变压器装置及用于电连接和断开变压器的方法与流程

1.本公开涉及一种包括瞬态电压保护的变压器装置，即用于保护变压器免受过电压瞬变(诸如由外部事件(闪电)或内部事件(开关)引起的过电压瞬变)影响的装置。更特别地，涉及一种具有可连接/可断开的电涌放电器装置的变压器装置。进一步涉及一种将变压器与电涌放电器装置连接或断开的方法。


背景技术：

2.存在保护变压器免受瞬态电压影响的不同方法，例如使用电涌放电器和/或电阻器-电容器(rc)保护。变压器被设计为承受一定的电应力。为了限制变压器所承受的电压，可以安装电涌放电器。这些电涌放电器限制了它们两个连接点之间的电压。最常见的是，电涌放电器是相对地安装的，因此限制了对应的电压。它们也可以是相对相(在三角形连接绕组的情况下)或相对中性点(在y连接绕组的情况下)安装的，并且还将限制绕组两端的电压。然而，绕组的内部谐振频率可能会被激发并可能导致显著的应力。
3.ep3282458公开了一种处于变压器箱中的绝缘流体中的变压器和变压器装置。电涌放电器用于改善干式变压器的内部谐振的阻尼，方法是利用到变压器绕组的中点或另一个点的连接件将连接在相绕组两端的电涌放电器一分为二。变压器的工厂验收测试(fat)(例如新变压器在被运送给客户之前进行的测试)是在将变压器安装到变压器箱中并断开任何电涌放电器之后执行的。因此，将电涌放电器布置在变压器箱外部，以使电涌放电器装置与变压器装置之间的连接件可以在验收测试之前断开并在测试之后重新连接。这些连接件经由许多套管穿过变压器箱的一个或多个壁。
4.套管价格昂贵，并且将电涌放电器布置在变压器箱外部会占用空间，而在要安装变压器箱的现场可能无法获得这样的空间。此外，如果套管遭受高环境温度和温度变化以及高且频繁的负载循环，则套管的性能可能会受到不利影响。套管的绝缘可能会恶化，并且在其搬动和使用期间可能会遭受机械损坏。套管的故障会导致整个变压器的故障。因此，套管在其使用期间必须进行监测和维护，以降低意外故障和延长系统停机时间的风险，这对网络管理员来说可能是非常昂贵的。
5.de2058202还公开了一种用于测试电涌放电器的电路。该电涌放电器可以经由熔丝连接到变压器。


技术实现要素：

6.因此，本发明的目的是实现一种具有改进的电涌放电器装置的变压器装置。与已知的装置相比，该电涌放电器装置易于连接和断开、成本更低并且占用更少的空间。
7.该目的根据本公开的第一方面来实现，其中，一种变压器装置包括具有绕组的变压器以及电涌放电器装置，该电涌放电器装置被配置为连接到该变压器的绕组。该电涌放电器装置进一步包括电涌放电器和开关，该电涌放电器布置成连接在该变压器的绕组的至少一区段两端。该开关能够在闭合状态与断开状态之间操作，使得在该闭合状态下，该电涌
放电器电连接在该变压器的绕组的至少一区段两端，并且在该断开状态下，该电涌放电器与该变压器的绕组的该至少一区段电断开。该变压器装置的电涌放电器装置进一步包括至少一个另外的电涌放电器，该至少一个另外的电涌放电器布置成连接在该变压器的绕组的至少一个另外的区段两端。该变压器装置另外包括至少一个另外的开关。该至少一个另外的开关能够在闭合状态与断开状态之间操作，使得在该闭合状态下，该至少一个另外的电涌放电器电连接在该变压器的绕组的该至少一个另外的区段两端，并且在该断开状态下，该至少一个另外的电涌放电器与该变压器的绕组的该至少一个另外的区段电断开。
8.因此，该开关允许将电涌放电器与绕组的区段(电涌放电器连接在该区段两端)简单地连接和断开。
