[發(fā)明專利]一種自然對流散熱式水下變壓器

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• 申請日: 2017-08-30
• 公開（公告）號: CN107369523A
• 公開（公告）日: 2017-11-21
• 發(fā)明（設計）人: 唐國元;劉浩宇;黃道敏;劉澤宇;楊東超;陳龍;徐瑞昆;韓麗君;胡建章
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: H01F27/02
• 分類號: H01F27/02;H01F27/12;H01F27/06;H01F38/00
• 代理公司: 華中科技大學專利中心42201
• 代理人: 張彩錦,曹葆青

技術領域

本發(fā)明屬于水下電氣設備領域，更具體地，涉及一種自然對流散熱式水下變壓器。

背景技術

水下變壓器基本結構是將變壓器安裝在密封的殼體內，變壓器和殼體之間充滿絕緣油。水下變壓器工作在深海海底，承受海水的壓力作用，并且變壓器損耗以熱的形式向外發(fā)散，因此水下變壓器還承受熱作用。在變壓器經(jīng)歷不同工作狀態(tài)的同時，絕緣油還會隨溫度變化進行熱脹冷縮。若水下變壓器殼體內絕緣油有海水滲入，將導致變壓器失效。因此，除特殊情況外，應保證水下變壓器在壓力和熱作用下正常和可靠的運行。

為了保證水下變壓器的密封和可靠性，需要確保水下變壓器殼體的內部壓力高于其外部壓力，壓差要求約在0.02～0.05MPa。壓力補償器是保證水下變壓器內外存在要求的壓差值，確保水下變壓器正常運行的主要裝置之一。簡單的講，壓力補償器是一個彈性元件，在水下變壓器上發(fā)揮對溫度變化及體積變化引起的壓力變化進行補償?shù)淖饔谩Ｆ渲校瑝毫ρa償是通過控制水下變壓器殼體內的充油量大小，壓力補償器產(chǎn)生相對應的形變位移，使殼體內的油壓與殼體外部壓力和壓力補償器彈性力(兩者方向一致)之和平衡，這樣可使得水下變壓器箱體內部壓力略高于外部壓力，通過設置合理的壓力補償器的彈性剛度和充油量，可使箱體內外壓差控制在0.02～0.05Mpa范圍內，當外部壓力變化時，油液體積會相應的產(chǎn)生微小的變化，這樣將重新使殼體內外壓力達到平衡，壓差會有微小的波動，因此壓力補償器使殼體內壓力隨時跟隨外部壓力的變化而變化，并保證要求的壓差。體積補償是在變壓器的使用過程中，箱體內絕緣油會不斷發(fā)生體積熱脹冷縮，盡管絕緣油的體積熱膨脹率只有0.00075，但當油體積較大時，這種由于溫度變化引起的油體積變化不可忽略，在沒有彈性補償元件的情況下，會進而引起壓力的較大變化并使變壓器殼體承受較大不平衡壓力，在變壓器非運行狀態(tài)和滿負荷運行狀態(tài)之間，絕緣油溫差較大，兩種狀態(tài)下的油體積變化較大，當油體積變化時，壓力補償器通過產(chǎn)生形變以應對油體積變化，否則水下變壓器的殼體將承受很大的壓力，殼體會發(fā)生過大形變導致開裂，有的水下變壓器主要通過外置的壓力補償器來對變壓器主體進行壓力補償。

水下變壓器中由于變壓器的鐵芯及繞組在工作中會產(chǎn)生大量的熱量，為了保證變壓器的鐵芯及繞組不會過熱，而影響工作效率，在設計水下變壓器時還應考慮散熱問題。水下變壓器的傳統(tǒng)散熱方式是在變壓器殼體上設有散熱片，散熱片的工作原理是進行熱傳導。但是散熱片的散熱效率低，采用散熱片進行散熱不僅對材料的導熱性要求高，而且其為保證散熱片與殼體接觸面積盡可能最大化對制造工藝的要求也較高，是現(xiàn)有常規(guī)散熱方式的弊端。

發(fā)明內容

針對現(xiàn)有技術的以上缺陷或改進需求，本發(fā)明提供了一種自然對流散熱式水下變壓器，其中結合水下變壓器自身的特點，相應設計了可實現(xiàn)自然對流散熱的水下變壓器，通過對其關鍵組件如殼體、變壓器本體和對流散熱組件的結構及其具體設置方式進行研究和設計，相應的可有效解決現(xiàn)有散熱方式散熱效率低的問題，具有熱量交換時間長、傳熱量大、散熱效率高的優(yōu)點，適用于水下油氣生產(chǎn)系統(tǒng)。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提出了一種自然對流散熱式水下變壓器，其包括殼體、變壓器本體和對流散熱組件，其中：

所述殼體為上端封閉下端開口的空腔結構，該殼體的下端開口與底座相連，以此通過該底座與殼體空腔結構的內部形成一密閉空間，該密閉空間內充滿變壓器油，并且該殼體的外側面連接有補償器；

所述變壓器本體包括鐵芯組件、變壓器輸入端和變壓器輸出端，該鐵芯組件設于密閉空間內，并安裝在所述底座上，其包括鐵芯及纏繞在該鐵芯上的線圈繞組，所述變壓器輸入端和變壓器輸出端設置在所述殼體的側壁上；

所述對流散熱組件包括呈圓周排列環(huán)繞在所述殼體外部的若干對流散熱管，每根所述對流散熱管豎直布置，且其兩端與所述殼體相連以與所述密閉空間導通，以此使得若干對流散熱管中也充滿變壓器油，并通過對流散熱管的管壁使得對流散熱管內的變壓器油與海水實現(xiàn)熱量交換。

作為進一步優(yōu)選的，所述補償器具體為波紋管補償器，該波紋管補償器包括上段、中段和下段，所述上段為圓管，其上端開設有與海水連通的孔，并且其上端與所述殼體接觸但不連通，其下端與所述中段連通；所述中段包括與上段的下端連通的中空圓管以及設置在該中空圓管內的波紋管，所述波紋管的上端與上段不連通，其下端與所述下段的上端相連，該下段的下端與殼體的內部連通。

作為進一步優(yōu)選的，該水下變壓器還包括監(jiān)控艙，該監(jiān)控艙設置在所述殼體的頂部，其包括彼此焊接的兩段圓柱體。