干式网络变压器的制造方法
【专利摘要】一种干式网络变压器，其具有被燃烧抑制气体绝缘的芯部和线圈绕组。该燃烧抑制气体、芯部和线圈绕组布置在密封外壳内。该燃烧抑制气体为空气、惰性气体或气体的混合。该干式网络变压器可以连接到网络保护装置。该网络保护装置进一步连接到次级网络。该网络保护装置防止功率从次级网络流到该变压器的初级侧。该干式网络变压器安装在地下或地面层的室中。该干式网络变压器可以悬挂在接近该室的顶部或安装在该室的底部。
【专利说明】干式网络变压器
【技术领域】
[0001]本发明涉及具有布置在密封外壳内的芯部、一个或多个线圈组件、以及燃烧抑制气体的干式网络变压器。
【背景技术】
[0002]网络变压器用于将功率输送到大城市区域并且典型地封装在位于地下或地面层的室内。网络变压器接收来自作为电源的初级网络的功率并通过次级网络将电力输送至消费者。典型地，网络变压器是填充流体的，利用介电流体将芯部和线圈绕组绝缘。当填充了液体的网络变压器由于缺陷或其他故障而破裂时，液体可能流进高密度人群地区并污染环境。相应地，需要用非毒性材料绝缘并且稳定抗破裂的新类型的网络变压器。本发明涉及这样的具有良性的且非挥发性的绝缘介质的网络变压器。
【发明内容】
[0003]干式网络变压器在一个电压接收来自初级电源的功率，转换该功率，并且在第二个电压将电力提供到次级网络。该干式网络变压器具有铁磁芯，该铁磁芯具有一个或多个连接到顶轭和底轭的支柱。该芯柱垂直地位于该水平顶轭和该水平底轭之间。线圈组件安装到每一个芯柱。
[0004]该干式网络变压器具有密封外壳,该密封外壳由一个或多个侧壁、底壁、和盖构成。该密封外壳用于封装该铁磁芯、线圈组件和燃烧抑制气体。该芯部和线圈组件与该燃烧抑制气体一起位于该密封外壳之内。该燃烧抑制气体围绕该芯部和线圈组件。
[0005]该密封外壳具有从壁延伸出来的连接喉部。该连接喉部在该变压器的输出端子处包围电气连接。在该变压器的该连接喉部处附着网络保护装置。该网络保护装置保护网络变压器不接收在从该次级网络到该变压器的该初级侧方向上的功率潮流。
[0006]使用铁磁芯、线圈组件、和密封外壳构造该干式网络变压器。该芯部和线圈组件被组合并且放置在该密封外壳之中。该外壳用具有一个或多个入口的盖所密封。通过入口将燃烧抑制气体导入进该外壳之内的内部空间。该燃烧抑制气体围绕该干式网络变压器的芯部和线圈组件。
【专利附图】
【附图说明】
[0007]在附图中，结构性的实施例图示为结合以下提供的详细说明描述干式网络变压器的示例性实施例。本领域的技术人员将理解元件可以被设计为多个元件或者多个元件可以被设计为单个元件。
[0008]进而，在附图和以下的说明中，相似的部件贯穿附图和文字说明分别以相同的附图标记指示。附图并未依照比例绘制且某些部件的比例被放大以方便展示。
[0009]图1是干式网络变压器的剖面前视图。
[0010]图2a是干式网络变压器的透视图。[0011]图2b是显示连接到网络保护装置的干式网络变压器的透视图。
【具体实施方式】
[0012]参考图1，示出了本发明的干式网络变压器30。干式网络变压器30可以为单相或多相的(例如，三相)。干式网络变压器30可以由芯式或壳式结构组成。干式网络变压器30的芯部10由薄的、堆叠的诸如晶粒取向硅钢或非晶态金属的磁透材料的分层所组成。分层典型地被配置为堆叠，使得芯部10具有一个或多个在一对水平布置的顶轭44和底轭46之间垂直布置的腿或柱42。分层可以通过芯部夹具保持在一起，其中顶部芯部夹具压缩芯部的顶轭44，并且底部芯部夹具压缩芯部10的底轭46。
[0013]线圈组件12被布置在芯式变压器的每一个芯柱41、42的周围。在壳式变压器中，线圈组件12被布置在内芯柱41周围。每一个线圈组件12包括高压初级和低压次级线圈绕组。高压初级和低压次级线圈绕组经常被配置为同心地围绕每一个芯柱41、42。其他配置包括高压初级和低压次级绕组一个在另一个之上地围着每一个芯柱41、42的安装，或者具有安装到内芯柱41的交替的高压初级和低压次级绕组的交叉配置。本发明的高压初级和低压次级线圈绕组由诸如铜或铝的导体材料所组成。高压初级和低压次级绕组可以为真空铸造或树脂封装的。