9.应当理解，术语绕组的“区段”被定义为变压器的绕组的全部线长度，或绕组的线长度的一部分。
10.在绕组的区段是绕组的全部线长度的一部分的情况下，另外的电涌放电器和另外的开关可以连接在绕组的至少一个另外的区段两端，使得电涌放电器装置包括多对开关和电涌放电器，这些开关和电涌放电器可以在变压器的绕组两端进行电气连接和电断开。在闭合状态下，电涌放电器彼此串联地电连接在变压器的绕组两端。
11.根据本公开的另一方面，该电涌放电器装置包括中间连接件，该中间连接件布置在两个电涌放电器之间并且被配置为连接到该变压器的绕组，使得这两个电涌放电器连接在该绕组的相应区段两端。可选地，该电涌放电器装置包括至少一个另外的中间连接件，其中，每个另外的中间连接件在该变压器的绕组的另外的区段两端连接另外的电涌放电器。
12.因此，这些中间连接件被布置在各对开关和电涌放电器之间。在闭合状态下，电涌放电器彼此串联地电连接，并且每个电涌放电器进一步与变压器的绕组的相应区段并联地电连接。
13.根据本公开的另一方面，该整个电涌放电器装置被配置为当该电涌放电器装置的开关或每个开关处于该闭合状态时电连接到该变压器，并且该整个电涌放电器装置被配置为当该电涌放电器装置的开关或每个开关处于该断开状态时与该变压器电断开。
14.当整个电涌放电器装置与变压器电断开时，可以对变压器进行测试。因此，这些开关允许将整个电涌放电器装置与变压器的绕组简单地连接和断开。
15.根据本公开的另一方面，该变压器装置包括容纳绝缘流体的变压器箱，该绝缘流体即用于电绝缘和冷却该变压器的任何合适的流体，其中，该变压器和该电涌放电器装置被配置为至少部分地浸没在该变压器箱中的绝缘流体中。
16.开关和电涌放电器可以与变压器一起布置在变压器箱内，从而减少了穿过变压器箱壁以将电涌放电器装置与变压器相连接所需的套管的数量。此外，通过将电涌放电器装置容纳在箱内部，节省了箱外部的空间，从而使变压器箱在有限空间中的安装更加容易。电涌放电器装置可以安装在变压器箱内部，处于变压器铁芯和绕组上方的水平位置，或处于变压器绕组旁边的竖直位置。
17.根据本公开的另一方面，该绝缘流体是绝缘液体。
18.绝缘液体可以是油，例如矿物油，诸如硅油、烃油或酯基液体/油。
19.根据本公开的另一方面，该开关或每个开关是旋转开关或分接头变换器。
20.在测试变压器时，开关需要在断开状态下具有所需的耐电压能力。进一步地，当电
涌放电器装置被配置成变压器的瞬态电压保护时，开关需要在闭合状态下具有足够的电流引导能力，用于传导电流通过一个或多个电涌放电器。因此，开关可以是旋转开关或分接头变换器。
21.根据本发明的另一方面，该电涌放电器是金属氧化物变阻器，诸如氧化锌(zno)变阻器。
22.电涌放电器可以包括堆叠在一起的氧化锌块，这样允许安装在诸如绝缘油等绝缘流体中。
23.根据本公开的另一方面，该电涌放电器包括被配置为经由中间连接件连接到绕组的分接头。
24.分接头允许简单地安装和连接到变压器。分接头还允许准确地保护绕组中受力最大的部分。
25.根据本公开的另一方面，该变压器是单相变压器。
26.在单相变压器的情况下，电涌放电器装置在变压器的绕组两端连接或断开。
27.根据本公开的另一方面，其中，该变压器包括多个相臂中的相臂绕组。
28.在多个相臂的情况下，电涌放电器装置被布置在每个相臂处。术语相臂和相臂绕组可以互换使用并且表示物理绕组。然而，每个相臂绕组(或相臂)专用于多相变压器的其各自的电相。
29.根据本公开的另一方面，这些相臂绕组以三角形配置、y形配置或之字形(z形)配置连接。
