用于电力变压器的减压系统的制作方法
【专利摘要】一种用于电力变压器的减压系统，包含释压组件，该释压组件被配置成与该电力变压器的腔室流体连通。该释压组件包含破裂针阀。该系统可以包含具有鼓风室的排出组件。该破裂针阀包含针，该针被配置成响应于施加到该破裂针阀表面的预定的压力地弯曲。
【专利说明】用于电力变压器的减压系统
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请要求于2011年10月11日提交的系列号为61/545，756、标题为“用于变压器的减压系统”的美国临时专利申请的权益。
【背景技术】
[0003]电力变压器通常会被认为是电网的组成部分，用于或者“升高”或者“降低”交流电的电压以在该电网中允许更有效的电力传输。变压器通过安放在其内部的电感耦合的两个导体来改变流过变压器的交流电的电压。具体而言，两个导体都包含线圈，各线圈分别绕芯(例如，具有高磁导率的硅芯)缠绕，其中，每个线圈包含特定的圈数或卷数，且流过该两个电感耦合的导体的电流的电压变化量与每个导体的线圈的圈数比成比例。
[0004]由于会有大量的电流流过该变压器的两个导体，所以每个导体线圈被安放在密封的腔室内，该密封的腔室包含冷却剂以防止该变压器的关键组成部分，诸如覆盖在每个导体各自分开的线卷上的绝缘物，发生损坏。例如，变压器通常会在该密封的腔室内包含有诸如矿物油的油，用来使电感耦合的导体冷却。在此配置中，油可以从该腔室开始流过热交换器地进行循环以被冷却，从而该油可以再次循环回到该密封的腔室内以进一步冷却该导体。因为用于冷却该导体的油通常是可燃的，所以该密封腔室内的点火源(即，火花)会点燃该油，使得该油迅速升温并在汽化时扩张体积，从而迅速增大该腔室内的流体压力。鉴于此原因，一些变压器包含卸压阀(PRV)，该卸压阀连结至该腔室并被配置成在该腔室压力超高的情形下打开从而通过将流体从该腔室释放至，例如，周围的环境，来减小该密封腔室内的流体压力。例如，PRV通常会包含弹簧，该弹簧的刚度对应于会使该PRV驱动的绝对压力的数额。但是，在压力超高情形(即，火花和随后的点燃)在该PRV完全驱动之间会有一段时间，有时把这段时间称为PRV的“反应时间”。其他变压器系统包含连结至该变压器的减压流体回路，该减压流体回路包含爆破盘，该爆破盘被构造成在暴露于预定的压差下横穿该盘的上游和下游面发生爆破或破裂。使用PRV和/或爆破盘的传统电力变压器系统会有长达一秒的反应时间。由此，PRV/爆破盘的反应时间会使得该密封腔室内的流体压力迅速增大到足以危及该腔室物理完整性的程度，这会使得该密封腔室发生爆炸。进一步地，在变压器使用爆破盘的情况下，包含该爆破盘的减压系统必须要拆解以在该变压器再次运行之前安装新的、未破裂的爆破盘。用于替换损坏了的爆破盘的拆解和重新组装此系统的过程会是昂贵且费时的。
[0005]由此，需要一种减压系统，该减压系统用于降低在电力变压器的充满流体的密封腔室内的流体压力。如果该机构具有在该密封腔室压力超高情形下会降低腔室爆炸风险的相对迅捷的反应时间，那么将特别受到欢迎。
【发明内容】
[0006]用于电力变压器的减压系统的实施例包含释压组件，该释压组件被配置成与电力变压器的腔室流体连通，其中，该释压组件包含破裂针阀。在一些实施例中，该减压系统还包含排出组件，该排出组件连结至该释压组件并与该腔室选择性地流体连通。该排出组件会包含鼓风室。在一些实施例中，该鼓风室被配置成减少该减压系统内的流量限制。该鼓风室可以被水平安放且经由延长管道贴近地连结至该破裂针阀。在一些实施例中，该破裂针阀包含针，该针被配置成响应于施加到该破裂针阀表面的预定的压力地弯曲。该减压系统还可以包含连结至该破裂针阀的近程传感器，其中该近程传感器被配置成响应于该针弯曲地发射信号。
