CN112970077A - 外壳式变压器的内部支撑件 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种用于外壳式变压器的变压器箱体，用于容纳三相变压器的有源部分，包含变压器相。该变压器箱体包括底部箱体部分和中部箱体部分，底部箱体部分和中部箱体部分包括底板和壁、盖板、与壁连接的加固梁、相间板和用来加强盖板的加强支撑件。该相间板布置在变压器箱体的下部空间内、位于相邻的变压器相之间，相间板从变压器箱体的一侧壁延伸到对侧的壁，并与加固梁耦接。每个加强支撑件与相间板耦接，并延伸到相间板和盖板之间的箱体上部空间，与盖板配合。本发明还提供了一种三相外壳式变压器及该变压器的组装方法。

Description

外壳式变压器的内部支撑件

技术领域

本公开涉及一种用于外壳式变压器的箱体，更具体的，涉及一种三相外壳式变压器的箱体。

本申请要求于2018年11月14日提交的EP 18 382 802.9的优先权权益。

背景技术

变压器箱体通常处于真空状态，例如在0.09mmHg左右，这可能会导致箱体的某些区域或部分向内变形，例如盖，当机械应力超过极限抗拉强度时盖就会破裂。

此外，电力变压器内部故障时，可能会受到内部电弧能量的影响。变压器有源部件周围的绝缘液可能会蒸发并形成膨胀的气泡，这将导致可能向外破坏变压器箱体的超压。

当内部电弧发生时，产生的超压会在箱体中产生机械应力，这些机械应力在箱体的，例如盖的，至少某些区域或部分超过极限抗拉强度，这些区域或部分可能在低能量水平的内部电弧下经受非容许的应变、变形和/或破裂。

在任何情况下，箱体的破裂都可能导致漏油和发生火灾的危险。

因此，变压器箱体的设计要能够承受工作真空引起的负载，也能承受内部电弧故障引起的机械应力。

针对由内部工作真空和/或内部电弧故障引起的箱体盖板变形和/或破裂的问题，已经发展出了一些通过例如焊接的方式增加外部加固梁或肋来加强盖板的解决方案。然而，外部肋或梁可能会阻碍维护人员行动，甚至可能使在变压器盖上行走变得危险。此外，加强箱体盖会导致该重型结构的机械配置灵活度降低，也会导致较高的制造成本。如果设计不当，这种主要由空气冷却的解决方案也会在大电流引线附近产生过热问题。

总之，最好提供一种结构轻、制造成本低、同时安全、抗破裂的变压器箱体。

发明内容

提供了一种外壳式变压器的变压器箱体，该箱体用于容纳包括变压器相的三相变压器的有源部分。该箱体包括底部箱体部分和中部箱体部分、盖板、与壁连接的加固梁、相间板和用于加强盖板的加强支撑件，底部箱体部分和中部箱体部分包括底板和壁。相间板布置在箱体的下部空间内，在相邻的变压器相之间，从箱体的一侧壁延伸到相对壁，并与加固梁耦接。每个加固支撑耦接到相间板上，并延伸到相间板与盖板之间的箱体上部空间，与盖板配合。

通过在箱体内布置这种加强支撑件，可以从盖板上转移由工作真空引起的负载和/或应力，使得加强支撑件可以帮助承受应力，并避免盖板变形和/或破裂。

加强支撑件提供了更大的强度以抵抗盖板的向内挠曲，这可能使得外部支撑为非必要的。由于盖板上设置的障碍物较少，操作人员例如检查箱体时的安全性也因此增加。此外，由于盖板不需要外部支撑且可以更灵活，所得到的结构更轻并且占用的制造成本更少。

当盖板变形时，例如当盖板向内变形时，加强支撑件可以接触盖板。该接触可以是直接接触或通过中间部件接触。

加强支撑件也可以直接或通过中间部件耦接到盖板上，使得至少防止向内变形。

如果也要防止盖板显著向外变形，例如在超压的情况下，实施例的加强支撑件也可以设计来承受这样的内部正压力。

如果需要允许盖有很大程度的向外变形，例如在内部电弧超压的情况下，实施例的加强支撑件也可以设计来允许这种变形。

箱体的壁可以包括两个对侧的短壁或者侧壁，和两个对侧的长壁或者正壁，从而形成矩形截面的四壁结构。在这种情况下，加固梁可以包括侧梁和主梁，该侧梁布置在箱体的侧壁上即在箱体壁中较短的壁上，该主梁布置在正壁上即在箱体壁中较长的壁上。此外，在箱体下部空间的变压器相之间可以布置相间板，该相间板可以从箱体的正壁延伸到相对的正壁，并与主梁相连。