30.三角形配置、y形配置或z配置是多相变压器的相臂绕组的已知配置。本公开适用于任何这样的配置。
31.根据本公开的另一方面，该变压器装置进一步包括电连接在变压器与地之间的辅助电涌放电器装置。
32.该辅助电涌放电器装置可以至少部分地布置在变压器箱内部或至少部分地布置在变压器箱外部。箱外部的辅助电涌放电器装置不需要开关。然而，箱内部的辅助电涌放电器装置使安装更简单，并且其更容易将现场其他设备与变压器箱中的变压器和辅助电涌放电器装置相连接。
33.根据本公开的另一方面，该变压器装置包括多个可选择性地且可单独操作的开关。替代性地，两个或更多个开关可以被布置成同时操作。一个或多个开关可以任何合适的方式操作，诸如手动操作或远程操作。
34.该目的还根据本公开的第二方面来实现，其中，一种用于将变压器与包括至少一个电涌放电器和至少一个开关的电涌放电器装置电连接或电断开的方法包括以下步骤：通过该至少一个开关将该至少一个电涌放电器与该变压器的绕组的一个或多个区段电连接或电断开。该至少一个开关能够在闭合状态与断开状态之间操作，使得在该闭合状态下，该至少一个电涌放电器电连接在该变压器的绕组的一个或多个区段两端，并且在该断开状态下，该至少一个电涌放电器与该变压器的一个或多个绕组电断开，其中，该电涌放电器装置进一步包括至少一个另外的电涌放电器和至少一个另外的开关，该至少一个另外的电涌放电器布置成连接在该变压器的绕组的至少一个另外的区段两端。通过该至少一个开关将该至少一个电涌放电器与该变压器的绕组的一个或多个区段电连接或电断开的步骤进一步
包括通过该至少一个另外的开关将该至少一个另外的电涌放电器与该变压器的绕组的该至少一个另外的区段连接或断开。
35.因此，该方法通过闭合或断开该至少一个开关来实现整个电涌放电器装置与变压器的容易的连接或断开。
附图说明
36.本发明的进一步的目的和优点以及特征将从以下参考附图对一个或多个实施例的描述中变得显而易见，在附图中：
37.图1示出了根据本公开的实施例的单相变压器配置。
38.图2至图3示出了根据本公开实施例的安装在变压器箱中的单相变压器配置的变体。
39.图4示出了根据本公开的实施例的分区段单相变压器配置。
40.图5示出了根据本公开的实施例的多相三角形变压器配置。
41.图6示出了根据本公开的实施例的多相y形变压器配置。
42.图7示出了根据本公开的实施例的多相y形变压器配置。
43.图8示出了根据本公开的实施例的多相z形变压器配置。
44.应当注意，附图不一定按比例绘制，并且为了清楚起见，某些特征的尺寸可能已被放大。
具体实施方式
45.下面参考示出实施例示例的附图更详细地描述本发明。本发明不应被视为局限于所描述的实施例示例。而是，本发明由所附权利要求限定。在整个说明书中，相似的附图标记指代相似的元件。
46.现在将参考图1至7讨论本发明的包括电涌放电器装置的变压器装置的实施例。
47.图1图示了变压器装置1的第一实施例。变压器2具有绕组3。图1中所示的变压器2被配置成单相变压器，在端子a处连接到ac电压。电涌放电器装置4被配置为连接到变压器2的绕组3。电涌放电器装置4包括电涌放电器5，该电涌放电器布置成跨接变压器2的绕组3的至少一区段3a。术语绕组的“区段”是变压器2的绕组3的线长度的区段3a，并且可以涉及变压器2的绕组3的全部线长度或绕组3的线长度的一部分。电涌放电器装置4还包括开关6。开关6能够在闭合状态与断开状态之间操作，使得在闭合状态下，电涌放电器5电跨接变压器2的绕组3的至少一区段3a，并且在断开状态下，电涌放电器5与变压器2的绕组3的至少一区段3a电断开。
