部件的設備中提升液體需要很高的操作壓力。對只使用小量電介質和冷卻流體的變壓器來說，就需要有一個提升液體的裝置以除去鐵心和繞組運行時所產生的熱。電動泵由於具有運動部件和密封部分，因而相當不可靠。此外，採用小量液體的變壓器需要一個足夠容量的泵進行噴淋，確保潤溼繞組的各個部分，不然繞組會「燒焚」。這個要求說明，現有技的蒸汽揚液泵不足以給繞組導體表面提供足量的液體。
本發明提供的是靜止式感應設備，特別是電力變壓器，該變壓器包括一個繞有電氣線圈安裝在一個槽中的鐵心，各套繞組在槽中都配備有一個容器，該容器具有一個至少部分敞開供盛裝電介質和冷卻液用的頂部;此外還設有揚液泵，用以將液體從槽底部提升到各容器中，槽則與位於各繞組上方的外部冷凝器相連，從而使冷卻液蒸汽可以從槽通到冷凝器中，在冷凝器中冷凝之後，(在重力的作用下)返回到圍繞組的容器中。
這裡所使用的揚液泵一詞是指這樣一種靜止式揚液裝，該裝置有一根或若干根管，液體即藉助於部分液體的沸騰在管中提升，形成的蒸汽使其餘未汽化的液體上升。這種泵(也可叫做揚汽泵)沒有活動部件、閥門或隔膜。
運行時，各容器中都有冷卻液，從而各繞組大體上都完全浸沒在冷卻液中，而這些冷卻液應為可冷凝的流體，即在室溫下為液體的流體。在感應設備(以下簡稱變壓器)運行的過程中，各繞組產生的熱量使冷卻液蒸發。汽化了的冷卻液在與容器相連的冷凝器中在重力的作用下通過適當配置的導管再循環返回到容器中。冷凝在槽內壁上的冷卻液藉助於揚液泵再循環返回到容器中。對槽內壁進行保溫可減少這個冷凝量。本發明設備的絕緣冷卻流體量最多為普通全油浸式變壓器所用的量的30%，但一般少於10%，最好少於5%。在空載條件下，變壓器內的流體量大體上等於各容器中流體量和在槽底及揚液泵中殘留液量的總和，舉例來說，本發明的IMVA配電變壓器只需要約15升的液體，相比之下，普通設計的同類變壓器則需要600升液體。
在運行情況下，變壓器(液槽和容器形成一個密封單元)中的壓力大體上為絕緣冷卻流體的蒸汽壓，在內部溫度為0至100℃正常負載和過載情況下最好為100至1000毫巴。有意識地或漏洩引起的任何非冷凝物不應超過變壓器內包括冷凝器的自由空間容積的25%左右，但最好不大於10%。最理想的情況是，槽內全部自由空間最好都充滿冷卻液或蒸汽。但如下面即將談到的，有少量非冷凝性氣體(例如容積多達30%)存在有好外。
用於本發明設備的冷卻流體最好是在室溫下為液體的流體，具有適當的沸點，在變壓器運行條件下使用不會分解，而且在變壓器中產生的壓力最好在上述範圍內，在液態和汽態下具有良好的電氣性能和熱性能，而且毒性小。所述冷卻流體最好是不容易燃的，具體例子有碳氟化合物、含氟氯烴和含氯烴或其混合物，例如，如英國專利GB-A-2124253所公開的那些化合物。
在變壓器各繞組周圍流體的可容積的可容度的組合及採用沒有活動部件的揚液泵可以解決上述諸問題。繞組周圍始終充有足夠的流體，因而消除了繞組「燒焚」的危險性。本發明的實質是簡化了結構，因為本發明設備中沒有活動部件，而且變壓器設計得使其具有較低的成本。
揚液泵間歇工作足以將在槽內冷凝的液體在可容度範圍內供應到各繞組上。汽化散熱過程會損失掉一些流體，從而使泵的性能變差。
各繞組周圍的容器應採用是磁性材料製造，該材料還應具有包括高度抗漏電的良好電氣絕緣性能，吸溼性小，電氣強度大，且具有與變壓器運行溫度相適應的熱性能。合適的材料有紙、樹脂、玻璃、聚酯和含氟塑料。容器在各繞組周圍適當形成外殼，呈具有一個整體底板的內、外圓筒的形式。各繞組配置在分成若干段讓流體自由流通的底座上。各容器裝配在各鐵心周圍，其頂部敞開著或半密封，使其中的蒸汽壓力與變壓器槽和冷凝器中的一樣。
