一种全密封油浸式电力变压器的制作方法
本发明涉及变压器技术领域，尤其涉及一种全密封油浸式电力变压器。
背景技术：
油浸式变压器主要由铁芯、绕组、油箱、油枕、绝缘套管、分接开关和气体继电器等组成，铁芯和绕阻全部浸在变压器油中，变压器油起到绝缘和冷却的作用。
变压器的油枕一般都设置在变压器本体的上方，油枕中盛有变压器油，变压器通过吸湿器与大气相通。油枕起着调节油量，保证变压器油箱内经常充满油的作用。绕组在工作过程中会产生大量热量使得变压器油的温度升高。当变压器油的体积随着温度膨胀或减小时，油枕起着调节油量，保证变压器油箱内经常充满油的作用。
油枕的油面在变压器热胀冷缩的呼吸中，外界空气通过吸湿器与油枕内的气体进行交换，油枕的油面经常与进出的空气直接接触。由于吸湿器的吸湿作用有限，大气中的潮湿空气难免会进入到变压器油中，使得变压器油容易受到空气及杂质的影响导致其老化变质，特别是由于上层油温很高，使油很快的氧化和受潮，影响变压器的性能，降低变压器的使用寿命。
技术实现要素：
本发明实施例提供了一种全密封油浸式电力变压器，能够避免变压器油受到外界空气及杂质的影响导致其老化变质的问题，提高了变压器的性能和使用寿命。
本发明实施例提供了一种全密封油浸式电力变压器，包括：
密闭油箱，所述密闭油箱内盛有变压器油，所述变压器油的液面以上形成有空腔，所述空腔内填充有保护气体，所述保护气体用于隔离所述变压器油与空气接触；
电力变压器的器身，所述器身设置于所述密闭油箱内，所述器身浸没在所述变压器油中；
可变形的充气胶囊，所述充气胶囊设置于所述密闭油箱外部，所述充气胶囊通过管路与所述空腔连通；
当所述变压器油的液面升高时，所述空腔内的所述保护气体被压入所述充气胶囊内；
当所述变压器油的液面降低时，所述充气胶囊内的所述保护气体被压入所述空腔内。
可选的，所述充气胶囊内的气体压强与所述充气胶囊的半径成反比，所述充气胶囊内的气体压强与所述充气胶囊的膨胀系数成正比。
可选的，全密封油浸式电力变压器还包括防护箱体，所述防护箱体设置于所述密闭油箱上，且与外界连通，所述充气胶囊设置于所述防护箱体内。
可选的，全密封油浸式电力变压器还包括吸湿器；
所述吸湿器包括容纳罐和连通管，所述连通管一端伸入所述防护箱体内部，所述连通管的另一端与容纳罐连通，所述容纳罐内填充有干燥剂，所述容纳罐设置于所述防护箱体外，所述吸湿器用于过滤进入防护箱体内的气体中的水蒸气。
可选的，全密封油浸式电力变压器还包括油气分离器和储油箱，所述油气分离器的第一气体接口与所述充气胶囊连接，所述油气分离器的第二气体接口与所述空腔连接，所述储油箱与所述油气分离器的出油接口连接，所述油气分离器用于分离进入所述充气胶囊内的所述保护气体中混入的变压器油。
可选的，全密封油浸式电力变压器还包括泄压阀、压强传感器和第一控制器，所述泄压阀连接在所述充气胶囊与所述空腔之间的管路上，所述泄压阀与所述第一控制器电连接；
所述压强传感器用于监测所述空腔内的气体压强，并发送给所述第一控制器；
所述第一控制器用于在确定所述空腔内的气体压强大于第一压强阈值时控制所述泄压阀开启泄压，直至所述空腔内的气体压强小于所述第一压强阈值的0.9倍时，控制所述泄压阀关闭。
可选的，全密封油浸式电力变压器还包括补气装置，所述补气装置包括储气罐和压力控制阀，所述压力控制阀与所述第一控制器电连接，所述储气罐内的气体压强大于所述空腔内的气体压强；
所述第一控制器用于在确定所述空腔内的气体压强小于第二压强阈值时，控制所述压力控制阀开启，以使所述储气罐向所述空腔补充所述保护气体，直至所述空腔内的气体压强大于所述第二压强阈值的1.25倍时，控制所述压力控制阀关闭。
可选的，所述补气装置还包括围绕所述密闭油箱的侧壁设置的至少两圈波纹片，所述波纹片为中空结构，相邻的两个波纹片通过设置于所述密闭油箱的侧壁的管道连通；
所述管道的一端与所述空腔连通，所述管道的另一端与所述压力控制阀的一端连通，所述压力控制阀的另一端与所述储气罐连通。
可选的，全密封油浸式电力变压器还包括油泵、电机、散热管、散热风扇、温度传感器和第二控制器；
所述电机、散热风扇和所述温度传感器分别与所述第二控制器电连接；
所述电机用于驱动所述油泵；
所述油泵的进油口通过抽油管与所述密闭油箱连通，所述散热管的一端与所述油泵的出油口连接，所述散热管的另一端通过回油管与所述密闭油箱连通；