48.开关需要在断开状态下具有一定的所需耐电压能力，以便可以对变压器进行工厂验收测试。此外，当电涌放电器装置被配置成变压器的瞬态电压保护时，开关需要在闭合状态下具有足够的电流引导能力，以传导电流通过放电器。开关6因此可以是旋转开关或分接头变换器。
49.电涌放电器5可以是氧化锌(zno)变阻器。zno变阻器包括堆叠在一起的zno块，这样允许安装在诸如绝缘油等绝缘流体中。电涌放电器/zno变阻器可以进一步包括被配置为连接到绕组的分接头。这样的分接头允许简单地安装和连接到变压器。
50.变压器2进一步连接到地9。
51.图2和图3示出了安装在容纳绝缘流体的变压器箱10中的图1的单相变压器2。变压器2和电涌放电器装置4被配置为至少部分地浸没在变压器箱10中的绝缘流体中。绝缘流体可以是液体，诸如油，例如烃油或酯基液体/油。
52.变压器可以通过变压器箱壁中的套管11经由端子a在外部连接到ac电压。
53.由于电涌放电器5与变压器2的开关式布置，开关6和电涌放电器5可以与变压器一起布置在变压器箱内部，从而减少了穿过变压器箱壁以将电涌放电器装置4与变压器2相连接所需的套管的数量。另外，通过将电涌放电器装置容纳在变压器箱10内部，节省了箱外部的空间，从而使得变压器箱10在有限空间(诸如高压柜等)中的安装更加容易。
54.图2示出了变压器装置1与变压器箱10外部的地9的连接。然而，如图3所示，也可以将变压器装置1连接到变压器箱10内部的地9，从而与图2的实施例相比省去了一个套管11。
55.变压器装置1的电涌放电器装置4可以进一步包括至少一个另外的电涌放电器5，如图4所示，该至少一个另外的电涌放电器布置成跨接变压器2的绕组3的至少一个另外的区段3a。变压器2的绕组3被分成多个区段3a，其中，电涌放电器5跨接每个区段3a。电涌放电器装置可以进一步包括至少一个另外的开关6。至少一个另外的开关6能够在闭合状态与断开状态之间操作，使得在闭合状态下，至少一个另外的电涌放电器5电跨接变压器2的绕组3的至少一个另外的区段3a，并且在断开状态下，至少一个另外的电涌放电器5与变压器2的绕组3的至少一个另外的区段3a电断开。
56.电涌放电器装置4可以包括中间连接件7，该中间连接件布置在两个电涌放电器5之间并且被配置为连接到变压器的绕组3，使得这两个电涌放电器5跨接绕组的相应区段3a。可选地，其中，电涌放电器装置4包括至少一个另外的中间连接件7，每个另外的中间连接件7在变压器2的绕组3的另外的区段3a两端跨接另外的电涌放电器5。
57.中间连接件7被布置在各对开关6和电涌放电器5之间。绕组3内的中间连接件7可以位于绕组3的中间，以形成绕组3的两个同样大的区段3a，即第一和第二区段3a。替代性地，绕组3内的连接件可以使得第一和第二绕组区段3a具有不同的尺寸。通过中间连接件7，第一电涌放电器5跨接绕组3的第一区段3a(连接到其并与其并联)，而第二电涌放电器5跨接绕组3的第二区段3a(连接到其并与其并联)。在图4的实施例中，绕组3被分成两个区段3a，每个区段具有连接在其两端的对应的电涌放电器5和开关6。然而，绕组3可以通过另外的中间连接件7(未示出)被分成任意数量的区段3a，其中每个区段3a具有跨接在绕组3两端的一系列电涌放电器5和开关6中的对应的电涌放电器5和开关6。在闭合状态下，电涌放电器5彼此串联地电连接，并且每个电涌放电器5进一步与变压器2的绕组3的相应区段3a并联地电连接。