[0007]用于电力变压器的减压系统的实施例包含释压机构和排出组件，该释压机构用于提供与电力变压器的密封腔室的选择性的流体连通，该排出组件连结至该释压机构，其中，该排出组件包含鼓风室，该鼓风室安放得贴近于该释压机构，且其中该鼓风室被配置成在该减压系统内减少流量限制。该释压机构可以包含释压阀。在一些实施例中，该鼓风室被配置成为所接收到的流体的径向扩张而提供。该排出组件可以包含排出管。在一些实施例中，该排出管被配置成增加电力变压器和在管开口端喷出至大气的流体之间的距离。在一些实施例中，止回阀连结至该减压系统的排出管。该鼓风室可以从该释压机构起水平延伸。
[0008]一种使电力变压器的腔室减压的方法包含，利用来自电力变压器腔室的流体向破裂针阀的表面施加压力，及响应于该破裂针阀表面的加压驱动该破裂针阀。驱动该破裂针阀可以包含响应于对该破裂针阀表面的加压使该破裂针阀的针弯曲。该针的弯曲会发生在预定的压力下。在一些实施例中，该方法可以包含用未弯曲的针替换破裂针阀的弯曲的针。在一些实施例中，该方法可以包含响应于该破裂针阀驱动从连结至该破裂针阀的近程传感器发射信号。在一些实施例中，该方法可以包含经由已驱动的破裂针阀从该变压器腔室向鼓风室引导流体，其中该鼓风室贴近于该破裂针阀，并使该流体在该鼓风室内扩张。
【专利附图】
【附图说明】
[0009]为了对典型的实施例进行更详细的描述，现在参照附图:
[0010]图1A到IC是依照本文示教的电力变压器组件的示意表示图；
[0011]图2A是依照本文示教的减压系统的透视图；
[0012]图2B是图2A的减压系统的侧视图；
[0013]图3是依照本文示教的释压组件的示意表示图；
[0014]图4是依照本文示教的刀阀的示意表示图；
[0015]图5A和5B是依照本文示教的破裂针阀的截面图；
[0016]图6是依照本文示教的排出组件的示意表示图；
[0017]图7A是依照本文示教的鼓风室的透视图；
[0018]图7B是图7A的鼓风室的侧视图；及
[0019]图8是依照本文示教的排出组件的另一实施例；
[0020]图9是依照本文示教的减压系统的另一实施例；及
[0021]图10是依照本文示教的减压系统的另一实施例。
【具体实施方式】
[0022]在以下附图和说明中，类似的部件在整个说明书部分和附图中都会用同样的数字标记进行特定地标明。附图中的图形并非按比例绘制。本发明的某些特征在尺寸上或在有些示意性的形式中会过于强调地示出，及常规零件的一些细节部分会为了清晰和简洁而不被示出。本公开可以容许不同形式的实施例。特定实施例被详细描述并在图中被示出，用于理解本公开可以被看作是本公开的原理的例证，而不意欲将本公开限制在本文所绘示和说明的内容中。应该充分认识到，以下讨论的实施例的不同示教内容可以分开应用或进行任何适合的组合应用来产生期望的效果。
[0023]除非另有具体说明，否则在以下说明和权利要求中，术语“包含”和“包括”用在开放的方式中，且由此其意思应该被解释成“包含，但是不限于……”。对任何“连接”、“接合”、“连结”、“附着”或任何其他说明零件间相互作用的术语的任何使用都不意味着将零件间的相互作用限制为直接的相互作用，而是也包含了被说明的零件间可能是间接的相互作用的情况。术语“流体”可以指流体或气体，但不唯一性地相关于诸如碳氢化合物的任何特定类型的流体。术语“管”、“管道”、“管线”等指的是任何的流体传送手段。对于本领域的技术人员而言，一旦参照附图阅读了下文对于实施例的详细说明，上述的多种特性，与下文将详细说明的其他特征和特性一样，都会立即变得显而易见。
[0024]本文要进行说明的实施例包含了一种被配置成与电力变压器一同使用的减压系统。本文中呈现的是组成部分和原理的多种组合，这些组合提供了在电力变压器充满流体的腔室内迅速降低流体压力以便减少该腔室发生压力超高的风险的能力。具体而言，该减压系统的实施例包含破裂针阀，该破裂针阀被配置成在预定的流体压力下开启。更具体地说，减压系统的实施例包含破裂针阀和鼓风室，其中该鼓风室被配置成在腔室压力超高的情形下，允许从该密封的腔室中脱离出来的流体迅速膨胀。