在一个示例中，该加强支撑件为空心支撑，其中可以包含用于冷却剂循环的导管，从而减少由磁通量产生的热量。

在一个示例中，每个加强支撑件包括耦接到相间板的第一部分和被布置为与盖板配合的第二部分。使用具有两部分的加强支撑件便于箱体的运输和组装，例如当箱体的尺寸使得无法运输组装好的箱体时。

在一个示例中，该盖板包括连接壳体，该连接壳体中布置有与加强支撑件配合的连接件。该连接件可以是T形件或者伸长杆，从而使支撑件可以分别在真空和超压下工作，或仅在能允许盖板部分弯曲的真空下工作。

在一个示例中，盖板没有外部加强肋，因此操作人员在盖板上行走时，例如维修或接入输入/输出连接时，可以工作得更舒适和安全。

根据第二方面，提供了一种三相外壳式变压器，该三相外壳式变压器包括根据本公开任何示例的变压器箱体。

根据第三方面，提供了一种变压器箱体的组装方法。首先将每个加强支撑件固定在相间板上。然后用盖板关闭箱体，使得每个加强支撑件的远端通过连接壳体的底壁的开口引入。然后在每个加强支撑件的远端插入连接件，并且关闭每个连接壳体的可拆卸盖板。

附图说明

以下将参照附图，通过非限定性示例描述本装置的具体实施例，其中：

图1A和图1B示出了根据示例的由三相外壳式变压器和箱体构成的系统的示意和简化的截面；

图2示出了图1A和图1B的箱体的部分截面示意图；

图3A和图3B示出了根据示例的加强支撑件的侧视图示意图；

图4A和图4B示出了根据示例的连接壳体的截面示意图；和

图5示出了根据示例的变压器的组装方法的流程图。

具体实施方式

图1A和图1B示出了变压器1的示例，变压器1可以包括外壳式变压器200，例如包括三个相201和磁路202的三相外壳式变压器芯体，和变压器箱体100A、100B(本文也称为“箱体”)，该箱体一旦封闭后，可以承受例如0.09mmHg左右的真空，以保持其中的负压。

箱体100A、100B可以包括底部箱体部分104和中部箱体部分103A、103B。该底部箱体部分104和中部箱体部分103A、103B可以包括底板130和壁120，从而形成中空空间或空腔。因此箱体100A、100B可以由可以通过例如焊接或其他任何合适的方式连接在一起的底板130和四个壁120构成。

在一个示例中，箱体可以包括不同长度的壁，即箱体可以包括两个短壁或侧壁，以及两个长壁或正壁，从而形成矩形截面的箱体。

此外，箱体100A、100B可以包括加固梁160，该加固梁160可以通过例如焊接的方式，例如在中部箱体部分处连接到的箱体壁120。加固梁160可以布置在中空空间的周围，从而形成环形结构并可以为箱体提供强度，还有助于抵抗短路负载。

在一个示例中，加固梁160可以包括可连接到箱体的侧壁(即短壁)的侧梁，以及可连接到箱体的正壁(即长壁)的主梁。因此，侧梁可能比主梁短。

箱体100A、100B可以还包括布置在壁120顶部的盖板110A、100B，从而关闭箱体。盖板110A、110B可以是独立部件，这些独立部件可以单独制造和处理并且可以在之后阶段与壁120和底板130形成的结构连接，例如焊接。因此，箱体100A、100B可以部分拆卸地运输到预定的位置。变压器的有源部分，即相和磁路，可以装入并安装在底部箱体部分。中部箱体部分可以随后安装在有源部分上，然后中部箱体部分和底部箱体部分可以例如通过焊接连接在一起。加固梁也可以在装入变压器的有源部分后连接。这些操作可以在工厂中进行。在现场，盖板可以例如通过焊接、螺纹连接或任何其他合适的方法连接到壁。之后可以准备输入/输出连接，可以用冷却剂填充箱体，并且可以施加真空。

