用于电力变压器的安全设备及使用该安全设备的相关电力变压器

摘要

一种用于容纳冷却液的电力变压器的安全设备，该安全设备包括：-成形本体，该成形本体具有内室，该内室适于至少部分地浸没在冷却液中并且气体能够积聚在内室的内部；-第一浮动元件和第二浮动元件，第一浮动元件和第二浮动元件适于至少部分地浸没在冷却液中并且由冷却液移动；-开关装置，该开关装置适于分别当积聚的气体使得冷却液在内室中的液位达到预定第一阈值液位时被第一浮动元件致动并且当积聚的气体使得所述冷却液在内室中的液位达到更低的预定第二阈值液位时被第二浮动元件致动。第一浮动元件和第二浮动元件安装在一个或更多个对应的导引支承件上并且相对于一个或更多个对应的导引支承件线性地移动。

说明书

技术领域

本公开内容涉及用于相关的液体填充电力变压器的安全设备，并且涉及包括这种安全设备的电力变压器。

背景技术

使用电气感应设备——例如，电力变压器——在本领域中是普遍已知的，该电气感应设备利用电磁感应以用于适当地传输电力并且将电力适当地分配到电线上。

最常见地，电力变压器包括带电部分，例如，磁芯以及一定数量的绕组，例如低压绕组、高压绕组等。

由于这些设备的固有结构特征和功能，电力变压器的重要方面涉及各个部件之间的电绝缘及其冷却，这是必须保证的，以便在不引发任何故障或损坏的情况下提供期望的电磁性能。

为此，电力变压器通常包括封闭的主箱体，该封闭的主箱体填充有绝缘流体并且容置上述带电部分；绝缘流体通常是液体，例如是在高温下稳定的并且具有良好电气绝缘性能的高精炼矿物油；基于阻燃植物油的介电冷却剂也越来越普遍地作为矿物油的替代物。

另外，电力变压器通常设置有膨胀容器，该膨胀容器通常表示为油贮存器；这种油贮存器定位在主箱体上方，并且具有对用在箱体中的冷却流体的不可避免的体积变化进行补偿的功能，该体积变化主要由温度波动引起。

由于绝缘液体有助于变压器的冷却并且也有助于箱体内部的带电部分之间的电气绝缘，因而绝缘液体必须在高温下长期保持稳定。

在电力变压器的工作寿命期间，在箱体内部可能产生气体或存在气体，并且这是可能的问题的明显指征。

例如，这种气体可以是由过热或由电弧的触击所引起的变压器内部的固态或液态绝缘体的分解/降解的结果，或者这种气体可以是由于在填充箱体之前的不充分的排气而来自于绝缘油本身。

另外，变压器液体的快速运动——也表示为急流或快速流动——可能由内部电弧、短路或热斑导致；这些快速运动是可能的异常或危险的状况的指征并且必须适当地应对。

为了解决这些问题，使用适合的安全设备——通常在本领域中表示为瓦斯继电器(Buchholz relay)——以检测气体的产生和快速运动的存在并且尽可能地防止或降低相关的风险。

典型的瓦斯继电器——如由例如EN 50216的规则和标准限定的瓦斯继电器——具有室，在变压器中形成或存在的气体积聚在该室内部。

为了监测所形成的气体的量，瓦斯继电器配备有铰接至支承架上的两个浮动件，这两个浮动件浸没至变压器的液体中并且操作性地与对应的开关相关联。

详细地，在该室内部定位在上部处的一个浮动件在气体形成的开始时开始转动并且在气体的量使得液体在该室内部的液位达到第一警报阈值的情况下致动一些电气接触器从而产生警报信号。在产生警报信号之后，第二浮动件开始转动并且当气体的量使得液体在该室内部的液位达到第二跳闸阈值时致动一些对应的电气接触器以使变压器跳闸并且将变压器与电力供给断开。

尽管这些已知的安全设备以相当令人满意的方式执行其功能，仍然存在一些能够优化的方面、特别是关于安全设备本身内部的构造布局及其可用的空间方面。事实上，存在将新功能添加至现有安全设备的越来越多的需要，比如，例如能够连续地测量气体形成并且因而能够随着时间推移且甚至远程地对变压器功能进行适当地监测。事实上，就实际的构造布局而言，传统的瓦斯继电器内部的空间不是最佳的并且实际的浮动装置非常累赘。

