一种有载调压开关防爆系统及变压器的制作方法

1.本实用新型涉及变压器保护装置技术领域，特别是涉及一种有载调压开关防爆系统及变压器。


背景技术：

2.有载调压开关(以下简称开关)是电力变压器必不可少的关键组件之一，运行中长期承受电、热、力、振动等复杂应力联合作用，运行工况非常恶劣。开关是变压器中唯一频繁动作的部件，一个特高压直流输电工程每年分接开关累积动作约20万次，机械动作稳定性要求极高。一次档位切换需严格按照设计时序在0.1秒内完成6个部件8次机械切换，动作总时间变化不能超过0.01秒。一旦相邻机械切换的时序误差超过0.005秒，可能导致分接开关几百千安的电弧放电。
3.电弧和油之间快速能量转换，会导致电弧附近温度的快速上升，电弧能量导致变压器油被加热蒸发，并蒸汽裂解成小微粒及可燃气体，如氢气、甲烷、乙烷和乙烯等，裂解气体生成等离子体。由于非常集中的局部相变(高温下饱和蒸汽的压强)，变压器油阻止气泡膨胀从而保持气体和液态压力平衡，电弧周围气泡的压力迅速增加。气体与周围液体间的压力差产生压力波，从电弧位置向外传播，速度接近油中声速。压力波通过时局部压力快速上升，可达10～500mpa/s，导致某些区域压力上升，而其他区域压力则暂未上升。油箱和组部件受到的局部压力等级可达兆帕级，绝对能量达到数兆焦。开关体积较小，无法承受如此巨大的压力，随即大量油和气体从顶盖或压力释放阀泄露，大多数情况下将导致可燃气体和油的混合物与空气中的氧气接触，引发燃烧，如果燃烧延伸至开关油室，由于开关内部油室腔体狭小，极易造成油室爆炸。