盖板110A、110B可以包括多个开口和/或插头(未示出)，例如用于输入/输出产生的电流、用于注入/提取冷却剂的输入/输出端口等等。此外，盖板110A，110B可包括连接壳体140，该连接壳体可包括侧壁141、包括开口的底壁142和可拆卸闭合件143，从而形成空腔(见图2)。闭合件143是可拆卸的并且可以例如用螺丝连接的方式连接到连接壳体上/从连接壳体上拆卸，以便进入箱体的空腔内。

盖板110A、100B可以采用例如碳钢或其他非金属材料制成，既能安全关闭箱体，又能在箱体内承受工作压力，但又有足够的弹性，能在一定的应力下弯曲。此外，盖板110A、110B可以具有预先设定的厚度，例如大约2-3.5cm，以避免盖板在自身重量下弯曲，并有足够的厚度使盖板能够承受正常工作的超压和真空而不会断裂。

在一个示例中，箱体的壁120、底部壁130、加固梁和盖板110可由例如碳钢的相同的材料制成。

在一些示例中，如图1A中示例，盖板110A可以是平板。在可替代的示例中，例如图1B中的示例，盖板110B可以是U形盖板，该U形盖板可以包括平坦部分111B、法兰112B和可以帮助盖板110B连接到壁120的向外延伸部分113B。

箱体100A、100B可以还包括相间板150。该相间板150可以布置在箱体100A、100B的下部空间，并从一侧壁延伸到相对的壁120上。在箱体壁包括侧壁和正壁示例中，相间板150可以从箱体的正壁延伸到相对的正壁上。

相间板150可以例如通过焊接连接到加固梁160上。在示例中，加固梁包括主梁和侧梁，该相间板150可以连接到主梁上。

在使用当中，即变压器相被加载后，每个相间板150可以布置在相邻的变压器相201之间，之后每个相间板可以通过例如焊接连接到主梁上。在一个示例中，相间板150可以是平坦和/或基本上呈矩形的板，其可以由例如碳钢的金属制成。相间板150提供了箱体的强度，也有助于承受短路负载。

在一个示例中，相间板150在每个面向变压器相的表面上都包含磁屏蔽件153，用于收集和重新定向相的磁通量。

图1A和图1B中任意一个示例中的箱体100A、100B还可以包括伸长的加强支撑件300、400，以加强箱体的结构。该加强支撑件300、400可以包括近端320、420和远端330、430(见图3A和图3B)。该近端320、420可能包括耦接部件340、440，例如螺纹螺柱，用于把加强支撑件300、400和相间板150耦接，该相间板150可以包括互补的耦接件，如螺纹孔。加强支撑件和相间板之间的配合可以承受部分在盖板上转移的机械应力。盖板上的负载和其挠曲可能因此而减少，所以可以不需要在盖(外部)表面增加加固梁或肋。

在示例中，可以将近端320、420制成圆形以最小化在加强支撑件300、400和相间板150耦接处的介电应力。

加强支撑件300、400可以布置在箱体的上部空间，位于相间板和盖板之间，并和盖板的连接壳体140对齐，其中加强支撑件可以设置为与盖板相配合。加强支撑件300、400可以通过底壁142的开口插入连接壳体的空腔中(见图4A和图4B)。此外，为了确保在连接壳体中加强支撑件可以适当调整，例如一组由玻璃纤维或其他合适的材料制成的偏心机构701、702的调整部件700可以引入到连接壳体中的加强支撑件旁边(见图4A和图4B)。因此，调整部件700可以布置在加强支撑件和连接壳体之间。

图2描绘了简化的细节视图，其中加强支撑件300、400与相间板150耦接，并布置成经由连接壳体140与盖板110A、110B配合。该相间板150可以布置在两个变压器相201之间，并可以包括在面向变压器相201的表面上的磁屏蔽件153。加强支撑件300、400可以包括例如螺纹螺柱的耦接部件340、440，以将其与相间板耦接。为了保护加强支撑件和相间板之间的耦接，可以在耦接处周围添加介电部件134。