发明内容

因此，本公开内容提供了一种安全设备，该安全设备适于与容纳冷却液的电力变压器相关联，该安全设备包括：

-成形本体，该成形本体具有内室，该内室适于至少部分地浸没在所述冷却液中并且气体能够积聚在内室的内部；

-第一浮动元件和第二浮动元件，该第一浮动元件和第二浮动元件适于至少部分地浸没在所述冷却液中并且由所述冷却液移动；

-开关装置，该开关装置适于分别当积聚的气体使得所述冷却液在内室中的液位达到预定第一阈值液位时被所述第一浮动元件致动并且当积聚的气体使得所述冷却液在内室中的液位达到更低的预定第二阈值液位时被所述第二浮动元件致动；其特征在于，所述第一浮动元件和所述第二浮动元件安装在一个或更多个对应的导引支承件上并且相对于一个或更多个对应的导引支承件线性地移动。

附图说明

从根据本公开内容的安全设备和方法的一些优选的、但非穷举性的实施方式的描述中，详细的特征和优势将变得明显，上述实施方式结合附图仅以非限制性示例的方式示出，在附图中：

图1是示出配备有根据本公开内容的安全设备的电力变压器的视图；

图2是部分剖切地示出根据本公开内容的处于第一位置的安全设备的示例性实施方式的立体图；

图3是部分剖切地示出处于第二警报位置的图2的安全设备的立体图；

图4是部分剖切地示出处于第三跳闸位置的图2的安全设备的立体图；

图5是示出用在根据本公开内容的安全设备中的传感器的立体图；

图6是示出根据本公开内容的安全设备的一些部件的立体图；

图7是部分剖切地示意性示出根据本公开内容的安全设备的另外的示例性实施方式的立体图。

具体实施方式

应当指出的是，在以下详细的描述中，从结构的和/或功能的角度出发，相同或类似的部件——不论它们是否在本公开内容的不同的实施方式中示出——具有相同的附图标记；还应当指出的是，为了清楚和简明地描述本公开内容，附图未必按比例绘制并且本公开内容的某些特征可以以略微示意的形式示出。

图1示出了示例性电力变压器101，该示例性电力变压器101包括箱体102，该箱体102填充有已知类型的冷却/绝缘液体103(为了简洁，在下文中被称为冷却液103)，例如矿物油或植物油；膨胀容器或贮存器104，该膨胀容器或贮存器104——也填充有冷却液103——机械地连接至箱体102并且如图所示地定位在箱体102本身的顶部上。

适当的管道系统105实现了贮存器104与箱体102之间的流体连通。

如图1的示例性实施方式中示出的，变压器101配备有至少一个根据本公开内容的安全设备100，该安全设备100例如沿着从箱体102通向贮存器104的流体路径配装在管道系统105中。

在图2至图4中示出的示例性实施方式中，安全设备100包括成形本体1，该成形本体1由例如铸铝合金制成并且例如成形为连接至管道系统105；成形本体1具有内室2，该内室2适于当安全设备100与相关联的变压器101操作性地连接在一起时至少部分地浸没在冷却液103中并且变压器101中存在或生成的气体能够积聚在内室2内部。

在内室2的底部处可以设置有放油塞23；此外，成形本体1例如设置有盖24，该盖24成形为与成形本体1的上部一起形成另外的内部空间25。

安全设备100还包括：第一浮动元件3和第二浮动元件4，第一浮动元件3和第二浮动元件4适于当安全设备100连接至变压器101时至少部分地浸没在冷却液103中并且通过冷却液103的运动而移动；以及开关装置20，该开关装置20适于分别当内室2中积聚的气体使得冷却液103在内室2中的液位达到预定第一警报阈值液位时被第一浮动元件3致动并且当内室2中积聚的气体使得冷却液103在内室2中的液位达到更低的预定第二阈值液位时被第二浮动元件4致动。

在示出的实施方式中，两个浮动元件3和4定位在内室2内部。

特别地，在根据本公开内容的安全设备100中，第一浮动元件3和第二浮动元件4安装在一个或更多个对应的导引支承件5上并且相对于该一个或更多个对应的导引支承件5沿着参考轴线线性地移动，即浮动元件3和4均在该一个或更多个对应的导引支承件5上且相对于该一个或更多个对应的导引支承件5沿着大致直线方向滑动。

优选地，如图2至图4的实施方式中示出的，第一浮动元件3和第二浮动元件4均安装在共同的导引支承件5上并且相对于共同的导引支承件5线性地移动；例如，该共同的导引支承件5包括定位在内室2内部的轴5，其中，两个浮动元件3和4安装在轴5上并且沿着参考轴线110(例如，轴5本身的轴线)滑动。

在示出的实施方式中，开关装置20包括例如下述两个开关：即第一磁性开关20a或警报开关20a，以及第二磁性开关20b或跳闸开关20b，这两个开关能够安置在设置于成形本体1上的对应的座中。