本發明設備所用的揚液泵呈單『U』形管安裝在變壓器底座下方，『U』形管的一個臂延伸到一定的高度，使它可以往繞組周圍的容器中排放液體。在『U』形管底座出口側上裝有一個加熱器用以蒸發揚液泵中的液體。蒸汽形成後促使液體往上流到泵的出口管。揚液泵的加熱器裝在上液泵外部，可以裝在『U』形管出口側的一段附近靠近最低處彎曲部分的地方。加熱元件提供的熱能密度一般不應超過10瓦/平方釐米左右，不應使流體達到能引起分解的溫度。熱能密度最好為0.5至9瓦/平方釐米，最理想約為3瓦/平方釐米。形成揚液泵的各『U』形管需要有一個熱源。
在本發明一個最佳實施例中，一系列相繼連接的揚液泵是一臺接一臺地裝在另一臺泵上方，以便增加供應給較大容量變壓器的揚液量，在這種情況下，各泵最好通過設置在較低處的泵的出口側或其附近的中間儲槽進行連接。一臺揚液泵的揚程可達到其相對於『U』形管豎向長度的高度的三倍。揚液泵的『U』形管部分安置在變壓器槽底座底下，因此實際上限制了『U』形管的容許長度。為克服此局限性，可以揚液泵出口側頂部也再製成『U』字形，延長出口管。加熱元件裝配在『U』形管底板的出口側。在任何情況下，各加熱元件和泵的有關部件最好安置在變壓器槽容器外部。
此外，任何揚液泵的出口管最好加以保溫，因為我們發現，這樣做可以使泵的抽運動作特別是在起動時，更好，更可靠。
在本發明的另一個實施例中，在變壓器槽中加了少量基本上是非冷凝性的氣體，以防止在各相繞組容器中的電介質和冷卻液和在變壓器槽底座的殘留液沸騰。通常，該非冷凝性氣體產生的附加壓力不應大於使變壓器具有足夠絕緣強度所需要的壓力，一般在20℃下約為50至150毫米。這類氣體可以是He、N2、CO2、CF4、C2F6、C4F8、SF6或它們的混合物。這些氣體在變壓器中會與電介質和冷卻液的蒸汽混合，從而改善它們的絕緣強度。隋性氣體的主要作用是防止各繞組周圍的液體在其達到足夠完善的蒸汽和總絕緣強度之前沸騰。
在本發明的又一個實施例中採用了一種能吸液的材料，目的是為了確保在正常情況下不浸在介質和冷卻液中的發熱元件被潤溼，以便通過汽化散熱。這些部位包括鐵心表面和因載流而發熱的各接頭。能吸液的較理想的材料是玻璃織布。通常是將布纏繞在從各繞組引向各套管的導體上，也可以鋪設在鐵心表面。在各容器的液體中始終應浸沒有足量的吸液材料片以確保一定的毛細管作用。
在本發明的又一個實施例中採用了一個傳感器來控制一個或多個變壓器揚液泵的操作。為了選用變壓器而對其進行評價時，許多用戶主要考慮的問題是在變壓器的損耗上所花的代價。這種評價是根據鐵耗作出的，鐵耗一般為各繞組負載電流損失值的5至10倍。因此在許多場合下有一點很重要，即揚液泵應作為與變壓器負載相關的設備而工作。除可以利用變壓器的電氣負荷作為傳感器的基準值之外，還可以為傳感器提供諸如蒸汽壓力或溫度等作為絕對值或差值的基準值。在某些情況下，利用一相或多相容器中的液面作為傳感器基準值來控制揚液泵可能有好處。
下面參照附圖介紹本發明。附圖中圖1是本發明變壓器的側視圖。
圖2是本發明裝在容器中的各繞組連同揚液泵的詳圖。
圖3是改進了的揚液泵。
圖4是值得推薦的一個泵的示意圖。