盖板110A、110B的连接壳体140可以包括可拆卸封闭件143、侧壁141和底壁142，从而形成空腔。连接壳体可以包括调整部件700，以纠正加强支撑件的偏差。

加强支撑件300、400可以包括远端中的凹槽331、431(见图3A和图3B)，并且包括用于冷却剂循环的导管350、450。此外，在示例中，加强支撑件300、400可以涂有磁隔离层(未示出)。

图3A描述了一种加强支撑件300，该加强支撑件300可以是包括近端320和远端330的单个连续件，该远端330可以包括凹槽331。该近端320可以是圆形的，以最小化介电应力，并可以包括耦接部件340，例如螺纹螺柱，用于将加强支撑件固定到相间板上。该加强支撑件可以包括用于例如油的冷却剂的循环的导管350。

一般来说，箱体100A、100B是从工厂例如用卡车运输到工作地点的。然而，受限于例如本地交通限制和/或卡车的容量，可能会出现箱体的尺寸，例如因为它超过了最大允许的尺寸而不适合运输整个(组装好的)箱体的情况。

在这种情况下，为了符合运输要求，该盖板可以是U形板110B，如图1B所示。因此，相比于盖板是平板时同样的部分可能具有的高度，使用法兰112B可以允许减小中部箱体部分和底部箱体部分的高度。

在装上卡车之前，变压器相201和磁路可以堆放在底部箱体部分104中。然后，具有加固梁和相间板的中部箱体部分103B可以安装并连接到底部。然后用运输盖板(未示出)封闭后，组装件可以被充入冷却剂并处于真空状态，并被运输到工作位置。当箱体到达现场后，可以将运输盖板移除，并且通过例如焊接连接U形盖板110B，将整个箱体100B组装起来。

在运输的过程中，由冷却剂引起的真空和/或标准超压可能会导致盖板上的应力，因此需要加强盖板以避免变形。同样，一旦移除运输盖板并布置好盖板，也可能需要承受至少由工作压力，即真空和冷却剂超压，引起的应力。根据本公开所述的加强支撑件的实施例可用于上述目的。

在一个示例中，可将加强支撑件分为第一部分和第二部分。第一部分的长度适合于在运输时布置在相间板和运输盖板之间，第二部分与第一部分耦接，组装在一起时可以构成布置在相间板和盖板之间的加强支撑件。

图3B的示例描绘了加强支撑件400，该加强支撑件400可以被分为耦接到相间板上的第一部分401和布置成例如经由连接件与盖板110连接的第二部分402(参见下图4A和图4B)。第一部分401和第二部分402均可以包括在其端面例如螺纹的互补接头425，用于将两个部件牢固地连接在一起。

此外，加强支撑件400的第一部分401可以包括例如螺纹螺柱的连接部件440，用于例如经由螺纹孔将第一部分固定到相间板150。与图3A的示例类似，第二部分402可以包括凹槽，其中连接件500、600(参见下图4A和4B)可以耦接。

因此，加强支撑件400的第一部分401的长度可以对应于从相间板到运输盖板的距离。第二部分402的长度可以使得当两个部件401、402连接在一起时，得到的加强支撑件400的长度对应于从相间板150到盖板110B的平坦部分111B的距离。

通过使用由第一部分和第二部分构成的加强支撑件，制造成本和组装时间都得到减少，因为可以不需要制造和/或更换两个不同长度的加强支撑件。

加强支撑件300、400布置在箱体中的数量可以例如根据盖板的尺寸而变化，即更大的表面可能需要更多的加强支撑件。

在一个示例中，每个相间板150可以包括布置在其中的加强支撑件300、400。在这种示例中，加强支撑件可以基本集中在箱体壁之间，例如在包括侧壁和正壁的示例中，可以集中在侧壁之间。

在一些示例中，箱体的每一相间板150可包括两个或多个加强支撑件。

箱体100还可以包括独立和分开的连接件500、600。每个连接件可以与加强支撑件300、400的远端330、430的凹槽331、431耦接，从而完成内部加强结构。这样的内部加强结构可以包括相间板、加强支撑件和连接件，并可以提供更高的强度来防止例如在超压或工作真空的情况下的盖板挠曲。根据连接件500、600的形式，连接件加固盖板的情况可能不同。

