CN102368087A - 变压器测试 - Google Patents

Abstract

本发明名称为“变压器测试”。一种在高压环境中安装之前测试变压器的方法，包括以下步骤：a)提供包括叠片堆叠的变压器芯；b)将机械压缩力施加到该堆叠，该力至少等同于高压环境的周围压力；以及c)测试变压器的电效率。

Description

变压器测试

技术领域

本发明涉及在安装于高压环境中之前测试变压器的方法和变压器。

背景技术

在水下(例如，海底)电力配送应用中，变压器越来越多地在压力补偿外罩(enclosure)中使用。变压器容置于含油的外罩中，并且当其在水下部署时，使油压等于外部的水压，以便变压器因此可在特别高的压力(例如，等同于3000m的深度或者更深)的油中工作。典型地，变压器的磁芯由清漆覆盖的芯元件组成，并且如此高的压力可对其具有损伤效应。尽管可使用其它形状因素，但是这样的清漆覆盖的芯元件典型地形成为“I”轮廓和“E”轮廓的形状。这些芯元件可由诸如钢，或镍/铁合金等金属组成。

图1至图3图示带铁/镍合金芯的典型的简单50Hz变压器构造。该构造包括多个叠片，典型地具有0.5mm和0.35mm之间的厚度。示出的叠片分别包括所谓的“I”轮廓和“E”轮廓的芯元件1和2。在图2中示意性示出的组装过程期间，对每个叠片而言，“E”芯元件2的中间臂3穿过双线轴4和5的中心，双线轴4和5承载需要的绕组。“E”芯元件2布置成与“I”芯元件1对接(butt up)。将每个叠片以与其相邻的(一个或多个)叠片相反的方式组装，如图2所示，其中对于叠片的第二层，“E”芯元件6在与第一个“E”芯元件2相反方向上组装，并且在线轴4、5的、对第一个“I”芯元件1的相反侧处与“I”芯元件7对接。继续该过程以形成叠片堆叠，并且完成组装的堆叠通过螺母8和放置穿过芯元件中的孔10的螺纹杆9(图3中示出)结合在一起。图3中示出当部分组装时变压器的端视图。

最常见的与压力有关系的故障模式之一如下：在压力下，芯元件可被互相顶着“推动”，使得存在清漆损坏的可能性。这可导致芯元件之间的短路，并且因此导致可引起芯加热的、高于正常感应电流。该温度增加可显著降低变压器的效率，并且可导致它的破坏。

该问题的一个已知的解决方案是在安装变压器之前使用压力测试设备。这里，变压器安置在加压外壳内，选择压力以最好地模拟安装环境的周围压力。然而，这些设备使用和租用都非常昂贵，并且事实上许多变压器制造商都没有这种设备。

发明内容

本发明的目标是提供一种技术来减少在相对高的周围压力环境下的变压器故障。通过在部署之前测试变压器以识别潜在故障、通过模拟(例如，在海底位置)安装变压器时芯元件将遭受的高大气压力而实现该目标。不同于已知的压力测试设备，本发明利用施加到变压器的机械压缩力。

通过在变压器的叠片上暂时施加压缩力来实现该模拟。这可例如通过收紧叠片固定硬件并跨过叠片将压缩力散布到其中压缩力至少和安装时变压器将通过周围压力将遭受的压缩力相似的点来实现。因而，施加的压缩模拟了当变压器安装于海底时叠片遭受的情况。例如，在施加的叠片压缩期间或之后电测试变压器，以揭示由于叠片之间通过高压缩引起的任何短路导致的损耗的任何增加。

根据本发明的第一方面，提供有在高压环境中安装之前测试变压器的方法，包括以下步骤：

a)提供包括叠片堆叠的变压器芯；

b)将机械压缩力施加到该堆叠，该力至少等同于高压环境的周围压力；以及

c)测试该变压器的电效率。

要理解术语“高压环境”包含处于比正常地面气压范围高的周围压力下的任何环境。

根据本发明的第二方面，提供有适于使用所附权利要求中任一项所述的方法进行测试的变压器，包括：

变压器芯，其包括叠片的堆叠；

用于将机械压缩力施加到该堆叠的装置；以及

分布装置，其用于关于堆叠的范围至少部分地分布压缩力。

本发明提供超过现有技术的各种优点。最具体地，可以确定变压器的可靠性，使得安装后故障的可能性极大降低。这进而可节省在常规变压器安装在海底后故障或变得不可接受地损耗后常常很快招致的可观费用。本发明还提供对于当前采用的压力测试设备的、更便宜的备选，由于变压器设计的考虑其在生产成本上略有增加。

附图说明

现在将参照附图描述本发明，在附图中：

图1在分解图中示意性地示出已知变压器的部分；

图2示意性地示出制造图1的变压器的方法；

图3示意性地示出图1和图2的部分组装的变压器的端视图；

图4示意性地示出根据本发明测试的变压器；以及

图5示意性地示出图4的变压器的平面图。

具体实施方式

图4和图5图示适于根据本发明一实施例进行测试的变压器，其中，尽可能让相似的零件保留先前关于图1-图3使用的编号。

采用与图3中示出的变压器大体相似的方式，变压器包括双线轴4和5，双线轴4和5通过包括“I”芯元件和“E”芯元件1、2、6和7的多个叠片环绕。叠片被堆叠并通过多个螺杆构件9保持在一起，这些螺杆构件9位于提供在芯元件内的孔隙11之内。与图3的已知变压器相比，该变压器具有附加的孔隙，以改善压缩力分布，如将在下面描述的。

