[發(fā)明專利]用于水下工作的帶冷卻循環(huán)回路的電氣構(gòu)件

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200580048635.8
• 申請日: 2005-12-22
• 公開（公告）號: CN101128892A
• 公開（公告）日: 2008-02-20
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 喬爾格·芬戴森
• 申請（專利權(quán)）人: 西門子公司
• 主分類號: H01F27/16
• 分類號: H01F27/16;H01F27/06;F03D1/00
• 代理公司: 北京市柳沈律師事務(wù)所
• 代理人: 郝俊梅;謝強(qiáng)

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種電和/或電子構(gòu)件，尤其一種變壓器，包括具有熱交換單元的冷卻循環(huán)回路。此外，本發(fā)明還包括這種構(gòu)件在海上平臺內(nèi)的安裝以及此類平臺的設(shè)計(jì)。

背景技術(shù)

由于適用的內(nèi)陸地區(qū)的縮減以及海上高的風(fēng)速，使利用海上風(fēng)能可以成為對于在陸地建立風(fēng)力發(fā)電設(shè)備的一種經(jīng)濟(jì)的令人感興趣的替代方案。在海上風(fēng)力場的網(wǎng)絡(luò)連接中關(guān)鍵的成本重點(diǎn)是要在海上建造變電站。

所使用的電氣構(gòu)件，例如變壓器、整流器和開關(guān)，按現(xiàn)有技術(shù)或裝配在一個(gè)處于水上方的平臺平面上并進(jìn)行運(yùn)行，或安裝在用包封部分的內(nèi)部，例如風(fēng)力發(fā)電設(shè)備的塔架內(nèi)部。例如DE10313036A1介紹了一種建造風(fēng)力發(fā)電設(shè)備的方法。在該發(fā)明中的功率模塊主要是變壓器，它具有豎立在風(fēng)力發(fā)電設(shè)備的基礎(chǔ)上并被風(fēng)力發(fā)電設(shè)備的塔架緊鄰地完全包圍的支架。

然而該發(fā)明的缺點(diǎn)是，由于變壓器運(yùn)行產(chǎn)生的熱能無控制地在風(fēng)力發(fā)電設(shè)備的塔架內(nèi)上升，以及沒有相宜地從變壓器中導(dǎo)出。采用該發(fā)明不能保證變壓器有效和均勻地散熱。

此外，以此方式只能安裝其尺寸明顯小于塔架直徑的電氣構(gòu)件。長期以來由現(xiàn)有技術(shù)已知，將電氣構(gòu)件安置在海面上方的遠(yuǎn)處。

基于海上平臺這種高的結(jié)構(gòu)方式，為了在海上區(qū)域設(shè)計(jì)所需要的平臺，將所謂的百年波作為結(jié)構(gòu)計(jì)算的基礎(chǔ)，百年波相當(dāng)于有關(guān)區(qū)域內(nèi)近一百年最大可能的潮浪。基于結(jié)構(gòu)上的這些邊界條件，海上的電氣構(gòu)件如變壓器以及變電站的其他部件，為防止被百年波破壞而設(shè)置在明顯高于水面的平臺平面上，這牽扯到用于平臺建立及運(yùn)行的昂貴費(fèi)用。由于在結(jié)構(gòu)上如此設(shè)計(jì)的平臺在海面上方大的高度，平臺的結(jié)構(gòu)及所使用的材料必須滿足很高的穩(wěn)定性要求。例如由DE10310708A1已知風(fēng)力發(fā)電設(shè)備的基礎(chǔ)以及需要高的結(jié)構(gòu)費(fèi)用。