[0014]高压初级和低压次级线圈绕组可以缠绕在围着每一个芯柱41、42的椭圆形状上。当以椭圆缠绕时，高压初级和低压次级线圈绕组占据外壳50内的较少空间，因此提供了具有更加紧凑设计的干式网络变压器30。
[0015]干式网络变压器30的芯部10和线圈组件12布置在密封外壳50之内，外壳50包括一个或多个侧壁、底壁和盖60。外壳50可以为圆柱形的，在此情况下具有单个圆柱形侧壁，或者大体上矩形，在此情况下具有四个侧壁。变压器30的底部芯部夹具具有包含开口的安装脚51,该开口适用于与从外壳50的底壁延伸出来的圆形销相哨合,从而将变压器固定到密封外壳50的内部。变压器30的顶部芯部夹具具有相对端，其中每一个相对端被栓或钉到密封外壳50的内部侧壁。密封外壳50随后被盖60所密封。
[0016]外壳50的盖60和顶边缘77形成屏障，密封外壳50。顶边缘77被实施为从外壳的表面向外延伸的唇部。可替换地，顶边缘77可以是向内辐射式的，其中取决于应用，盖60的外边缘与顶边缘77的弯曲部分交界。顶边缘77可以是沿着外壳50和盖60之间的整个界面辐射。
[0017]在一个具有向内辐射的顶边缘77的实施例中，顶边缘77的弯曲部分由顶边缘77的垂直部分到顶边缘77的水平部分的转变所形成。在同一实施例中，盖60的外边缘可以在外壳50的顶边缘77的弯曲部分之内弯曲和固定。
[0018]真空泵可以连接到位于外壳50的盖60中的多个配件32中的一个，从而引起外壳50内的空气密封。通过位于密封的外壳50的盖60中的多个配件32中的一个，将燃烧抑制气体导入密封外壳50的内部。燃烧抑制气体填充密封外壳50内的内部空间且围绕芯部10和线圈组件12。燃烧抑制气体可以为空气，诸如氮气、氩气、氙气等的惰性气体，或者前述气体的混合。
[0019]在设计密封外壳50时，结合密封外壳50的尺寸以及由变压器芯部10和线圈组件12经受的能量损耗一起考虑燃烧抑制气体的热特性。以下为当采用氮气作为干式网络变压器内的燃烧抑制气体所利用的参数的示例。氮气具有等于0.026W / M°C的热导率，箱体尺寸约为5.5英尺X 3.5英尺X 5英尺，并且压力保持在0.25大气压到I个大气压的范围内。典型地，前述参数的组合防止变压器的操作温度超过220摄氏度。典型地，一个操作在前述参数下具有13kV的初级电压和216V的Y形次级电压的500kVA的变压器的效率大于或等于99 。
[0020]除了作为燃烧抑制气体的接入点，配件32还可以用于对密封外壳50增压，抽空密封外壳50，或连接压力计。额外的压力和温度计70可以位于密封外壳50的盖上。在本发明的一个实施例中，燃烧抑制气体被增压至I个大气压。提供压力释放阀以降低密封外壳50中的压力。因为燃烧抑制气体保持在低压且为非挥发性的，干式网络变压器30以稳定的方式操作。在用惰性气体填充密封外壳50之前,应该抽空密封外壳50从而去除尽可能多的氧气。
[0021]初级电源连接到干式网络变压器30的高压初级套管16。高压初级套管16连接到从高压初级线圈绕组延伸的高压引线52。高压引线52可以三角形或Y形构造连接在一起。
[0022]低压次级线圈绕组具有从线圈延伸的低压引线，并且可以三角形或Y形构造连接在一起。低压引线连接到母线。依次地，母线连接到低压端头24，该低压端头24是直径为大约一英寸的连杆，该连杆始于密封外壳50之内且穿过密封外壳50的低压喉部26延伸。低压喉部26用来将网络保护装置40连接到干式网络变压器30。低压喉部26还将低压端头24和网络保护装置40的输入之间的电气连接进行封装，其将在以下更详细地描述。
