变压器冷却系统的制作方法

1.本公开的实施例涉及用于冷却电力设备，尤其是电力变压器的系统。具体而言，本公开的实施例涉及用于冷却干式变压器的系统，特别是在壳体内部利用强制空气冷却的非通风壳体中的干式变压器。


背景技术：

2.已经提出了各种技术来改善干式变压器的冷却。这些技术包括芯内的冷却空气管道以改善散热。通常，通过风扇在变压器壳体的下部部分产生过压，而通过从上部部分抽取空气而在壳体的上部产生低压。以这种方式，产生了从变压器底部向上流动，即从壳体的入口到出口流动的空气流，然后通过栅进入壳体外部的环境。然而，已经发现，大量的空气没有如期望的那样流动通过绕组内的冷却管道，而是围绕线圈的外部流动。一个原因是绕组内的冷却通道的横截面积通常比壳体壁和线圈之间的横截面积小得多。
3.在现有技术中，这个问题通过将空气导向板定位紧靠线圈的附近以将线圈外部区域的流动阻力提高到大于冷却通道的流动阻力来解决。然而，为了足够有效，空气导向板必须单独适应线圈的轮廓，这涉及相当大量的工作。此外，由于空气导向板也产生相当大的额外的流动湍流，因此通风系统以较低的整体效率运行。
4.示例性参照图1，描述了一种已知的变压器冷却系统100’。变压器冷却系统100’包括干式变压器1，该干式变压器具有芯10，芯10具有支腿11以及围绕支腿11设置的绕组本体12。
5.另外，如图2a和图2b中示例性示出，干式变压器1包括在绕组本体12的纵向轴线 14的方向上延伸的冷却通道13。冷却通道13设置在绕组本体12的内部部分121和绕组本体12的外部部分122之间。通常，绕组本体12的内部部分121是低压(lv)绕组，并且绕组本体12的外部部分122是高压(hv)绕组。此外，冷却通道13具有设置在冷却通道13的第一端部处的冷却通道入口131以及设置在冷却通道13的第二端部处的冷却通道出口132。例如，如图2b所示，冷却通道13通常(但不是必须)具有基本环形或环状的横截面。例如，如图2a所示，通常，冷却通道13具有内部冷却通道直径d1和外部冷却通道直径d2，空气流133通过由内部和外部直径所限定的空间。
6.应当理解，包括冷却通道的变压器可以包括一个或多个冷却通道。通常，低压(lv) 绕组和高压(hv)绕组之间的通道称为冷却通道。然而，冷却通道也可以指设置在绕组本体中的其他通道，例如在高压(hv)绕组和/或低压(lv)绕组内的通道。
7.此外，如图1中示例性示出的，变压器冷却系统100’包括用于干式变压器1的壳体 20，壳体20包括输入部22和输出部24。通常，变压器冷却系统100’包括用于在冷却通道13中产生冷却流的装置3。装置3是设置在干式变压器1下方的位于用于从壳体20 外部收集空气的空间30中的通风装置，例如热交换器。为了将空气流提供到冷却通道13 中，通风装置3被定位在壳体20的输入部22中绕组本体12正下方。
8.通风装置3在壳体20的输入部22中产生过压。以这种方式，空气流从输入部22朝输
出部24行进并通过栅2离开壳体20进入环境。为了通过防止空气流流出冷却通道13 而进一步提高冷却效果，导向板44通常靠近绕组本体14设置于输入部22处。
9.然而，为了确保变压器的冷却通道13中的足够的空气流，需要大过压来克服壳体20 中的阻力。这需要风扇通风装置3的大操作力和更高的功率。高功率的通风装置导致大尺寸并增加了安装的空间要求。
10.因此，鉴于上述情况，存在克服了现有技术中的至少一些问题的改进的变压器冷却系统的需求。


技术实现要素：

11.鉴于上述情况，提供了根据独立权利要求的变压器冷却系统和变压器设备。从从属权利要求、说明书和附图中，使其他方面、优点和特征显而易见。
12.根据本公开的一个方面，提供了一种变压器冷却系统。变压器冷却系统包括干式变压器。干式变压器包括具有支腿的芯。此外，干式变压器包括围绕支腿设置的绕组本体。设置了在绕组本体的纵向轴线的方向上延伸的冷却通道。冷却通道设置在绕组本体的内部部分和绕组本体的外部部分之间。此外，变压器冷却系统包括用于容纳干式变压器的壳体。壳体包括用于从壳体外部接收空气的输入部以及用于将空气排出壳体外部的输出部。此外，变压器冷却系统包括流产生装置，其设置在输出部处并且适用于产生负压以用于将空气从输入部吸向流产生装置并通过输出部将空气排出至壳体外部。