根据本领域中普遍已知的或对于本领域技术人员而言容易获得的并且因此不在本文中详细描述的解决方案，这种开关20a、20b本身是已知类型的开关，并且例如包括位于球体(bulb)内部的未在图中示出的磁体和电气接触器，该电气接触器分别操作性地连接至用于开关20a的警报电路和用于跳闸开关20b的电力断开电路。

如示出的，在第一浮动元件3上安置有至少一个第一磁体6并且该至少一个第一磁体6与第一浮动元件3大致整体地移动以当第一浮动元件3到达与预定第一阈值液位对应的位置时致动第一磁性开关20a；同样地，在第二浮动元件4上安置有至少一个第二磁体7并且该至少一个第二磁体7与第二浮动元件4大致整体地移动以当第二浮动元件4到达与预定第二阈值液位对应的位置时致动第二磁性开关20b。

此外，安全设备100包括止动件8，例如机械止动件，该止动件8适于当第一浮动元件3本身到达与预定第一阈值液位对应的位置时与第一浮动元件3相互作用并且阻挡第一浮动元件3，如图3中示出的。

特别地，如附图中示出的，第一浮动元件3和第二浮动元件4安装在共同的导引支承件5上以例如以彼此接触的方式移动直到第一浮动元件3到达与预定第一阈值液位对应的位置并且被止动件8阻挡在该位置中为止，而如果冷却液103在内室2中的液位继续进一步降低，则第二浮动元件4能够继续向下滑动。

安全设备100还包括传感器9，该传感器9具有指针10，该指针10适于至少部分地浸没在冷却液103中并且通过冷却液103的运动而移动；例如图5中示出的传感器9也可以定位在内室2内部并且布置成将指示指针10的实际位置的信号输出至操作性关联的电子单元11。例如，传感器9包括输出线缆17，该输出线缆17连接至安置在内部空间25内部的端子21；电子单元11也连接至(为了简化说明，未示出这种连接)端子21并且定位在空间25内部。

例如，传感器9包括电位计，例如，由Gefran所销售的线性位置传感器型IC(集成电路)。

特别地，当指针10通过冷却液103的运动——例如，冷却液103的液位的改变——而移动时，传感器9输出例如为电信号的如下信号：该信号指示由于冷却液103的运动引起的由指针10所呈现的实际位置，因此，该信号指示冷却液103的实际液位并且因此最终指示积聚的气体的量。

电子单元11布置成基于由传感器9产生的输出信号来加工出与变压器101和/或其冷却液103的实际状况有关的数据，并且根据需要也对加工出的数据进行远程传输。

特别地，电子单元11布置成加工出至少下述数据：该数据指示从箱体102经由管道105通向贮存器104的、由安全设备100积聚的气体的实际量，该积聚的气体指示由于任何原因在变压器101中产生的气体的量。

此外，电子单元11可以是警报电路的连接至第一磁性开关20a的一部分并且也是电力断开电路的连接至第二开关20b的一部分。

例如，当变压器101中产成的气体的量超过预定第一阈值时，即，当第一浮动元件3已经达到与第一阈值液位对应的位置并且已经使得第一磁性开关20a致动时，电子单元11能够直接地或间接地接收来自第一开关20a的输入信号并且输出警报信号。这种警报信号可以是任何类型的信号——例如，听觉信号或视觉信号——以及直接的或间接的信号，例如，警报信号能够使得对灯具或警笛进行开关，或能够发送到开关，该开关进而致动灯或警笛，并且能够以任何可能的方法——例如，通过有线或无线——本地和/或远程地进行传输。

同样地，当变压器101中产成的气体的量超过预定第二阈值时，即，当第二浮动元件4已经到达与第二阈值液位对应的位置并且已经使得第二磁性开关20b致动时，电子单元11能够直接地或间接地接收来自第二开关20b的输入信号并且输出跳闸信号；该跳闸信号能够本地和/或远程地发送至相关联的开关或跳闸单元，该相关联的开关或跳闸单元的介入使供给电力变压器101的电力断开。

如本领域技术人员可以理解的，电子单元11可以包括任何适合的并且市售的基于微处理器的电子单元，例如NXP型LPC210微处理器，该电子单元加工出数字数据并且输出对应的数字信号。

根据图2至图4和图6示出的优选实施方式，第二浮动元件4安装在指针10上并且与指针10整体地移动或以另一种方式移动，指针10配装在第二浮动元件4内部并且与第二浮动元件4一起沿着相同的方向——例如，相同的参考轴线110——滑动。

特别地，如这些附图中示出的，传感器9包括例如杆形或棒形的成形本体，该成形本体形成共同的导引支承件5，两个浮动元件3和4安装在共同的导引支承件5上并且相对于本体本身滑动。