[0023]现参考图2a和2b，示出连接到网络保护装置40的干式网络变压器30的低压端头24。网络保护装置40可移动地安装到干式网络变压器30的低压喉部26和支撑托架28。变压器喉部26从密封外壳50的侧壁延伸且支撑网络保护装置40的重量。支撑托架28附着到密封外壳50的侧壁且用于保持网络保护装置40在直立位置。
[0024]可接受在本发明中使用的网络保护装置40可用地为来自新泽西欧文顿的理查兹制造公司(Richards Manufacturing Company of Irvington, NJ)的型号 137NP-3000-LTS,尽管包括其他生产商制造的网络保护装置40的许多其他网络保护装置40均可接受。网络保护装置40由继电器开关、输入、输出、位于输入和输出之间的断路器所组成。断路器电气连接到网络保护装置40的输出。网络保护装置输入在变压器喉部24处连接到变压器30的输出，并且电气连接到低压端头24。
[0025]网络保护装置40将网络变压器30连接到次级网络或从次级网络断开。当功率在从网络变压器30的初级侧到次级侧的方向流动时，网络保护装置40将网络变压器30连接到次级网络。当功率在相反方向从次级侧到初级侧流动时，网络保护装置40继电器开关在检测到相反方向的功率潮流时，跳闸断开断路器。电路保持断开直到系统可安全地被再连接为止。
[0026]干式网络变压器30封装在位于地下或地面层的室内。当室位于地下时，其典型地通过室的顶部附近的开口或城市人行道混凝土中的格栅通风。网络变压器30可以被悬挂在室的顶部附近或者安装在室的底部。网络变压器30的盖60具有用于将变压器30安装在室的顶部附近的两个悬挂支撑钩22和趾部14，如图2a和2b所示。悬挂支撑钩22安装在接近室的顶部的横梁上，并且趾部14安装到室的侧壁之内。趾部14具有键孔形状的开口用于接收附着到室的侧壁内部的键孔形状、刚性安装的托架的端。当变压器30被悬挂时，允许为了维护更易于接触到网络保护装置40和罩板36。由于变压器30与接触表面的隔离，变压器30的悬挂还可以减小变压器30的噪音等级。变压器30设置有吊钩34，用于将密封外壳50提升到室内所期望的高度。变压器30的盖60也具有用来在安装期间使用的吊点20。
[0027]网络变压器30可以通过附着到密封外壳50的底座的脚部54被安装在室的底部，而不是被悬挂。脚部54保持变压器30的底座不与室的地面接触。室的地面和变压器30之间的空隙使得变压器30对诸如叉车的起重设备而言是可接近的。
[0028]在网络变压器30的一个实施例中包括高压接地开关18。当存在高压接地开关18时，其连接到高压初级套管16并且可以被安装到密封外壳50的内部或外部。接地开关18将高压初级套管16接地，因此接地源可以是密封外壳50的壁。接地开关18是手动操作并且用于在执行维护时将网络变压器30接地。
[0029]在变压器30的低压侧提供中性杆件38，并且中性杆件38连接到次级低压线圈绕组。中性点连接从密封外壳50延伸且连接到中性杆件38。中性杆件38提供了在低压初级线圈绕组之间的中性点连接。
[0030]本发明的干式网络变压器30可以位于暴露于地下水的地下。在该实施例中，通过到密封外壳50的密封剂的应用，将变压器30密封和保护。密封剂可以是抑制腐蚀和不透水的聚合物涂层。
[0031]在一个实施例中，变压器30是IOOOkVA的干式网络变压器30。然而，应当理解的是干式网络变压器30的容量和/或额定值可以根据应用而变化。
[0032]虽然本申请说明了干式网络变压器的不同实施例，并且相当详细地描述了这些实施例，但 申请人:并不意为限制或以任何方式限定所附的权利要求的保护范围仅为这些细节。本领域的技术人员将容易获得额外的优点和修改。因此，本发明在更宽的方面并不限定为所示及描述的具体细节、代表性实施例、以及说明性示例。相应地，在不偏离 申请人:总体发明概念的精神或保护范围的前提下，可以从这些细节做出进一步改进。
【权利要求】