[0025]首先参见图1A到1C，示出的是电力变压器系统10，电力变压器系统10包含外壳12，外壳12内安放有电力变压器20，电力变压器20具有连结至其的减压系统(DS)的实施例100。变压器20包含 密封的腔室22、电缆24和DS100。密封腔室22包含安放在冷却剂内的磁芯和电导体。在变压器20的实施例中，包含在腔室22内的冷却剂是矿物油。但是，在其他实施例中，腔室22可以包含其他形式的冷却剂。
[0026]在操作过程中，大量交流电流过电缆24到达安放在腔室22内的导体，产生并将热量传递至安放在腔室22内的冷却剂。密封腔室22还包含人孔26，检查孔26包含开口，该开口被配置成在腔室22和DS100之间提供流体连通。由此，包含在腔室22内的流体压力可以经由人孔26连通至DS100。在变压器20的操作过程中，诸如火花的点火源，会在腔室22内发生，这会导致腔室22内的至少部分冷却剂燃烧，迅速提高腔室22内的流体压力并连通至DS100。
[0027]现在参见图2A和2B，在此实施例中，DS100包含连结至排出组件300的释压组件200，如下文中将非常详细地进行说明的。释压组件200 —般会包含T型上升装置210、刀阀230和破裂针阀250。释压组件200被配置成在排出组件300和变压器20的密封腔室22之间提供选择性的流体连通。具体而言，释压组件200被配置成在腔室22内发生流体增压，诸如由于安放在腔室22内的冷却剂发生燃烧导致的流体增压的情形下，在腔室22和排出组件300之间提供流体连通。排出组件300 —般会包含延长管道310、鼓风室330和流体排出管360。排出组件300被配置成在密封的腔室22内发生流体增压的情形下，迅速降低从释压组件200离开的流体的压力。
[0028]现在参见图3，释压组件200的T型上升装置210具有第一端211、第二端215和第三端219。凸缘被安放在第一端211处，且被配置成经由螺栓213连结至密封腔室22的人孔26(图2A和2B)。T型上升装置210还在第二端215处包含开口 218。在组件200的实施例中，挡板217在端215处连结至凸缘，防止T型上升装置210和周围环境间的流体连通。但是，在其他实施例中，PRV或其他装置也可以连结至该凸缘，并由此与T型上升装置210流体连通。另一开口 220被安放在第三端219处，在T型上升装置210和刀阀230之间提供流体连通，刀阀230在安放在第三端219处的凸缘处连结至T型上升装置210。同样附着至阀230的是破裂针阀250，破裂针阀250经由安放在破裂针阀250第一端251处的凸缘连结至阀230。阀250还在第一端251处包含第一开口 252及在第二端253处包含第二开口 254。开口 254经由安放在第二端253处的凸缘在破裂针阀250和延长段310之间提供流体连通。
[0029]现在参见图4，刀阀230包含中央镗孔232和闸234，中央镗孔232和闸234在T型上升装置210和破裂针阀250 (图3)之间提供选择性的流体连通。具体而言，闸234可以通过手柄236的转动而驱动，从而使刀阀230在开启位置(如图4所示)和关闭位置之间转换，其中闸234座落在阀座238的对侧，产生横跨阀230的流体流量至少有大部分会被限制的流体密封。在变压器系统10 (图1A到1C)正常操作的情况下，刀阀230处于开放位置。但是，随着变压器20的腔室22内的流体增压和破裂针阀250的驱动(即，腔室22内的流体压力现在已经成功降低)，刀阀230会关闭以使腔室22与周围的环境流体隔绝，而破裂针阀250会重置成关闭位置。