13.因此，与传统的变压器冷却系统相比，本公开的变压器冷却系统特别是在冷却效率方面得到了改进。特别地，通过提供在输出部处产生负压的流产生装置，空气以更低作用力流动通过壳体，可以省去昂贵的出口栅，并且由于用于在壳体的入口处产生过压的大装置(通风装置)可以被用于在壳体的出口处产生负压的更紧凑装置代替，因此可以减少变压器系统的总体积。因此，本文所述的变压器冷却系统有利地提供了不太复杂的设计，从而降低了成本。
14.根据本公开的另一方面，提供了一种变压器设备。变压器设备包括第一干式变压器和第二干式变压器，第一干式变压器和第二干式变压器中的每个均与上述干式变压器一致。另外，变压器设备包括用于容纳第一干式变压器的第一壳体以及用于容纳第二干式变压器的第二壳体，第一壳体与第二壳体分离。
15.因此，与传统的变压器设备相比，本公开的变压器设备尤其是在装置尺寸和冷却效率方面得到了改进。
附图说明
16.以能够详细理解本公开的上述特征的方式，可以参考实施例对上面简要概括的发明内容进行更具体描述。附图涉及本公开的实施例并在下文描述：
17.图1示出了根据现有技术的实施例的变压器冷却系统的示意图；
18.图2a示出了干式变压器的示意性截面图；
19.图2b示出了图2a的干式变压器的示意性俯视图；
20.图3示出了根据本文描述的实施例的变压器冷却系统的示意图；
21.图4示出了根据本文描述的另一实施例的变压器冷却系统的示意图；
22.图5a和图5b示出了根据本文描述的又一实施例的变压器冷却系统的示意图；
23.图6示出了根据本文描述的又一实施例的用于三相干式变压器的变压器冷却系统的示意图；以及
24.图7a和图7b示出了根据本文描述的实施例的变压器设备。
具体实施方式
25.现在将详细参考各个实施例，每个图中示出了各个实施例中的一个或多个示例。每个示例都是以解释的方式提供并不意味着限制。例如，作为一个实施例的一部分示出或描述的特征可以用于任何其他实施例或与任何其他实施例结合使用以产生又一实施例。本公开旨在包括这样的修改和变型。
26.在附图的以下描述中，相同的附图标记表示相同或相似的部件。通常，仅描述了关于各个实施例的差异。除非另有说明，对一个实施例中的一部分或一方面的描述也可以适用于另一个实施例中的对应部分或方面。
27.示例性地参考图3，根据其中描述的一些实施例，变压器冷却系统100包括干式变压器1，该干式变压器1具有芯10，该芯具有支腿11以及围绕支腿11设置的绕组本体12。冷却通道13(图3中未示出，但类似于图2a和2b中的冷却通道)在绕组本体12的纵向轴线14的方向上延伸。特别地，冷却通道13设置在绕组本体12的内部部分121和绕组本体12的外部部分122之间。系统100还包括用于容纳干式变压器1的壳体20，壳体 20具有用于接收来自壳体20外部空气的输入部22以及用于将空气排出至壳体20外部的输出部24。如图所示，输入部22联接到从系统100外部收集空气的空间30。输入部22 和输出部24设置在变压器壳体20的相反两侧，相反两侧在支腿11的纵向方向上彼此间隔开。
28.变压器冷却系统100还包括流产生装置4，其设置在输出部24处并适用于产生负压以用于将空气从输入部22吸向流产生装置4并将空气通过输出部24排出至壳体20外部。特别地，流产生装置4被设置用于在输出部24的上游侧产生负压。更具体地，流产生装置4正好设置在输出部24的上游。
29.通过将流产生装置4定位在壳体20的输出部24处，可产生负压，该负压使空气流从壳体20的输入部22流至输出部24。注意到，为了实现相同的冷却效率，与在输入部 22处产生过压相比，在输出部24处产生负压需要更少的作用并且于是需要更少功耗。因此，根据该实施例的系统构造减少了用于冷却整个系统的总功耗。此外，由于可以省去昂贵的出口栅，因此这种构造降低了总生产成本。