技术实现要素：

4.基于此，有必要针对有载调压开关在内部油压急速变化时，无法承受内部产生巨大压力，导致大量油和气体从顶盖或压力释放阀泄露，进而引发燃烧和爆炸的问题，提供一种改善上述缺陷的有载调压开关防爆系统及变压器。
5.一种有载调压开关防爆系统，包括：
6.压力释放装置，安装于有载调压开关上并与所述有载调压开关的油腔相连，用于监测所述油腔的压力；
7.油气分离装置，与所述压力释放装置相连，当所述油腔内压力大于预设阈值时，所述压力释放装置连通所述油腔与所述油气分离装置，所述油腔内的油气经过所述油气分离装置后排出；将有载调压开关内油气的压力转移到油气分离装置内，通过油气分离装置对油气的压力进行释放，从而避免有载调压开关内油气压力过大造成的有载调压装置的损坏。
8.气体隔离装置，与所述压力释放装置通讯连接，当所述油腔压力大于所述预设阈值时，所述压力释放装置控制所述气体隔离装置向所述有载调压开关喷射惰性冷却介质。
通过气体隔离装置向有载调压开关喷射惰性冷却气体，以隔绝有载调压开关与空气中氧气的接触。即使有载调压开关有存在破损，导致油气从有载调压开关内漏出，因为与氧气的隔绝，使泄露的油气也不具备燃烧条件，进而减少爆炸风险。
9.在其中一个实施例中，所述有载调压开关防爆系统还包括开关储油装置，所述开关储油装置与所述油腔相连；
10.所述开关储油装置与所述压力释放装置通讯连接，当所述油腔内压力大于所述预设阈值时，所述压力释放装置控制所述开关储油装置关闭与所述油腔的连通。
11.在其中一个实施例中，所述开关储油装置包括开关储油柜、注油管和断流阀，所述注油管连通所述开关储油柜与所述油腔，所述断流阀位于所述注油管上并与所述压力释放装置通讯连接，以控制所述注油管的连通和关闭。
12.在其中一个实施例中，所述开关储油装置还包括气体继电器，所述气体继电器位于所述注油管上，以监控所述注油管内的气体流量。
13.在其中一个实施例中，所述油气分离装置包括压力释放管道和油气分离器，所述压力释放管道的一端与所述油气分离器相连，所述压力释放管道的另一端与所述压力释放装置相连。
14.在其中一个实施例中，所述油气分离器具有丝网，所述油气经过所述丝网后排出。
15.在其中一个实施例中，所述油气分离装置为碰撞式油气分离器。
16.在其中一个实施例中，所述气体隔离装置包括冷却机构、冷却管和喷头，所述喷头通过所述冷却管与所述冷却机构相连，所述喷头朝向所述有载调压开关以喷射惰性冷却介质。
17.在其中一个实施例中，所述喷头位于所述有载调压开关在重力方向的上方。
18.一种变压器，包括有载调压开关和上所述的有载调压开关防爆系统。
19.上述有载调压开关防爆装置，将有载调压开关内油气的压力转移到油气分离装置内，通过油气分离装置对油气的压力进行释放，从而避免有载调压开关内油气压力过大造成的有载调压装置的损坏。进一步地，通过气体隔离装置向有载调压开关喷射惰性冷却气体，以隔绝有载调压开关与空气中氧气的接触。油气分离装置配合气体隔离装置，既能够在有载调压开关出现故障的情况下，对有载调压开关内部的压力进行快速释放，又能够对故障位置通过防火介质快速隔离，进一步地降低有载调压开关失火及爆炸的风险，提高设备的安全性。
附图说明
20.图1为本实用新型一种有载调压开关防爆系统的结构示意图；
21.图2为图1中有载调压开关防爆系统的运行流程图。
22.有载调压开关10；
23.压力释放装置20；
24.油气分离装置30；油气分离器31；排气管32；压力释放管道33；
25.气体隔离装置40；冷却机构41；冷却管42；喷头43；
26.开关储油装置50；开关储油柜51；注油管52；断流阀53。
具体实施方式
27.为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本实用新型的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本实用新型。但是本实用新型能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本实用新型内涵的情况下做类似改进，因此本实用新型不受下面公开的具体实施例的限制。
28.在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，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实用新型的限制。
29.此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
30.在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，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，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
31.在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，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”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
32.需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“上”、“下”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。
33.参阅图1，本实用新型一实施例提供的一种有载调压开关防爆系统，包括：压力释放装置20、油气分离装置30和气体隔离装置40。
34.压力释放装置20安装于有载调压开关10上，并与有载调压开关10的油腔相连，压力释放装置20用于监测油腔的压力并具有一预设阈值。油气分离装置30与压力释放装置20相连，当油腔内压力大于预设阈值时，压力释放装置20连通油腔与油气分离装置30，油腔内的油气经过油气分离装置30后排出。
35.具体地，有载调压开关10在运行过程中发生内部故障，在分接开关产生电弧放电，释放大量能量，导致绝缘油汽化并蒸汽分解形成具有一定体积的压缩气泡。根据质量守恒
定律，在等质量的绝缘油汽化、分解形成等质量气体的过程中，体积变化将反比于密度变化，因此故障气泡体积上的扩张将导致气、液相界面压力增加，而气泡内部压力的不断增大将使得相界面上压力差以压力波的形式向四周传播。当此压力传播至压力释放装置20处并超过压力释放装置20的预设阈值时，压力释放装置20打开，将油腔与油气分离装置30连通，有载调压开关10的油腔内的油气在压力作用下进入到油气分离装置30内，经过油气分离装置30的释压和油气分离之后，再从油气分离装置30排除。如此，将有载调压开关10内油气的压力转移到油气分离装置30内，通过油气分离装置30对油气的压力进行释放，从而避免有载调压开关10内油气压力过大造成的有载调压装置的损坏。