此外，要導(dǎo)出的熱能通過附加的散熱器和風(fēng)扇排出是現(xiàn)有技術(shù)，其中，散熱器和風(fēng)扇并列裝在變壓器的容器壁上。為了充分散熱，有必要在變壓器的容器壁上大面積地布置多個(gè)散熱器。在散熱器旁安裝風(fēng)扇用于變壓器容器壁的垂直或水平通風(fēng)，由此增大了變壓器所需的空間體積。使用風(fēng)扇同樣需要配置用于提供電源和控制風(fēng)扇的輔助設(shè)備和開關(guān)裝置。為此必須在變壓器近旁提供附加的位置。風(fēng)扇的能耗同樣造成費(fèi)用支出。風(fēng)扇的控制器必須安裝在帶有開關(guān)設(shè)備的專用開關(guān)柜內(nèi)。在使用風(fēng)扇時(shí)，為了安全和控制必須在變壓器上安裝變壓器保護(hù)開關(guān)和監(jiān)控設(shè)備，它們一方面造成高的設(shè)備配置成本及運(yùn)行成本。此外，需要風(fēng)扇開關(guān)柜與風(fēng)扇之間的電連接，這種連接必須根據(jù)海上區(qū)域的環(huán)境條件絕對安全。風(fēng)扇控制柜和風(fēng)扇本身還需要定期檢查和維護(hù)，尤其對于海上設(shè)備而言，這與高昂的成本相關(guān)聯(lián)。此外，由于海上區(qū)域的天氣和季節(jié)條件，不可能由工作人員在當(dāng)?shù)仉S時(shí)實(shí)施檢查和維護(hù)作業(yè)。

按另一種方案，由現(xiàn)有技術(shù)，例如由DE10127276A1已知一種水下變壓器，它設(shè)計(jì)用于在海面下運(yùn)行。對于水下變壓器的運(yùn)行，通常在海面上方不需要平臺。但迄今的水下變壓器的缺點(diǎn)是，這些水下變壓器沒有相宜地散熱，并因而尺寸設(shè)計(jì)為大于實(shí)際所需。

此外，這些水下變壓器需要復(fù)雜的裝置，用于保證在溫度引起冷卻介質(zhì)和/或絕緣介質(zhì)體積變動時(shí)的壓力平衡。

在EP1082736B1中介紹了另一種水下變壓器，它有一個(gè)完全包圍第一容器并配備有壓力密封的電纜插座的第二容器。確切地說規(guī)定用于極深海中的小型配電網(wǎng)變壓器的這種設(shè)計(jì)，也沒有解決所列舉的問題以及并不保證有效冷卻。

發(fā)明內(nèi)容

因此本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是，提供一種較少維護(hù)的電氣和/或電子構(gòu)件，它在深海運(yùn)行時(shí)可以有效散熱并與此同時(shí)保證電氣和/或電子構(gòu)件小的尺寸。此外，本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是設(shè)計(jì)一種與現(xiàn)有技術(shù)相比經(jīng)濟(jì)得多的海上變電站。

下面在本發(fā)明的范圍內(nèi)電氣構(gòu)件理解為電氣和/或電子構(gòu)件或相應(yīng)構(gòu)件的組合。

名稱變壓器用作電氣構(gòu)件的代表。

按照本發(fā)明上述技術(shù)問題通過權(quán)利要求1的特征得以解決。在這里規(guī)定，熱交換單元的至少一個(gè)冷卻元件可被第一種液體、尤其海水繞流，其中，冷卻元件之間的距離和冷卻元件的尺寸選擇為，使第一種液體圍繞冷卻元件產(chǎn)生一種紊流的繞流。根據(jù)所選擇的第一種液體的粘度來選擇冷卻元件的尺寸和各自的距離。通過如此布局，可以保證有效地排出在電氣構(gòu)件運(yùn)行期間產(chǎn)生的熱量，因?yàn)橥ㄟ^紊流的流動可導(dǎo)致使大的液體量與熱交換單元接觸，以及吸收從熱交換單元發(fā)出的熱量并迅速排出。當(dāng)電氣構(gòu)件在海上區(qū)域使用時(shí)，熱交換單元設(shè)在海面下方的平臺平面上，以及由此實(shí)現(xiàn)與現(xiàn)成的作為第一種液體的海水進(jìn)行熱交換。海水的平均溫度例如在北海和東海最高為20℃，并因此非常適合作為用于冷卻在電氣構(gòu)件內(nèi)產(chǎn)生的熱能的冷卻源，這種熱能通過熱交換單元輸送給周圍的海水。