30.根据可以与本文所述的其他实施例相结合的一些实施例，流产生装置4包括设置在输出部24处的第一流产生单元41以使空气流从壳体20的输入部22通过干式变压器1 的冷却通道13流到输出部24。第一流产生单元41可以是在以抽吸模式进行操作期间工作的主动流产生单元，特别是空气泵。
31.以这种方式，在壳体20的出口处的简单且紧凑的空气泵可以代替在壳体20的入口处的庞大通风装置，从而减少冷却变压器系统100的总体积。
32.参照图3，根据可以与本文所述的其他实施例相结合的一些实施例，变压器冷却系统 100还包括导向板44，导向板44设置在与绕组本体12的邻近(close proximity)处，以用于将来自输入部22的空气沿着冷却通道13朝干式变压器1的输出部24导向。以这种方式，通
过冷却通道13的流动阻力变得小于绕组本体12的线圈周围的流动阻力。注意到，导向板44可以如现有技术那样定位在输入部22处。可替代地或附加地，导向板44 可以靠近绕组本体12的相反端部定位于在输出部24处，以便更有效地吸出来自干式变压器12的冷却通道13空气流。
33.根据可以与本文所述的其他实施例相结合的一些实施例，冷却通道13被设置用于将来自输入部22的空气导向为纵向通过绕组本体12。特别地，空气被沿着绕组本体12的纵向轴线14导向。
34.示例地参照图4，根据可以与本文所述的其他实施例相结合的一些实施例，流产生装置4包括第二流产生单元42以在干式变压器1的冷却通道13中产生另一负压。特别地，第二流产生单元42在空气流的方向上设置在第一流产生单元41的上游。
35.注意到，第一和第二流产生单元41、42的组合确定了输出部24处的负压，该负压能够以更效率的方式使空气流从输入部通过冷却通道13流至输出部。通过这种构造，冷却过程也可以有效地进行，而不需要导向板44以及位于绕组本体12附近的对应支撑元件和连接件，从而减少由这些元件确定的任何可能的流动湍流。
36.根据可以与本文所述的其他实施例相结合的一些实施例，第二流产生单元42是位于干式变压器1的绕组本体12的一端处并通过至少一个输出管43连接到第一流产生单元 41的压力室。特别地，空气通过管43被直接吸入空气泵41并且然后被直接吹入环境中。以这种方式，以更小的作用力使空气流动通过冷却通道13。
37.图5a和图5b分别示出了根据图3和图4的实施例的两个变压器冷却系统。特别地，图5a的系统包括由空气泵限定的第一流产生单元41，并且图5b的系统包括由连接到第一流产生单元41的压力室42所限定的第二流产生单元42，两个流产生单元41、42都设置在壳体20的输出部24中。第二流产生单元42通过输出管43连接到第一流产生单元 41以有利于壳体20中的更高效负压。
38.具体地，干式变压器1包括在其两个分支上被中空圆柱形绕组元件12包围的双分支变压器芯101。关于图5a，干式变压器1的绕组本体12包括两个绕组本体部段123，这两个绕组本体部段123沿支腿1 1的纵向方向间隔地设置，其中，部段冷却通道设置在它们之间。关于图5a，每个绕组本体12包括位于一个端部(面向输出部24的)处的压力室42(或第二流产生单元)，每个压力室均具有连接到空气泵41的输出管43。
39.如图6所示，根据可以与本文所述的其他实施例相结合的一些实施例，干式变压器1 可以是三相变压器，其包括三个支腿11a、11b、11c和三个绕组12a、12b、12c。特别地，三个支腿11a、11b、11c和三个绕组12a、12b、12c可以如对于图2a和图2b所示的干式变压器所解释的那样进行构造。注意到，图6示出了一种构造，其中，流产生装置4包括作为第一发生单元41的空气泵。然而，其他构造也是可能的。例如，如本文所述，流产生装置4还可以包括作为联接到空气泵41的第二流产生单元42的压力室。特别地，流产生装置4可以包括三个压力室42a、42b、42c，其各自分别定位于三个绕组12a、12b、 12c的一个端部(图中未示出)处。
40.根据可以与本文所述的其他实施例相结合的一些实施例，干式变压器1可以是适用于向电机馈送电流的牵引变压器。
41.另外，如图7a和7b中示例性示出的，变压器设备200包括用于第一干式变压器1a 的第一壳体51和用于第二干式变压器1b的第二壳体52。第一和第二干式变压器1a、1b 两者