1.一种用于提供功率到次级网络的网络变压器，包括:铁磁芯，所述铁磁芯包括至少一个在第一轭部和第二轭部之间延伸的支柱；至少一个线圈组件，所述至少一个线圈组件安装至所述至少一个支柱；密封外壳，所述密封外壳具有内部空间，在所述内部空间内布置所述铁磁芯和所述线圈组件，所述密封外壳具有从所述密封外壳的壁延伸的连接喉部；燃烧抑制气体，所述燃烧抑制气体布置在所述密封外壳的所述内部空间中，所述燃烧抑制气体围绕所述铁磁芯和所述至少一个线圈组件；以及网络保护装置，所述网络保护装置可移动地安装到所述密封外壳的所述连接喉部，所述网络保护装置为可操作的用以保护所述网络变压器免于经受从所述次级网络流出的功率。
2.如权利要求1所述的网络变压器，其中所述燃烧抑制气体为惰性气体。
3.如权利要求2所述的网络变压器，其中所述燃烧抑制气体被保持在一个大气压或在一个大气压之下。
4.如权利要求1所述的网络变压器，其中所述网络保护装置由用于断开和闭合网络保护装置电路的继电器开关、输入端子、输出端子、在所述输入端子和所述输出端子之间布置的断路器所组成，所述断路器电气连接至所述输出端子。
5.如权利要求4所述的网络变压器，其中所述网络保护装置可移动地安装到所述密封外壳的多个支撑托架以及所述连接喉部，所述支撑托架刚性地附着到所述密封外壳的所述壁。.
6.如权利要求5所述的网络变压器，其中所述网络保护装置输入端子电气连接至次级输出端子，所述次级输出端子从所述密封外壳的所述连接喉部延伸。
7.如权利要求1所述的网络变压器，其中所述密封外壳封装在抗腐蚀材料内。
8.如权利要求1所述的网络变压器，其中所述至少一个线圈组件的每一个由布置在低压次级绕组周围的高压初级绕组所组成。
9.如权利要求8所述的网络变压器，其中所述高压初级绕组的每一个和所述低压次级绕组的每一个为真空铸造。
10.如权利要求8所述的网络变压器，其中所述高压初级绕组的每一个和所述低压次级绕组的每一个通过树脂密封。
11.如权利要求8所述的网络变压器，其中所述高压初级绕组的每一个和所述低压次级绕组的每一个被构造为围绕所述至少一个支柱的椭圆形状。
12.如权利要求1所述的网络变压器，其中所述密封外壳包括:至少两个钩，所述至少两个钩被布置为接近所述密封外壳的顶盖的侧边缘并且从所述侧边缘延伸，所述至少两个钩适用于与接近室的顶部的梁相啮合；以及托架，所述托架具有键孔形状的开口，所述托架刚性地附着到所述密封外壳的侧壁且从所述侧壁延伸，所述托架适用于与键孔形状的突出部相啮合，所述键孔形状的突出部刚性地附着到所述室的内部侧壁。
13.如权利要求12所述的网络变压器，其中所述密封外壳进一步包括罩板，所述罩板布置在所述密封外壳的所述顶盖之上用于进入所述密封外壳的所述内部空间用以维护。
14.如权利要求8所述的网络变压器，进一步包括接地开关，所述接地开关安装到所述密封外壳并且可操作的用以将所述高压初级线圈绕组的每一个接地。
15.如权利要求8所述的网络变压器，进一步包括中性杆件，所述中性杆件布置在所述密封外壳的壁上，所述中性杆件将低压次级线圈绕组的每一个连接到中性点连接。
16.一种形成网络变压器的方法，包括:a.提供铁磁芯，所述铁磁芯包括至少一个在第一轭部和第二轭部之间延伸的支柱；b.将至少一个线圈组件安装到所述至少一个支柱；c.提供密封外壳，所述密封外壳具有通路，气体可以通过所述通路在所述密封外壳内的内部空间和所述密封外壳外的环境之间流通；d.将所述铁磁芯和所述至少一个线圈组件放置进所述密封外壳的所述内部空间内；e.用盖密封所述密封外壳以完全封装所述铁磁芯和所述至少一个线圈组件；以及f.将燃烧抑制气体通过所述通路导入所述密封外壳的所述内部空间，所述燃烧抑制气体围绕所述铁磁芯和所 述至少一个线圈组件。
【文档编号】H01F27/02GK103443881SQ201280010133
【公开日】2013年12月11日 申请日期:2012年2月20日 优先权日:2011年2月22日
【发明者】C·W·约翰逊, S·S·奥滕 申请人:Abb技术有限公司