所述温度传感器用于采集所述变压器油的温度，并发送给所述第二控制器；
所述第二控制器用于在确定所述温度大于温度阈值时，控制所述电机和所述散热风扇启动，直至采集的温度小于所述温度阈值的0.9倍时，控制所述电机和所述散热风扇关闭。
可选的，全密封油浸式电力变压器还包括防护网箱，所述油泵、电机、散热管和散热风扇设置于所述防护网箱内。
本发明实施例提供的全密封油浸式电力变压器，包括密闭油箱、充气胶囊和电力变压器的器身。密闭油箱内盛有变压器油，变压器油的液面以上形成有空腔，空腔内填充有保护气体，器身设置于密闭油箱内，器身浸没在变压器油中，充气胶囊设置于密闭油箱外部，充气胶囊通过管路与空腔连通。当变压器油的体积随着油温膨胀或收缩时，充气胶囊相应的膨胀或收缩，进而维持密闭油箱内空腔的气压稳定，外界空气不会因为密闭油箱内气压的变化与密闭油箱内的保护气体进行频繁的气体交换，避免了变压器油容易受到外界空气及杂质的影响导致其老化变质的问题，提高了变压器的性能和使用寿命。
附图说明
下面根据附图和实施例对本发明作进一步详细说明。
图1为本发明实施例提供的全密封油浸式电力变压器的剖视图；
图2为本发明实施例提供的全密封油浸式电力变压器的侧面视图。
具体实施方式
为使本发明解决的技术问题、采用的技术方案和达到的技术效果更加清楚，下面将结合附图对本发明实施例的技术方案作进一步的详细描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”、“固定”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。此外，术语“第一”、“第二”，仅仅用于在描述上加以区分，并没有特殊的含义。
本发明实施例提供了一种全密封油浸式电力变压器，图1为本发明实施例提供的全密封油浸式电力变压器的剖视图，如图1所示，该全密封油浸式电力变压器包括密闭油箱、充气胶囊120和电力变压器的器身130。
其中，密闭油箱包括箱体111和箱盖112，箱体111具有朝向上的开口，箱盖112覆盖在箱体111上，且完全密封所述箱体111。示例性的，箱体111与箱盖112可以通过螺栓连接，箱体111与箱盖112之间可设置密封圈，提高密闭油箱的气密性能。密闭油箱内盛有变压器油，变压器油的液面l以上形成有空腔113，空腔113内填充有保护气体，示例性的，该保护气体可以是氮气、氦气、氩气等不易与变压器油发生反应的气体，用于隔离变压器油与空气，避免空气与变压器油接触，使得变压器油氧化、受潮。优选的，保护气体为氩气，氩气密度大于空气密度，即使有外界空气进入空腔113，由于空气密度小于氩气密度，空气将浮于氩气上，避免空气与变压器油接触。
器身130包括铁芯和绕组的组合，器身130设置于密闭油箱内，示例性的，器身130固定设置在箱体111的底部。器身130完全浸没在变压器油中，即，变压器油的液面l始终高于器身130的顶部。当然，为了避免变压器油的体积因油温的变化减少而可能出现器身130露出液面l的情况，变压器油的液面l经过多次、多工况试验确定，确保变压器油的液面l始终高于器身130的顶部。
充气胶囊120设置于密闭油箱外部，充气胶囊120通过管路与空腔113连通。示例性的，如图1所述，箱盖112上开设有通孔1121，通孔1121上连接有接头1122，接头1122通过管道与密闭油箱外部的充气胶囊120连接。
本发明实施例的全密封油浸式电力变压器的工作原理如下：
当变压器油的体积随着油温升高而膨胀时，液面l上升，压缩空腔113内的保护气体，空腔113内的气压增大，使得空腔113内压强大于充气胶囊120内的压强，在两者压强差的作用下，空腔113内的保护气体被压入充气胶囊120内，充气胶囊120膨胀，体积变大，进而维持充气胶囊120和空腔113内的气压与外界气压相当。
当变压器油的体积随着油温降低而收缩时，液面l下降，空腔113内压强降低，使得空腔113内压强小于充气胶囊120内的压强，在两者压强差的作用下，充气胶囊120内的保护气体被压入空腔113内，充气胶囊120收缩，体积变小，进而维持充气胶囊120和空腔113内的气压与外界气压相当。