[0030]现在参见图5A和5B，图5A绘示了破裂针阀250在驱动前处于的关闭位置，而图5B绘示了破裂针阀250随着变压器20 (图1A到1C)的腔室22内的流体增压引起的驱动而处于的开放位置。
[0031]破裂针阀250包含开口 252、254和中央腔室256，中央腔室256与开口 254流体连通及与开口 252选择性的流体连通。阀250还包含密封组件260，密封组件260具有中央轴线260a且用于在阀250处于关闭位置时在开口 252和254之间提供流体密封，如图5A所示。密封组件260包含杆261、下凸缘263、上凸缘267和针270，杆261具有第一端261a和第二端261b，下凸缘263具有安放在杆261第一端261a处的下表面263a，上凸缘267被安放在沿着杆261轴向长度的某个点上，针270被安放在杆261的第二端261b处。下凸缘263被配置成与从第一端251起向上延伸的气缸265物理接合。绕下凸缘263外表面安放的密封件264，与气缸265的内表面密封接合，以在破裂针阀250处于关闭位置时，使腔室256与开口 252流体隔绝。
[0032]上凸缘267被配置成与从下板272起向下延伸的气缸269物理接合。绕上凸缘267外表面安放的密封件268，与汽缸269的内表面密封接合，以使腔室256与周围的环境流体隔绝。针270具有第一端270a和第二端270b，第一端270a在杆261的第二端261b处连结至杆261，第二端270b连结至上板273。上板273经由多个螺栓274刚性连结至下板272，由此防止或至少大部分地限制板272和273之间的相对轴向运动(即，相关于轴线260a的相对运动)。
[0033]由此，如所配置的，密封组件260被配置成沿着轴线260a平移。但是，由组件260引起的此轴向运动会被针270强行限制。例如，在开口 252内的流体压力经由下凸缘263的下表面263a向组件260传递轴向力。由于针270被上板273刚性支承，针270会向组件260施加相反方向上的对应的轴向力。由于施加至下表面263a的压力和上板273的刚性支承的原因，相等且相反的轴向压力会施加在针270的下端270a和上端270b上，这决定了针270会受到弯曲力。
[0034]针270被配置成抵抗其在每端受到的此弯曲力，直到某预定的点，该预定的点对应于开口 252内的预定的流体压力。一旦到达此预定的流体压力，该施加到针270的弯曲力到达临界水平，此时针270接着弯曲，使得密封组件260向上朝着上板273发生轴向运动(如图5B所示)。一旦针270弯曲及密封组件260发生轴向移位后，就会在开口 252、腔室256和开口 254之间建立流体流径278。
[0035]在破裂针阀250的实施例中，阀250包含邻近针270安放的运动或近程传感器275。传感器275被安放成探测针270的动作，并由此可以在破裂针阀250被开口 252内的流体压力驱动时探测到针270的弯曲。传感器275连结至警报系统276，警报系统276会被来自传感器275的信号的传递所驱动。警报系统276会自动地电气关闭变压器20 (图1A到1C)并警告操作者或负责变压器系统10的其他工作人员破裂针阀250已驱动并由此已发生变压器20的腔室22的流体增压。在此情形下，操作者于是可以通过手动关闭刀阀230来使腔室22与周围的环境密封隔开。之后，新的、未损坏的针270会被安装入破裂针阀250，使得操作者可以再次开启刀阀230并使变压器20回复运作。在此方式中，减压系统100可以被带回到运作中，而无需拆解其任何组成部分(例如，使组件300与组件200脱开，等)。适用于泄压组件200的破裂针阀包含那些从佛罗里达坦帕市弯曲针技术得到的产品。