每个杆构件9与紧固装置(在该情况下，螺母)8合作接合，紧固装置8提供在每个杆构件9的每个末端处，以使叠片的堆叠保持在一起。

分布元件12安置在堆叠和紧固构件8之间。每个元件12是其尺寸使得大致上覆盖在使用的叠片平面的至少一个轴线上的刚性构件。如示出的，每个元件12是“L”形横截面的梁，梁的长度通常与叠片的长度或宽度之一相似，使得压缩力至少部分关于堆叠的范围分布。另外，垫片13可提供在元件12与堆叠之间，以确保元件与堆叠之间一致的压力传输，如将在下文描述的。

在变压器安装在高压环境中之前，执行以下步骤：

i)将机械压缩力施加到堆叠。

这里，收紧螺母8，即，相对于杆构件9移动为具体机械布置计算的特定转矩，以将机械压缩力施加到堆叠。凭借与现有技术变压器相比附加的孔隙和杆构件9、分布元件12和垫片13的提供，使压缩力跨过叠片的范围均匀地分布。

施加的力至少等同于变压器将安装在其中的高压环境的周围压力。理想地，施加的力大于该压力，以允许误差和更鲁棒的测试。

ii)测试变压器的电效率。

该测试具体用于识别与叠片间绝缘故障相关联的损耗。可使用电流表或电压表，以及附加地使用温度传感器，以识别可与绝缘故障相关联的、变压器的局部变暖区域。

当施加压缩力时可执行测试。备选地，测试可在已去除压缩力(即，通过松开螺母8)后发生(见下面)。

有利地，在施加压缩力之前可执行相似的测试，可比较压缩前测试的结果和压缩后测试的结果。

如果测试结果指示变压器损坏或者损害，那么它将被拒绝。

iii)将叠片的压缩放松到由变压器工作期间叠片的振动最小化指定的正常水平。

如上面提到的，电测试可在该步骤之后发生。

上面描述的实施例仅是示范性的，在本发明的范围内的其它可能性和备选对本领域技术人员将是明显的。

尽管变压器通常具有保持绕组的单个线轴，但是如在图中示出的，分离的线轴设计对于本发明是优选的，因为它允许在E叠片中的附加的孔，从而提供更多的机械载荷散布。然而，本发明仍然可与单个线轴变压器一起使用。

尽管已经描述具有“I”型芯元件和“E”型芯元件的变压器，但本发明不限于此，而是可使用任何类型的叠片。

可采用施加压缩力的不同方式。例如，杆构件可以是螺栓状的，使得它们在一端具有凸缘。这种情况下，每个杆只需要一个螺母。备选地，可代替之前描述的拧螺纹而使用其它压缩技术，例如，使用夹具。

可使用不同形式的分布元件，例如，垫板。备选地，取决于变压器设计，可完全省略分布元件。

Claims (14)

1.一种在高压环境中安装之前测试变压器的方法，包括以下步骤：

a)提供包括叠片堆叠的变压器芯；

b)将机械压缩力施加到所述堆叠，所述力至少等同于所述高压环境的周围压力；以及

c)测试所述变压器的电效率。

2.如权利要求1所述的方法，进一步包括去除所施加的压缩力的步骤。

3.如权利要求2所述的方法，其中去除所述压缩力的所述步骤在步骤c)之后发生。

4.如权利要求2所述的方法，其中去除所述压缩力的所述步骤在步骤c)之前发生。

5.如前面权利要求中任一项所述的方法，其中多个叠片中的每个包括至少一个孔隙，并且步骤a)包括：堆叠所述叠片，使得每个叠片的所述孔隙定位得包围杆构件。

6.如权利要求5所述的方法，其中紧固构件安置得与所述杆构件合作接合，并且步骤b)包括：相对于所述杆构件移动所述紧固构件，以将所述压缩力施加到所述堆叠。

7.如权利要求6所述的方法，其中所述杆构件是有螺纹的，并且所述紧固构件包括用于与所述杆构件的螺纹接合的螺母。

8.如权利要求7所述的方法，其中分布元件安置于所述堆叠和所述紧固构件之间，使得所述压缩力至少部分地关于所述堆叠的范围分布。

9.如权利要求8所述的方法，其中所述分布元件包括：其尺寸使得大致上覆盖在使用的所述叠片的平面的至少一个轴线上的刚性构件。

10.如前面权利要求中任一项所述的方法，其中每个叠片包括多个芯元件。

11.如前面权利要求中任一项所述的方法，其中施加到所述堆叠的所述压缩力比等同于所述高压环境的所述周围压力的压缩力大。

12.如前面权利要求中任一项所述的方法，其中所述高压环境包括海底安装。

13.一种适于使用前面权利要求中任一项所述的方法进行测试的变压器，包括：

变压器芯，其包括叠片的堆叠；

用于将机械压缩力施加于所述堆叠的装置；以及

分布装置，其用于关于所述堆叠的范围至少部分地分布所述压缩力。

14.如权利要求13所述的变压器，包括第一线轴和第二线轴。

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