本发明实施例提供的全密封油浸式电力变压器，包括密闭油箱、充气胶囊和电力变压器的器身。密闭油箱内盛有变压器油，变压器油的液面以上形成有空腔，空腔内填充有保护气体，变压器的器身设置于密闭油箱内，电力变压器的器身浸没在变压器油中，充气胶囊设置于密闭油箱外部，充气胶囊通过管路与空腔连通。当变压器油的体积随着油温膨胀或收缩时，充气胶囊相应的膨胀或收缩，进而维持密闭油箱内空腔的气压稳定，外界空气不会因为密闭油箱内气压的变化与密闭油箱内的保护气体进行频繁的气体交换，避免了变压器油容易受到外界空气及杂质的影响导致其老化变质的问题，提高了变压器的性能和使用寿命。
经发明人试验和分析，在上述实施例中，充气胶囊120在变形过程中，充气胶囊120内的气体压强与充气胶囊120的半径成反比，充气胶囊120内的气体压强与充气胶囊120的膨胀系数成正比。膨胀系数是表征物体热膨胀性质的物理量，即表征物体受热时其长度、面积、体积增大程度的物理量。
具体的，充气胶囊120的体积满足如下公式：
其中，p(r)为充气胶囊120的半径为r时，内部的气体压强，r为充气胶囊120的半径，α为充气胶囊120的膨胀系数，t为充气胶囊120内的保护气体的温度，
通过上述公式，在充气胶囊120材质确定的情况下（即膨胀系数α和
在上述实施例的基础上，本发明实施例提供的全密封油浸式电力变压器还可以包括防护箱体140，充气胶囊120设置于防护箱体140内，且防护箱体140与外界连通，维持充气胶囊120的气体压强与外界气体压强相当。防护箱体140用于保护充气胶囊120，避免充气胶囊120受到来自外界损伤。当然，为了避免充气胶囊120在膨胀过程中与防护箱体140接触，防护箱体140限制充气胶囊120的体积膨胀导致充气胶囊120内的气体压强大于外界气体压强问题，防护箱体140的体积需要足够大。
防护箱体140设置于密闭油箱上，可以与密闭油箱连接，也可以悬置于密闭油箱上方，本发明实施例在此不做限定。示例性的，在本发明实施例中，以防护箱体140悬置于密闭油箱上方为例，对本发明实施例进行说明。具体的，连接充气胶囊120和空腔113的管路为刚性管道，具有一定的承载能力，防护箱体140固定连接在该刚性管道上，从而使得防护箱体140悬置于密闭油箱上方。
防护箱体140可以是具有密集网状结构的网箱，也可以是具有唯一通气口的密闭的防护箱体，本发明实施例在此不做限定。示例性的，在本发明实施例中，以防护箱体140为具有唯一通气口的密闭的防护箱体为例，对本发明实施例进行说明。
具体的，防护箱体140为具有唯一通气口141的封闭箱体，充气胶囊120设置在防护箱体140内。在上述实施例的基础上，本发明实施例提供的全密封油浸式电力变压器还可以包括吸湿器151，吸湿器151设置于防护箱体140外，通过管路与防护箱体140连通。具体的，防护箱体140的通气口141处连接有接头142。
吸湿器151包括容纳罐和连通管，连通管一端伸入防护箱体140内部，连通管的另一端与容纳罐连通，容纳罐内填充有干燥剂，容纳罐设置于防护箱体140外，吸湿器151用于过滤进入防护箱体140内的气体中的水蒸气。
其中，干燥剂可以是细孔硅胶颗粒。在充气胶囊120的体积因变压器油的体积变化而变化时，防护箱体140内的气体压强会发生变化，进而防护箱体140内的气体与外界空气会通过通气口141进行频繁交换。吸湿器151可以过滤掉进入防护箱体140内的空气中的水蒸气，避免自外界进入水蒸气与充气胶囊120外壁接触导致充气胶囊120寿命降低的问题。
在上述实施例的基础上，本发明实施例提供的全密封油浸式电力变压器还可以包括油气分离器152和储油箱153，油气分离器152的第一气体接口与充气胶囊120连接，油气分离器152的第二气体接口与空腔131连接，储油箱153与油气分离器152的出油接口连接。
在变压器油的体积随着油温升高而膨胀时，空腔113内的保护气体被压入充气胶囊120内，同时温度的升高会加速变压器油的挥发，使得部分油混合进保护气体中。为了避免油混合进保护气体进入充气胶囊120，通过油气分离器152，从油气混合气体中分离出油和保护气体，保护气体被送入充气胶囊120中，分离出的油被储油箱153存储。如此，可以避免油进入充气胶囊120内部造成充气胶囊120腐蚀。