36.进一步地，气体隔离装置40与压力释放装置20通讯连接，当油腔压力大于预设阈值时，压力释放装置20控制气体隔离装置40向有载调压开关10喷射惰性冷却介质。通过气体隔离装置40向有载调压开关10喷射惰性冷却气体，以隔绝有载调压开关10与空气中氧气的接触。即使有载调压开关10有存在破损，导致油气从有载调压开关10内漏出，因为与氧气的隔绝，使泄露的油气也不具备燃烧条件，进而减少爆炸风险。
37.上述有载调压开关10防爆装置，将有载调压开关10内油气的压力转移到油气分离装置30内，通过油气分离装置30对油气的压力进行释放，从而避免有载调压开关10内油气压力过大造成的有载调压装置的损坏。进一步地，通过气体隔离装置40向有载调压开关10喷射惰性冷却气体，以隔绝有载调压开关10与空气中氧气的接触。油气分离装置30配合气体隔离装置40，既能够在有载调压开关10出现故障的情况下，对有载调压开关10内部的压力进行快速释放，又能够对故障位置通过防火介质快速隔离，进一步地降低有载调压开关10失火及爆炸的风险，提高设备的安全性。
38.本实用新型的实施例中，有载调压开关防爆系统还包括开关储油装置50，开关储油装置50与油腔相连，开关储油装置50用于调节有载调压开关10内的油量，以保证有载调压开关10内变压器油的充足。当有载调压开关10发生故障导致有载调压开关10有失火和爆炸风险时，需要切断开关储油装置50给有载调压开关10的供油，以避免扩大失火及爆炸的风险。
39.具体地，开关储油装置50与压力释放装置20通讯连接，当油腔内压力大于预设阈值时，压力释放装置20控制开关储油装置50关闭与油腔的连通。如此，压力释放装置20在检测到有载调压开关10可能出现故障时，迅速切断有载调压开关10与开关储油装置50的连通，隔离有载调压开关10内的危险油气，避免开关储油设备被有载调压开关10波及。
40.在一些实施例中，开关储油装置50包括开关储油柜51、注油管52和断流阀53，开关储油柜51中储存有变压器油，开关储油柜51与有载调压开关10的油腔通过注油管52连通。
41.断流阀53位于注油管52上并与压力释放装置20通讯连接，以控制注油管52的连通和关闭。如此，当压力释放装置20在检测到有载调压开关10可能出现故障时，控制断流阀53关闭注油管52的连通，将开关储油柜51与油腔内的危险油气隔离开来，进而减少开关储油柜51失火和爆炸的风险。
42.具体到实施例中，开关储油装置50还包括气体继电器，气体继电器位于注油管52上，以监控注油管52内的气体流量。当有载调压开关10内出现故障时，油腔内的油气会通过注油管52往开关储油柜51内运动，当油气的流量高于气体继电器的预设的流量阈值时，气体继电器控制相关装置发出报警信号，并使气体继电器跳闸，切断有载调压开关10与电网
的连接，进而达到保护有载调压开关10的作用。
43.本实用新型的实施例中，油气分离装置30包括压力释放管道33和油气分离器31，压力释放管道33的一端与油气分离器31相连，压力释放管道33的另一端与压力释放装置20相连。当有载调压开关10出现故障时，油腔内的油气在压力的作用下通过压力释放管道33进入到油气分离器31中。通过选取合适管径与壁厚的压力释放管道33，可以使得油腔内的油气在排出时对压力释放管道33不会造成损伤，进而保证油气分离装置30的安全性。
44.在一些实施例中，油气分离装置30为碰撞式油气分离器31，油气分离器31的顶部具有排气管32。碰撞式油气分离器31利用碰撞后油气密度不同发生重力沉降，将油气中的变压器油沉积在油气分离器31的底部，其余气体通过上部的排期管道排气管32输送到远离有载调压开关10的安全位置进行处理。
45.进一步地，油气分离器31内具有丝网，通过丝网作为油吸附器。油气在经过丝网后排出，如此，油气中大分子油滴吸附在丝网上，而小尺寸的油雾通过丝网进入到排气管32。如此，使得排气管32排出的气体的直径在40微米以下。
46.本实用新型的实施例中，气体隔离装置40包括冷却机构41、冷却管42和喷头43，喷头43通过冷却管42与冷却机构41相连，喷头43朝向有载调压开关10以喷射惰性冷却介质。冷却机构41通过冷却管42输送惰性冷却介质至喷头43，并通过喷头43喷出。
47.其中，喷头43位于有载调压开关10在重力方向的上方。如此，惰性冷却介质在重力的作用下向有载调压开关10运动并将有载调压开关10包括在冷却惰性介质之内，以隔离空气与有载调压开关10。
48.可选地，冷却惰性介质可以为氮气、二氧化碳、水蒸气及烟道气等常用惰性介质，在此不做限定。
49.一种变压器，包括有载调压开关10和如上任一实施例中的有载调压开关防爆系统。
50.本实用新型实施例还提供一种应用于如上有载调压开关防爆系统的使用方法，参阅图2，包括以下步骤：
51.1)压力释放装置20及气体继电器都闭合，此时i＝1；
52.2)有载调压开关10内部压力急剧升高；
53.3)压力释放装置20被触发，发出动作信号，控制油气排出至油气分离装置30；气体继电器被触发，发出动作信号；
54.具体地，当油气分离装置30被触发之后，通过油气分离装置30能够将油气中的变压器油和气体进行分离，并分别收集。
55.4)检测压力释放装置20和气体继电器是否同时动作，若均被触发，i变为i 1，并开启气体隔离装置40，将有载调压开关10与空气隔离，并跳转执行步骤5)，若不是，跳转执行步骤1)；
56.具体地，气体隔离装置40对有载调压开关10喷射防火介质，以将有载调压开关10与空气隔离。
57.5)判断i是否大于2，若i大于2，保持油气分离装置30和气体隔离装置40开启，并发出警报，直至故障排除完毕，人工复位至步骤1；否则关闭油气分离装置30和气体隔离装置40，并复位至步骤1)。
58.上述有载调压开关防爆系统至少具有以下优点：
59.将有载调压开关10内油气的压力转移到油气分离装置30内，通过油气分离装置30对油气的压力进行释放，从而避免有载调压开关10内油气压力过大造成的有载调压装置的损坏。进一步地，通过气体隔离装置40向有载调压开关10喷射惰性冷却气体，以隔绝有载调压开关10与空气中氧气的接触。油气分离装置30配合气体隔离装置40，既能够在有载调压开关10出现故障的情况下，对有载调压开关10内部的压力进行快速释放，又能够对故障位置通过防火介质快速隔离，进一步地降低有载调压开关10失火及爆炸的风险，提高设备的安全性。
60.当压力释放装置20在检测到有载调压开关10可能出现故障时，控制断流阀53关闭注油管52的连通，将开关储油柜51与油腔内的危险油气隔离开来，进而减少开关储油柜51失火和爆炸的风险。
61.当油气的流量高于气体继电器的阈值时，气体继电器控制相关装置发出报警信号，并使气体继电器跳闸，切断有载调压开关10与电网的连接，进而达到保护有载调压开关10的作用。
62.油气在经过丝网后，油气中大分子油滴吸附在丝网上，而小尺寸的油雾通过丝网进入到排气管32。如此，使得排气管32排出的气体的直径在40微米以下。
63.以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
64.以上实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。