在一个示例中(见图4A)，连接件500可以是T形连接件。该T形连接件可以包括侧向突出头502和伸长部分501。该连接件可以有效地在工作真空情况下，即向内拉力下，和在超压的情况下，即向外推力下防止盖板的变形。

在另一个示例中(如图4B)，连接件600可以是一个伸长杆，其在工作真空的环境下特别有效，但在超压的情况下可以允许盖板变形。

图4A示出了连接壳体140的空腔的相对示意性的横截面。该连接壳体具有带有开口的底壁142、侧壁141和可拆卸封闭件143，该封闭件可以通过例如螺丝(未示出)固定在侧壁141上。在连接壳体140的空腔中，可以布置加强支撑件300、400的远端、插入加强支撑件的凹槽331、431中的T形连接件500和围绕加强支撑件的远端耦接的例如一对偏心件701、702的调整部件700。

在本示例中，T形件500的伸长部分501可以例如通过螺纹连接到加强支撑件300、400的凹槽331、431，而且T形件的头502可以置于调整部件700上。因此，该T形件可以固定耦接到加强支撑件上。

此外，可以在连接壳体140的可拆卸封闭件143和T形件500的头502之间添加一层或多层例如由瓦楞纸板或压板560制成的隔层，使得T形连接件紧密贴合在连接壳体的内部。通过使T形件紧密贴合，使得头502和可拆卸封闭件143之间直接接触，这可以减少当两个表面接触时的冲击。

在工作真空下，盖板110会有向内弯曲的趋势。向内变形可能导致连接壳体的可拆卸封闭件143压向瓦楞纸板560，从而压向连接件的头501。由于连接件500的头可能与调整部件700直接接触并固定在加强支撑件上，该应力可以从盖板转移到加强支撑件上。因此，可以防止盖板110的进一步变形。

在正常超压下，盖板110会有向外变形的趋势。然后调整部件700会被底壁142向上推，这可能会导致调整部件700推动连接件500的头。由于连接件500可以固定在加强支撑件上，因此盖板110的负载可以转移到加强支撑件300、400上，这些加强支撑件可以承受应力，从而避免盖板110进一步变形。

在图4B的示例中，描绘了连接壳体140的空腔的相对示意性的截面，其中，与图4A的示例相比，连接件600是一个伸长杆。在该示例中，加强支撑件300、400的远端、插入并螺纹连接在加强支撑件的凹槽331、431中的伸长杆600以及围绕加强支撑件的远端耦接的例如一对偏心件701和702的调整部件700可以布置在连接壳体140的空腔中。

在本示例中，可以在连接壳体140的可拆卸封闭件143和伸长件600之间增加一层或多层例如由瓦楞纸板或压板660制成的隔层，这样就可以减少当两个表面接触时的冲击。

在工作真空下，盖板110会向内变形，连接壳体的可拆卸封闭件143将因此与连接件600接触，将连接件600推向加强支撑件。在包含多层瓦楞纸板或压板的隔层的示例中，盖板143首先与多层隔层接触。因此，盖板的应力可以被转移到能够承受负载的加强支撑件上，所以可以因此避免盖板110的进一步向内变形。

在超压的情况下，与图4A的示例相反，连接件600不能对盖板110的运动施加任何限制，因此箱体的盖板110可以向外弯曲。因此，在发生内部电弧的情况下，箱体和盖可以吸收部分膨胀气体的能量，从而防止箱体破裂。

在一个示例中，箱体100可以还包括布置在例如壁的外表面的例如加强带、多个加固梁、离散的C形夹具等加强结构(未示出)，来进一步加强箱体。

图5是一种用于组装变压器方法的流程图。在一个示例中，组装可以在例如通过卡车运输到固定位置之后再进行，组装好的底部箱体部分和中部箱体部分其中布置有相间板，并且变压器的有源部分堆放在其中。

首先，每个加强支撑件的近端可以例如通过耦接部件，在方框801中固定到相间板上。在将加强支撑件分为第一部分和第二部分的示例中，该方法还可以包括将第二部分连接到第一部分，从而在将第一部分固定到相间板之后组装加强支撑件。