具体的，油气分离器152可以是迷宫式油气分离器，油气分离器152内部沿气体流动方向上设置有若干挡板，保护气体中混入的油雾进入迷宫式油气分离器后，会撞击在挡板上，渐渐汇集成比较重的油滴，在重力作用下油滴沉淀到管壁上并经管路流入储油箱153。需要说明的是，本实施例以迷宫式油气分离器为示例进行说明，在本发明的其他实施例中，也可以是其他形式的油气分离器，例如旋风式油气分离器，本发明实施例对此不作限定。
在上述实施例的基础上，本发明实施例提供的全密封油浸式电力变压器还可以包括泄压阀154、压强传感器和第一控制器，泄压阀154连接在充气胶囊120与空腔113之间的管路上，泄压阀154与第一控制器电连接。
压强传感器用于监测空腔113内的气体压强，并发送给第一控制器。第一控制器用于在确定空腔113内的气体压强大于第一压强阈值（例如允许的最大压强值1.2倍大气压强）时控制泄压阀154开启泄压，直至空腔113内的气体压强小于第一压强阈值的0.9倍（即0.98倍大气压强）时，控制泄压阀154关闭。
在变压器油的体积随着油温升高而膨胀时，空腔113内的保护气体被压入充气胶囊120内，充气胶囊120用于调节空腔113内的气体压强，使其始终与外界气体压强相当。但是，当变压器油的体积随着油温升高而膨胀导致超出充气胶囊120的调节范围时（超过允许的最大压强值），可能导致充气胶囊120和空腔113内压强过大，甚至充气胶囊120过度膨胀而炸裂。泄压阀154用于在空腔113内气压大于第一阈值时开启泄压，避免空腔113内压强过大超出充气胶囊120的调节范围，保证空腔113内的压强稳定性。
示例性的，在上述实施例的基础上，本发明实施例提供的全密封油浸式电力变压器还可以气体压强表155，气体压强表155连接在充气胶囊120与空腔113之间的管路上，用于测量充气胶囊120与空腔113内部的气体压强，便于操作人员实施例了解变压器的工作状态。
本发明实施例提供的全密封油浸式电力变压器还可以包括补气装置，补气装置与空腔113连通。在变压器油的体积随着油温降低而收缩时，充气胶囊120内的保护气体被压入空腔113内，充气胶囊120用于调节空腔113内的气体压强，使其始终与外界气体压强相当。但是，当变压器油的体积随着油温降低而收缩导致超出充气胶囊120的调节范围时，可能导致空腔113内气体压强过小，而导致外界气体进入空腔113内。补气装置用于在空腔113内气压小于第二阈值（例如0.8倍大气压强）时向空腔113内补充保护气体，外界气体进入空腔113污染变压器油的问题。
图2为本发明实施例提供的全密封油浸式电力变压器的侧面视图，如图2所示，在上述实施例中，补气装置可以包括储气罐161和压力控制阀162。压力控制阀162与第一控制器电连接，储气罐161内存储有压缩的保护气体，气体压强大于空腔内的气体压强。压力控制阀162的第一端与空腔113连通，压力控制阀162的第二端与储气罐161连通。储气罐161可以外挂在密闭油箱的侧壁。
压强传感器用于监测空腔113内的气体压强，并发送给第一控制器。第一控制器用于在确定空腔113内的气体压强小于第二压强阈值时，控制压力控制阀162开启，以使储气罐161向空腔113补充保护气体，直至空腔113内的气体压强大于第二压强阈值的1.25倍（即一个大气压强）时，控制压力控制阀162关闭。
示例性的，本发明实施例中，压力控制阀162可以是电磁式压力控制阀，通电时，电磁线圈产生电磁力把关闭件从阀座上提起，阀门打开；断电时，电磁力消失，弹簧把关闭件压在阀座上，阀门关闭。具体的，电磁式压力控制阀可以是分布直动式电磁阀或先导式电磁阀，本发明实施例在此不做限定。
在上述实施例中，补气装置还包括围绕密闭油箱的侧壁设置的至少两圈波纹片163，波纹片163为中空结构，相邻的两个波纹片163通过设置于密闭油箱的侧壁的管道164连通。波纹片163可以通过焊接的方式焊接在密闭油箱的侧壁。
管道164的一端与空腔113连通，管道164的另一端与压力控制阀162的一端连通，压力控制阀162的另一端与储气罐161连通。
一方面，波纹片163具有较大表面积，可以作为散热器件。具体的，电力变压器在工作过程中，铁芯和线圈发热，铁芯和线圈把热量首先传给在其附近的变压器油，使铁芯和线圈的变压器油的温度升高。温度高的油体积增加，比重减小，就向密闭油箱的上部运动。而位于密闭油箱上部的冷油将自然运动补充到热油原来的位置。而热油沿密闭油箱内壁将热量传导至波纹片163，波纹片163具有较大表面积，与空气接触面积大，波纹片163上的热量被周围的空气带走。热油温度降低后又回到密闭油箱下部，如此循环，实现散热。