如圖1所示，變壓器包括一個貨櫃式的槽10，槽中裝有鐵心11和繞組12，容器13包圍著各繞組12，繞組中充有絕緣冷卻流體14。殘留流體14盛在變壓器槽10底部和揚上液泵的『U』形部分15上，在變壓器的運行條件下通過傳感器17促使『U』形部分內的流體14部分汽化。傳感器17起監控容器13中溫度、壓力或液面的作用，以提供控制一臺或多臺由『U』形部分15和加熱元件16組成的揚液泵的工作情況所用基準值。變壓器帶負荷運行時，鐵心11和繞組12發熱，藉助於盛裝在槽13中的流體的汽化散熱。蒸汽通過入口19進入冷凝器18中，通過出口20作為冷凝液返回到容器13中。揚液泵可以在變壓器運行時使其連續運行，或由傳感器17進行控制。有了設在頂部的冷凝器18，就可以使冷凝液取返回到容器13中的流向。因此這種配置方式大大減少了抽運量，只在需要往容器13中補充變壓器槽表面上消耗掉的冷凝液時才需要泵送。來自揚液泵的流體14也可以送到鐵心上。
圖2是配置方式的剖視圖，其中包括鐵心11、繞組12、流體14和揚液泵15，加熱器16則安裝在變壓器槽10下方。繞組12由兩個完全浸沒在流體14中的線圈組成，流體14起絕緣作用並通過汽化散除線圈表面的扒熱量。加熱器16安置在『U』形部分15的出口側。熱量使液體部分汽化，從而使待輸送到容器13中的剩餘液體提升。
圖3是採用兩個揚液泵的布置方式兩個揚液泵彼此連接，為液體14提供額外的提升力。這種布置方式可用於功率較大的變壓器。
圖1圖2和圖3示意畫出了由一個『U』形管組成、加熱元件安置在適當位置上的揚液泵。圖4是一個更值得推薦的泵形式的示意圖。如圖4是一個更值得推薦的泵形式的示意圖。如圖所示，它包括一個連接到槽10底部的下行管14，下行管14又在那裡與保溫的立管或出口管15的下部相連。插裝在立管15下端的腔42中的盒式加熱器46給上液泵提供熱量。
權利要求
1.一種靜止感應設備，包括一個裝在一個槽中其上繞有電氣繞組的鐵心，其特徵在於，各繞組在槽中都配備有一個容器，該容器的頂部具有一個至少部分敞開用以從該處盛裝電介質和冷卻液用，此外還設有揚液體從槽底部提升到容器中，槽則與位於各繞組上方的外部冷凝器相連，從而使冷卻液可以從槽通到冷凝器中，在冷凝器中冷凝之後，(在重力的作用下)返回到圍繞繞組的容器中。
2.如權利要求
1或權利要求
2所述的靜止感應設備，其特徵在於，該設備是一個電力變壓器。
3.如權利要求
1或權利要求
2所述的靜止感應設備，其特徵在於，該設備有兩個或多個串聯連接的揚液泵用以將液體從槽底部提升到容器中。
4.如以上任何一項權利要求
所述的靜止感應設備，其特徵在於，任何揚液泵的豎立的輸液管都進行保溫。
5.如以上件何一項權利要求
所述的靜止感應設備，其特徵在於，在所述槽和冷凝器中製成大體上盛以可冷凝的絕緣冷卻劑或其蒸汽的密封單元，各繞組大體上浸沒在冷卻液中。
6.如權利要求
5所述的靜止感應設備，其特徵在於，所述槽/冷凝器組合體中的自由空間最多3%充有非冷凝性氣體。
專利摘要
一種靜止感應設備，特別是電力變壓器，包括一個裝在一個槽(10)中其上繞有電氣繞組(12)的鐵心(11)。各繞組在槽(10)中都配備有一個容器(14)，該容器具有一個至少部分敞開的借盛裝絕緣冷卻液用的頂部。此外還設有揚液泵(15)用以將液體從槽底部提升到容器中，槽則與位於各繞組上方的外部冷凝器(18)相連，從而使冷卻液可以從槽通到冷凝器中。在冷凝器中冷凝之後(在重力的作用下)返回到圍繞繞組的容器(16)中。
文檔編號H01F27/18GK87101947SQ87101947
公開日1987年10月14日 申請日期1987年3月12日
發明者哈羅德·勞埃德 申請人:特克卡特有限公司導出引文BiBTeX, EndNote, RefMan