该箱体可以之后通过在壁上安装和固定，例如焊接，盖板来关闭。在方框802中，箱体可以用盖板关闭，使得每个加强支撑件的远端可以通过连接壳体的底壁的开口引入。因此，加强支撑件将布置在连接壳体的空腔中，以便与盖板相配合。

在一个示例中，例如一对装配的偏心件的调整件可以耦接到加强支撑件周围。可以操纵例如偏心件的调整件，以正确调整加强支撑件相对于连接壳体的位置，即纠正任何偏差。然后，在方框803中，可将连接件插入每个加强支撑件的远端，例如插入凹槽中。在一些示例中，该连接件也可以用例如螺纹连接固定在支撑件上。在方框804中，每个连接壳体的可拆卸封闭件可以通过例如将其螺纹连接到连接壳体的侧壁上来关闭。

虽然本发明仅公开了一些特定的实施例和示例，但如本领域技术人员所应理解的，其他替代实施例和/或本公开发明的使用和明显的修改及其等同物是可能的。此外，本公开还包括所述特定实施例的所有可能组合。本公开的范围不应受特定实施例的限制，而应仅通过对以下权利要求的正确解读来确定。

Claims (15)

1.一种用于外壳式变压器的变压器箱体，用于容纳包括变压器相的三相变压器的有源部分，所述箱体包括：

底部箱体部分和中部箱体部分，其中，所述底部箱体部分和中部箱体部分包括底板和壁；

盖板；

加固梁，所述加固梁和所述壁连接；

相间板，所述相间板布置在所述箱体的下部空间、位于相邻的变压器相之间，所述相间板从所述箱体的一壁延伸到相对壁并与所述加固梁耦接，以及

加强支撑件，所述加强支撑件用于加强所述盖板，其中，每个支撑件与一个相间板耦接，并在所述相间板和所述盖板之间的箱体的上部空间内延伸，以和所述盖板配合。

2.如权利要求1所述的变压器箱体，其中，所述加强支撑件包括伸长形状，所述伸长形状具有和相间板耦接的近端以及布置为与所述盖板配合的远端。

3.如权利要求1或2所述的变压器箱体，其中，所述加强支撑件为空心支撑件。

4.如权利要求1-3中任一项所述的变压器箱体，其中，所述加强支撑件包括用于冷却剂循环的导管。

5.如权利要求1-4中任一项所述的变压器箱体，其中，所述加强支撑件包括与相间板耦接的第一部分和布置成与所述盖板配合的第二部分。

6.如权利要求5所述的变压器箱体，其中，所述加强支撑件还包括互补耦接件，以将所述第一部分与所述第二部分耦接在一起。

7.如权利要求1-6中任一项所述的变压器箱体，其中，所述加强支撑件还包括在所述近端的螺纹螺柱，以耦接到所述相间板。

8.如权利要求1-7中任一项所述的变压器箱体，其中，所述加强支撑件的所述近端是圆形的，以用于最小化介电应力。

9.如权利要求1-8中任一项所述的变压器箱体，还包括用于与所述加强支撑件相配合的连接件和被布置在所述盖板上的连接壳体。

10.如权利要求9所述的变压器箱体，其中，所述连接件是T形件或伸长杆。

11.如权利要求1-10中任一项所述的变压器箱体，其中，所述盖板没有外部加强肋。

12.如权利要求1-11中任一项所述的变压器箱体，其中，所述箱体包括连接在每个相间板和盖之间的至少两个加强支撑件。

13.如权利要求1-11中任一项所述的变压器箱体，还包括布置在所述连接壳体和所述加强支撑件之间的偏心件。

14.一种三相外壳式变压器，包括如权利要求1-13中任一项所述的变压器箱体。

15.一种用于组装如权利要求1-13中任一项所述的变压器的方法，包括：

将每个加强支撑件的所述近端固定到相间板；

利用所述盖板关闭所述箱体，使得每个加强支撑件的所述远端通过连接壳体的底壁的开口引入；

在每个加强支撑件的所述远端插入连接件；

关闭每个连接壳体的可拆卸盖。

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