[0036]在腔室22的流体发生增压和经由针270弯曲使得破裂针阀250发生开启之间存在一段时间，如前文所述，称为反应时间。但是，在破裂针阀250的实施例中，与PRVS或爆破盘的反应时间长达一秒相对，阀250的反应时间在I到3毫秒(ms)之间。由此，阀250可以比传统的PRV系统使得腔室22内的流体压力更迅速地降低。在腔室22内由于流体点燃引起快速流体增压的情形下，破裂针阀250相对更快速的反应速度会减少流体发生压力超高的可能性。
[0037]现在参见图6，排出组件300的延伸段310被配置成在破裂针阀250和鼓风室330之间提供轴向距离，且延伸段310具有第一端311，第一端311连结至破裂针阀250的第二端253并使延伸段310与阀250的开口 254流体连通。延伸段310的第二端312在腔室330的第一端331处连结至鼓风室330。
[0038]现在参见图6、7八和78，鼓风室330具有第一端331和第二端332，且被配置成提供或使得进入延伸段310的流体发生径向扩张，以便降低腔室330内的流体压力的数额。经由径向扩张发生的腔室330内的流体压力降低使得流出变压器20的腔室22的流量受到的限制更少，这会使得流体从腔室22更迅速地向外排出。鼓风室330包含入口段333、主腔室334、出口段335和过渡段336。入口 333具有内径333a，而主腔室334具有内径334a。主腔室334的直径334a比入口 333的直径333a要大很多，这使得流体在从入口 333流过过渡段336进入主腔室334时沿着流径337发生扩张。为了减少系统100内的任何限制，鼓风室330的位置接近于或贴近于释压组件200。延伸管道310被配置成正好足够长能允许鼓风室330的具有较大直径的主腔室334的余隙，由此使从变压器20的腔室22至鼓风室330的流体流径的长度最短。鼓风室330和延伸管道310可以水平安放，或者大致垂直于针阀250轴线260a地安放。[0039]排出管360具有第一端361和第二端362，且被配置成在变压器20的腔室22的流体发生增压时，增加变压器20和任何喷出至大气的流体之间的距离。鼓风室330在腔室330的第二端332连结至管360的第一端361。管360被配置成经由开口 363将流体从变压器20的腔室22发出至周围的环境，开口 363在距离变压器20相对安全距离处的第二端362处，以便在流体一旦离开至背景环境后，将流体发生点燃或其他引致进一步损坏的风险减至最小。管360包含第一弯头364、竖直段365、第二弯头366和水平段367。与鼓风室330的轴向距离相比，竖直段365和水平段367都跨越相对长的距离，且由此第二端362处的开口 363距离变压器20有相对安全的距离。
[0040]现在参照图8，在可替换实施例中，排出组件400包含类似于管360的排出管460 (数字标记标注得类似)，且止回阀402安放在第二端362处。止回阀402被配置成允许流体从管460流出至周围的背景环境，但是防止或至少大部分限制流体在第二端362处从周围的环境流入管460。
[0041]现在参照图9，示出的是与电力变压器(例如，变压器20) —同使用的减压系统的另一实施例500，减压系统500包含减压系统100的释压组件200。但是，在此实施例中，在变压器的密封腔室内发生压力超高的情形下，不会使高压流体从组件200流入组件300，在系统500的实施例中，高压流体会经由破裂针阀250第二端253处的开口 254直接喷出进入周围的大气。在一些应用中，在开口 254处直接倾卸至大气会非常有益，例如，应对电力变压器空间上的限制。