58.在闭合状态下彼此串联地跨接变压器绕组3(即，连接到其并与其并联)的至少两个电涌放电器5与绕组3内的一个或多个其他连接点(例如，在绕组3的中点)之间的一个或多个中间连接件7的益处是它限制了绕组3的内部谐振。
59.开关6被布置成使得整个电涌放电器装置4被配置为当电涌放电器装置4的开关6或每个开关6处于闭合状态时电连接到变压器2，并且整个电涌放电器装置4被配置为当电涌放电器装置(4)的开关6或每个开关6处于断开状态时与变压器2电断开。当整个电涌放电器装置4与变压器2电断开时，可以对变压器2进行工厂验收测试。这些开关允许将整个电涌
放电器装置4与变压器2的绕组3简单地连接和断开。当变压器装置1安装在变压器箱10中时，该开关式布置特别有益，因为变压器2在安装在变压器箱10中之后必须在没有瞬态电压保护的情况下进行测试。
60.变压器2可以替代性地是多相变压器，诸如三相变压器。变压器2然后包括多个绕组3，该多个绕组包括呈多个相臂中的相臂绕组形式的至少一个区段3a。就本公开关于可与变压器2连接和断开的电涌放电器装置4而言，每个相臂绕组对应于上文描述的变压器装置1的绕组3。相应地，相臂绕组在本文中等同于绕组3，其包括至少一个区段3a，电涌放电器5可经由开关6跨接在该区段。
61.图5示出了三相变压器2。三个相通过变压器箱10的壁中的套管11经由端子a、b和c连接到相应的相臂绕组。图5的目的是图示应用于普通三相变压器的电涌放电器装置4的配置。变压器2的每个绕组3(相臂)因此配置有电涌放电器装置4，该电涌放电器装置包括电涌放电器5和开关6，该电涌放电器布置成跨接变压器2的绕组3(相臂)的至少一区段3a，并且其中，开关6能够在闭合状态与断开状态之间操作，使得在闭合状态下，电涌放电器5电跨接变压器2的绕组3的至少一区段3a，并且在断开状态下，电涌放电器5与变压器2的绕组3的至少一区段3a电断开。
62.类似地，图6、图7和图8示出了三相变压器2的进一步实施例。
63.任何前述实施例的变压器装置1可以包括电连接在变压器2与地9之间的辅助电涌放电器装置8。辅助电涌放电器装置8包括电涌放电器5，诸如zno变阻器。每个相可以包括连接在变压器2的相应相端子a、b、c与地9之间的一个电涌放电器。辅助电涌放电器8可以替代性地连接在变压器箱10的内部或外部。
64.与现有技术相比，当前公开的电涌放电器装置4易于连接和断开，并且允许减少套管11的数量并实现了变压器装置1的更紧凑尺寸。图1至图4的单相变压器2如果被安装在变压器箱10中则需要一个或两个套管11，这取决于变压器2是在变压器箱10的外部还是内部接地。图5至图7的三相变压器2需要三个或四个套管11，这取决于变压器2是在变压器箱10的外部还是内部接地。
65.由于电涌放电器装置4与绕组3的连接，如现有技术中所述，在变压器箱的外部具有电涌放电器装置的变压器装置1可能需要每个连接件一个套管。换言之，被分成两个区段3a的绕组3将需要三个到电涌放电器装置的连接件，即绕组两端的连接件各一个套管，以及中间连接件一个套管。
66.对于现有技术的三相三角形配置，可能需要六个套管，每个中间连接件一个、以及每个端子一个，其中，用于一个相臂绕组的连接件的套管也用于三相变压器的相邻相臂绕组的另一个连接件，如图5所示。
67.在现有技术的三相y形配置的情况下，每个相臂绕组的连接件与其他连接件互连，从而形成变压器的中性点。通常，y形配置中的中性点可以容纳在同一套管中。因此，三相y形配置可能需要总共七个套管；中性点一个、端子三个、以及每个相臂绕组的中间连接件各一个第二套管。
68.因此可以看出，本公开实现了优于现有技术的显著优势。