[發明專利]用于冷卻電力變壓器的設備和方法

無效

• 申請號: 00815793.6
• 申請日: 2000-11-17
• 公開（公告）號: CN1390356A
• 公開（公告）日: 2003-01-08
• 發明（設計）人: 羅伯特·L·朗加德納;小安東尼·M·威斯尼斯基
• 申請（專利權）人: 特里克斯科有限責任公司
• 主分類號: H01F27/10
• 分類號: H01F27/10;H01F27/12
• 代理公司: 中國國際貿易促進委員會專利商標事務所
• 代理人: 鄭修哲

發明背景

本發明涉及變壓器，尤其涉及一種用于在使用過程中冷卻電力變壓器的設備和方法。

在供電系統中使用電力變壓器，以便為最終用戶消費而變壓、輸送和分配電力。變壓器由高低側的工作電壓指定，且具有根據所輸送的伏特和安培容量的尺寸。例如，大型變壓器用于輸送變壓器，沿供電線路逐步提升電壓，也用作配電變壓器，逐步降低配送的電壓。

現有變壓器的一個缺點是它們對與變壓器外部和內部的高運行溫度相關的運行問題敏感。通常，為了保持額定容量，并保證變壓器及其構成部件的使用壽命，變壓器內的最大溫度應當保持在低于95℃(203°F)，和超過外界溫度65℃的溫度。進行變壓器溫度調節的故障可能導致變壓器破壞，或者可能使其使用壽命顯著降低，且由于需要更換損壞的變壓器單元，這都可能導致工業成本較高。

而且，由于溫度和電阻之間的正比關系，當變壓器鐵心內的銅繞組溫度升高時，變壓器的效率下降，從而導致與變壓器鐵心加熱成比例的輸出功率(瓦)損失。而且，在使用過程中，由于流經導電繞組的電流和在磁鋼芯內流動的微電流，變壓器內的溫度趨于升高。

現有的某些控制變壓器溫度的方案較不成熟。例如，一種普通的方案是當外界條件可能導致變壓器溫度過高的危險時，或者當感應到高溫情況時，簡單地噴淋變壓器。

在另一種方案內，對變壓器的內部工作部件提供油池。在不同的現有技術應用中，這種油池用于多級運行。首先，“自冷”級主要依靠變壓器內絕緣冷卻油的對流而將熱量從鐵心吸出。第二級利用流經與變壓器一體或分離的熱交換器/熱輻射器的絕緣油的強制循環，其中利用熱交換器周圍的外界空氣吸收冷卻油的熱能。第三級利用第二級別的強制油循環，但增加了由變壓器自身供電，或者變電站的其他電源供電的電扇，以在外部輻射器上強制空氣循環，這樣增強了從冷卻油以及變壓器繞組中的熱量去除，從而提高變壓器效率。當變壓器溫度升高到足夠大時，這些風扇有選擇地運行，且由連接于變壓器內和變壓器上的溫度傳感器的控制器進行控制。

在圖1中粗略示出了一種使用風扇的現有技術系統。標為10的變壓器是普通的設計形式，包括殼體，其中殼體內設有纏繞著銅繞組14的軟鐵心12。鐵心和繞組浸在冷卻油15的油池中。在變壓器殼體內部體積的頂部的氮氣防護層16保持殼體內油的質量。

接近于變壓器殼體頂部放置的是經頂部截止閥18連接于導管20的出口，導管20通向標為22的輻射器或熱交換器。在該現有系統中，輻射器22包括散熱冷卻管24，冷卻油經這些冷卻管循環流動。這些冷卻管以一系列間隔開的行、列形式定向，以形成附近用于冷卻的外界空氣的通道。一組馬達驅動的風扇26用于抽吸散熱冷卻管24上或周圍的空氣，以便提供強制的外界空氣冷卻。輻射器22的出口垂直于一密封的、馬達驅動的泵28，該泵經導管30、底部截止閥32泵出冷卻油，返回到變壓器殼體的內部體積內。

在運行過程中，泵28強制冷卻油進入變壓器的底部，如箭頭33所示。當如箭頭35所示，在變壓器的內部工作部件(比如鐵心12和繞組14)內設置的各種開口上或經過這些開口而油向上移動時，冷卻油的溫度升高，因為它吸收了熱量，從而冷卻了由于其運行而使溫度已經升高的變壓器部件。現在被加熱的油流經37處的油出口，進入導管20，且通過輻射器22。進入輻射器的安裝區域的外界空氣，在冷卻管24上被風扇26抽出，從而冷卻經過管24的油。因為從冷卻油中吸出能量而被加熱的外界空氣釋放到大氣中，而被冷卻的流體返回到泵28，以便再循環經過變壓器。

雖然圖1中的現有技術的冷卻系統具有某些優點，但其冷卻局限性導致某些變壓器在不良條件下運行，而這種情況是不希望出現的。特別是，外界條件尤其是溫度濕度帶來的限制可能導致冷卻油完全流經熱交換器，而沒有充分地去除熱量，以致隨著時間的過去，冷卻油的溫度繼續升高，從而使這種油的冷卻能力下降。最后，冷卻油可能太熱而不能防止變壓器超過推薦溫度。

而且，變壓器的利用率以及負載電流通常在最高的外界溫度條件下出現。例如，當外界條件非常溫暖潮濕時，油池的溫度可能升高，因此油不能得到充分地冷卻，而變壓器內的溫度繼續升高，直到損壞變壓器的工作部件。

因此，希望提供一種克服現有技術的這些和其他缺點的用于電力變壓器的冷卻系統。

發明概述