[0042]现在参见图10，在此实施例中，减压系统600包含释压组件700和排出组件300。组件700包含释压组件200的T型上升装置210和刀阀230，但组件700包含释压机构750，而不是破裂针阀250。在此实施例中，机构750是通过对机构750内的弹簧进行压缩而在T型上升装置210和组件300之间允许选择性的流体连通的PRV，对机构750内的弹簧进行压缩会打开穿过机构750的流体流径。通过将机构750的表面暴露至特定量的流体压力下而对机构750内的弹簧进行压缩(即，机构750内的弹簧被配置成响应于特定量压力地发生压缩)。虽然组件的实施例700包含机构750，但在其他实施例中，释压组件也可以包含爆破盘，该破裂盘被配置成在暴露于预定的压差数额下时发生爆破或破裂。
[0043]上述说明意在解说本公开的原理和不同实施例。虽然示出和说明的是特定的实施例，但是本领域内的技术人员在不出离本公开精神和示教的情况下即可制得变体。本文中进行说明的实施例仅起到示范，而不起到限制作用。据此，发明的保护范围不受到上述说明内容的限制，而是仅受到以下权利要求的限制，该保护范围包含权利要求主题的所有等同物。
【权利要求】
1.一种用于电力变压器的减压系统，包括: 释压组件，所述释压组件被配置成与电力变压器的腔室流体连通； 其中，所述释压组件包括破裂针阀。
2.如权利要求1所述的系统，进一步包括排出组件，所述排出组件连结至所述释压组件并与所述腔室选择性地流体连通。
3.如权利要求2所述的系统，其中，所述排出组件包括鼓风室。
4.如权利要求3所述的系统，其中，所述鼓风室被配置成减少所述减压系统内的流量限制。
5.如权利要求3所述的系统，其中，所述鼓风室被水平安放且经由延长管道贴近地连结至所述破裂针阀。
6.如权利要求1所述的系统，其中，所述破裂针阀包括针，所述针被配置成响应于施加到所述破裂针阀表面的预定的压力地弯曲。
7.如权利要求6所述的系统，进一步包括连结至所述破裂针阀的近程传感器，其中所述近程传感器被配置成响应于所述针的弯曲发射信号。
8.一种用于电力变压器的减压系统，包括: 释压机构，所述释 压机构用于提供与电力变压器的密封腔室的选择性流体连通；及 排出组件，所述排出组件连结至所述释压机构； 其中，所述排出组件包括鼓风室，所述鼓风室安放成贴近于所述释压机构，其中所述鼓风室被配置成减少所述减压系统内的流量限制。
9.如权利要求8所述的系统，其中，所述释压机构包括释压阀。
10.如权利要求8所述的系统，其中，所述鼓风室被配置成为所接收到的流体的径向扩张而提供。
11.如权利要求8所述的系统，其中，所述排出组件包括排出管。
12.如权利要求11所述的系统，其中，所述排出管被配置成增加所述电力变压器和在所述管的开口端喷出至大气的流体之间的距离。
13.如权利要求11所述的系统，其中，所述止回阀连结至所述排出管。
14.如权利要求8所述的系统，其中，所述鼓风室从所述释压机构起水平延伸。
15.一种使电力变压器的腔室减压的方法，包括: 利用来自电力变压器腔室的流体向破裂针阀的表面加压；及 响应于所述破裂针阀的所述表面的所述加压驱动所述破裂针阀。
16.如权利要求15所述的方法，其中，驱动所述破裂针阀包括响应于所述破裂针阀的所述表面的所述加压使所述破裂针阀的针弯曲。
17.如权利要求16所述的方法，其中，所述针的所述弯曲发生在预定的压力下。
18.如权利要求16所述的方法，进一步包括，用未弯曲的针替换所述破裂针阀的所述弯曲的针。
19.如权利要求15所述的方法，进一步包括，响应于所述破裂针阀的所述驱动从连结至所述破裂针阀的近程传感器发射信号。
20.如权利要求15所述的方法，进一步包括，经由所述驱动的破裂针阀从所述变压器腔室向鼓风室引导流体，其中所述鼓风室贴近于所述破裂针阀，并使所述流体在所述鼓风室内扩张。
【文档编号】H02H7/04GK104025408SQ201280053098
【公开日】2014年9月3日 申请日期:2012年10月11日 优先权日:2011年10月11日
【发明者】威廉·R·肯德里克 申请人:森春减压系统有限公司