都可以是如本文所述的干式变压器。两个壳体51、52彼此间隔。此外，变压器设备200包括与第一壳体51和第二壳体52流体连通的输出室80。特别地，输出室80适用于接收来自第一壳体51和第二壳体52的空气流。注意到，变压器设备200可以包括彼此间隔开的多于两个壳体，每个壳体均包括对应的干式变压器。
42.参考图7a，第一流产生装置4a设置在第一壳体51中，以用于在第一干式变压器1a的冷却通道13中提供冷却流。第一流产生装置4a包括第一空气泵41a并且尤其经由管道45连接到输出室80。特别地，第一流产生装置4a可以是如本文例如参照图3至图5b所述的任何流产生装置。特别地，第一流产生装置4a可以包括第一流产生单元41和/或第二流产生单元42，如本文所述。
43.此外，第二流产生装置4b设置在第二壳体52中以用于在第二干式变压器1b的冷却通道13中提供冷却流。第二流产生装置4b包括第二空气泵41b并且尤其经由管道45连接到输出室80。特别地，第二流产生装置4b可以是如本文例如参照图3至图6所述的任何流产生装置。特别地，第二流产生装置4b可以包括第一流产生单元41和/或第二流产生单元42，如本文所述。
44.图7a示出了用于第一和第二干式变压器1a、1b两者的第一和第二空气泵(第一发生单元)41a、41b。空气流被空气泵41a和41b分别从第一干式变压器1a和第二干式变压器1b的冷却通道13中吸入。然后，泵送的空气被导向通过输出室80中的管道45并且然后被导向到设备200的外部。
45.参考图7b，流产生装置4包括空气泵形式的单个共用第一流产生单元41以及压力室形式的两个第二流产生单元42a、42b，该两个第二流产生单元分别位于第一干式变压器1a和第二干式变压器1b中的每个的绕组本体12的一个端部处。共用的第一流产生单元41位于输出室80内部并通过输出管43连接到两个压力室42a、42b。空气流由与第一压力室42a和第二压力室42b连接的空气泵41分别从第一干式变压器1a和第二干式变压器1b的冷却通道13中吸入。泵送的空气然后被导入输出室80中并且然后导向到设备200外部。
46.鉴于以上所述，应当理解，本公开的实施例具有以下优点中的一个或多个。与现有技术相比，系统的总体积可以显著减小。事实上，用于在壳体的输出部产生负压的空气泵比用于在壳体的输入部处产生过压所需的通风装置设备更紧凑。此外，通过使用空气泵代替通风装置设备，功耗大大降低，而冷却效率相同。此外，与现有技术相比，可以取消空气导向板(包括支撑结构、连接件、切口)。事实上，通过在输出部组合两个流产生单元，例如通过输出管彼此连接的空气泵和压力室，冷却的空气可以被直接导向为从冷却通道直接流到壳体的外部。此外，由于空气泵直接位于壳体的输出部处，因此可以取消昂贵的出口栅结构。这大大降低了生产成本。安装具有共用元件的变压器，例如共用输出室或共用流产生单元，进一步减小了变压器系统的尺寸。
47.虽然前述针对实施例，但是在不脱离基本范围的情况下，可以设计其他和进一步的实施例，并且该范围由所附权利要求确定。
48.附图标记列表
49.1干式变压器
50.1a、1b第一和第二干式变压器
51.2栅
52.3通风装置
53.4流产生装置
54.4a、4b第一和第二流产生装置
55.10芯
56.11支腿
57.11a、11b、11c三相变压器的支腿
58.12绕组本体
59.12a、12b、12c三相变压器的绕组
60.13冷却通道
61.14纵向轴线
62.20壳体
63.22输入部
64.24输出部
65.30空间
66.41第一流产生单元
67.42第二流产生单元
68.43输出管
69.44导向板
70.45管道
71.51第一壳体
72.52第二壳体
73.80输出室
74.100100’变压器冷却系统
75.101两个分支芯
76.121绕组本体的内部部分
77.122绕组本体的外部部分
78.123绕组本体部段
79.131冷却通道入口
80.132冷却通道出口
81.133冷却通道中的空气流
82.200变压器设备
83.d1内部冷却通道直径
84.d2外部冷却通道直径。