替代性地，如例如图7中示意性地示出的，相对于导引支承件5和相关的浮动元件3、4作为独立部件的传感器9能够配装在安全设备100的成形本体1中。在图7中，为了清楚地示出，已经将安全设备100的一些部件——例如，片状件13、开关装置20、止动件8、端子21等——移除。

安全设备100可以包括另外的可移动元件或片状件13，该另外的可移动元件或片状件13适于至少部分地浸没在冷却液103中并且由冷却液103移动；该可移动元件13布置成检测冷却液的实际流速是否超过预定第三阈值并且致动相关联的开关，该相关联的开关适于断开供给所述电力变压器的电力。例如，片状件13可以沿着共同的导引支承件5连接在、例如铰接在例如导引支承件5的端部处，或可以安装在另一个支承部上，并且相关联的开关可以是第一开关20a或第二开关20b中的一者或另外的开关。

在这种情况中，例如，电子单元11也可以布置成加工出指示冷却液103的实际流速——即，这种液体的运动速度——的数据，并且布置成如果所加工出的指示冷却液103的流速的数据超过相关的预定第三阈值则输出跳闸信号。另外，该跳闸信号可以以任何方式——例如，通过线缆或无线——本地和/或远程地发送至任何相关联的开关或跳闸单元，该开关或跳闸单元的介入使供给电力变压器101的电力断开。

实际上，一旦安全设备100连接至相关联的电力变压器101，如果在变压器的正常运行期间，气体出于任何原因在变压器101内部形成或存在，这种气体趋于向上逸出并且在本体1内部积聚、并且特别地在内室2上部的内部积聚。因此，存在的气体使冷却液103的液位降低并且因而致使浮动元件3和4向下运动，并且也致使指针10运动。因此，传感器9连续地给出其电阻值的变化，该电阻值由相关联的电子单元11检测并且指示所达到的实际位置并且因此指示由于变压器101中实际生成的气体的量而使液体所到达的液位的实际位置。

以这种方式，由于能够从冷却液103所到达的实际液位连续地得到气体的实际量，因而可以追踪关于存在多少气体以及气体随时间的变化趋势并且具有其几乎全部的信息。

如果变压器101中存在的气体的量使得液体的液位处于与预定第一阈值对应的位置并且因此第一浮动元件3已经到达与预定第一阈值对应的位置，则磁体6致动相关联的第一磁性开关20a，这使得警报信号产生；如果变压器101中产生的气体的量继续增大，则虽然第一浮动件3被止动件8阻挡，但第二浮动元件4与指针10一起进一步向下滑动直到液体103的液位处于与预定第二阈值对应的位置并且因此第二浮动元件4已经到达与预定第二阈值对应的位置为止；在该位置中，磁体7致动第二开关20b，这使得跳闸信号产生并且因此断开供给变压器101的电力。

在操作中，由于一些原因，例如猛烈的和突然的短路，也可能在箱体102内部产生液体103的强流/急流；液体的这种快速运动通常是由于危险的或异常的工作状况，并且因此，为了限制负面影响，限定了相关的流速极限(下文称为“第三阈值”)。冷却液的流速以及因此造成的急流或快速运动致使片状件13转动；如果冷却液的流速超过预定第三阈值，那么元件13的运动使得致动相关联的开关，该相关联的开关直接地或间接地产生跳闸信号，该跳闸信号意味着使供给变压器101的电力断开。

实际上，已经发现，根据本公开内容的安全设备100提供了如下解决方案：该解决方案相当简单并且具有与已知的瓦斯继电器的构造布局基本不同的构造布局并且允许减小由浮动部件和相关的支承结构所占据的空间。

可用空间的优化允许使用下述其它部件：这些其它部件提升了之前描述的设备的功能和性能而基本不用对设备的结构进行修改或不增大设备结构的尺寸。

由于这些特征，根据本公开内容的安全设备100适于原则上监测填充有冷却/绝缘液体的任何类型的电力变压器。

因此，本公开内容还包括电力变压器101，该电力变压器101包括至少一个前述类型的并且如所附权利要求中限定的安全设备100。

显然，在单个电力变压器中可以使用不止一个安全设备100。

因此，所构想的设备可容易地进行改型和变型，所有这些改型和变型都落入特别地由所附权利要求限定的发明构思的范围内；能够实施先前公开的实施方式的任何可能的组合，并且这些组合必须认为是在本公开内容的发明构思内；所有的细节可以另外由技术等同的元件来替代。

另外，根据需求和现有技术，只要所使用的材料与具体用途和目的相兼容，那么所使用的材料以及尺寸就可以是任意的材料及尺寸；例如各种浮动元件或可移动元件优选地全部或部分由塑料材料制成，但可以使用任何适合的不同材料。