另一方面，波纹片163具有的呼吸功能，能够补偿因温度变化而引起变压器油的体积变化，进一步提高密闭油箱内气体压强的稳定性。同时，由于波纹片163能够补偿因温度变化而引起变压器油的体积变化，因此，密闭油箱液面l的变化较小，进而无需在变压器上设置油枕来补充密闭油箱内的变压器油，降低了成本。
另外，波纹片163设置为中空结构，且通过管道164与空腔113连通，能够对空腔113内的压强变化起到缓冲作用，避免空腔113内的压强变化过快，使其缓慢变化，维持空腔113内压强的稳定性。
如图1和图2所示，在上述实施例的基础上，本发明实施例提供的全密封油浸式电力变压器还包括油泵171、电机172、散热管173、散热风扇174、温度传感器和第二。电机172、散热风扇174和温度传感器分别与第二控制器电连接，电机172用于驱动油泵171。该实施例中，全密封油浸式电力变压器采用强迫油循环风冷却方式为变压器油降温。
具体的，油泵171的进油口通过抽油管与密闭油箱连通，散热管173的一端与油泵171的出油口连接，散热管173的另一端通过回油管与密闭油箱连通。散热风扇174与散热管173正对设置，用于向散热管173吹风，加快散热管173表面的空气流通速度，提高散热效率。
温度传感器用于采集变压器油的上层的油温，并发送给第二控制器，第二控制器用于在确定采集的温度大于温度阈值（例如80℃）时，控制电机172和散热风扇173启动。电机172用于驱动油泵171工作，从密闭油箱中泵出温度较高的变压器油，高温的变压器油在经过散热管173时，热量传导到散热管173，并被空气带走，变压器油温度降低，并回流至密闭油箱中。当温度传感器采集的温度小于温度阈值的0.9倍（即72℃）时，第二控制器控制电机172和散热风扇173停止运行。
示例性的，散热管173可以是蛇形弯曲的扁平铜管，或蛇形弯曲的铜管，且铜管表面设置有散热翅片，增大散热管173的散热面积，提高散热效率。
需要说明的是，上述实施例中，以强迫油循环风冷却方式为变压器油降温为例对本发明实施例进行说明，在本发明其他实施例中，也可以采用强迫油循环水冷却方式为变压器油降温，通过外部水冷循环系统提供冷水，与散热管进行热交换，带走散热管上的热量，进而为变压器油降温。具体的，本发明实施例在此不做赘述，本发明实施例对变压器油的降温方式不做限定。
如图1和图2所示，在上述实施例的基础上，本发明实施例提供的全密封油浸式电力变压器还包括两个过滤器175，分别设置在连接油泵171的进油口的抽油管的末端，以及设置在连接散热管173的回油管的末端，在变压器油的循环过程中，过滤掉变压器油中的杂质，避免造成管道堵塞，同时提高变压器油的性能。
如图1和图2所示，在上述实施例的基础上，本发明实施例提供的全密封油浸式电力变压器还包括防护网箱180，油泵171、电机172、散热管173和散热风扇174设置于防护网箱180内。防护网箱180用于保护内部的油泵171、电机172、散热管173和散热风扇174，避免油泵171、电机172、散热管173和散热风扇174受到外部的损伤。
于本文的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“左”“右”、等方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述和简化操作，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
在本说明书的描述中，参考术语“一实施例”、“示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
以上结合具体实施例描述了本发明的技术原理。这些描述只是为了解释本发明的原理，而不能以任何方式解释为对本发明保护范围的限制。基于此处的解释，本领域的技术人员不需要付出创造性的劳动即可联想到本发明的其它具体实施方式，这些方式都将落入本发明的保护范围之内。
- 还没有人留言评论。精彩留言会获得点赞！