阅读说明：本技术 一种蒸发冷却壳式变压器 (Evaporative cooling shell type transformer ) 是由 温志伟 阮琳 熊斌 陈金秀 阎静 连广坤 于 2019-10-21 设计创作，主要内容包括：本发明属于变压器技术领域,具体涉及一种蒸发冷却壳式变压器。为了提高变压器的冷却效率,本发明提供的蒸发冷却壳式变压器包括外壳和铁芯,铁芯的中部铁芯柱上由内向外依次绕有低压绕组和高压绕组,铁芯采用分段布置以使相邻两段铁芯之间形成用于冷却工质的流道；在铁芯与外壳的内壁之间还设置有多个支撑块,支撑块用于将铁芯固定于外壳内,并且相邻的两个支撑块之间形成用于冷却工质的流道；其中,冷却工质为高蒸发潜热的绝缘有机液体。本发明通过将铁芯进行分段布置,使得冷却工质可以在铁芯段内自由流动,从而增大了冷却工质与变压器的接触面积,极大地提高了冷却工质的吸热效率,该冷却工质不燃不爆,大大提升了系统级的安全可靠性。(The invention belongs to the technical field of transformers, and particularly relates to an evaporative cooling shell type transformer. In order to improve the cooling efficiency of the transformer, the evaporative cooling shell type transformer provided by the invention comprises a shell and an iron core, wherein a low-voltage winding and a high-voltage winding are sequentially wound on an iron core column in the middle of the iron core from inside to outside, and the iron core is arranged in a segmented manner so that a flow channel for cooling a working medium is formed between two adjacent sections of iron cores; a plurality of supporting blocks are further arranged between the iron core and the inner wall of the shell, the supporting blocks are used for fixing the iron core in the shell, and a flow channel for cooling working media is formed between every two adjacent supporting blocks; wherein the cooling working medium is insulating organic liquid with high latent heat of vaporization. According to the invention, the iron cores are arranged in sections, so that the cooling working medium can freely flow in the iron core sections, the contact area between the cooling working medium and the transformer is increased, the heat absorption efficiency of the cooling working medium is greatly improved, the cooling working medium is non-combustible and non-explosive, and the safety and reliability of a system level are greatly improved.)

一种蒸发冷却壳式变压器

技术领域

本发明属于变压器技术领域，具体涉及一种蒸发冷却壳式变压器。

背景技术

变压器是利用电磁感应的原理来改变交流电压的装置，壳式变压器是用壳式铁心制成的变压器。变压器运行时要产生热量，散热问题是制约变压器性能的关键因素。现有技术采用变压器油冷却系统。变压器油冷系统存在如下问题：首先，变压器油粘度过高(10-15cs)，流动性差、换热效率较低；其次，油冷方式通常需要强迫油循环冷却利用比热换热原理对变压器内的发热部件进行散热，而变压器油比热低(1.8kJ/kg)，约为水的40％，带热能力较弱，使得变压器的重量和结构体积大。

因此，本发明提出了一种蒸发冷却壳式变压器来解决上述问题。

发明内容

为了解决现有技术的上述问题，即为了提高变压器的冷却效率，本发明提供了一种适宜采用蒸发冷却技术的壳式变压器，该壳式变压器包括外壳和铁芯，所述铁芯的中部铁芯柱上由内向外依次绕有低压绕组和高压绕组，所述铁芯采用分段布置以使相邻两段铁芯之间形成用于冷却工质的流道；在所述铁芯与所述外壳的内壁之间还设置有多个支撑块，所述支撑块用于将所述铁芯固定于所述外壳内，并且相邻的两个所述支撑块之间形成用于冷却工质的流道；其中，所述冷却工质为高蒸发潜热的绝缘有机液体。

在上述蒸发冷却壳式变压器的优选实施方式中，所述高压绕组与所述低压绕组之间设置有第一隔离条，所述第一隔离条用于使所述高压绕组和所述低压绕组之间形成用于冷却工质的流道。

在上述蒸发冷却壳式变压器的优选实施方式中，所述高压绕组与所述低压绕组之间的绝缘距离与所述第一隔离条的厚度相匹配，并因此将所述第一隔离条以挤压的方式固定于所述高压绕组与所述低压绕组之间。

在上述蒸发冷却壳式变压器的优选实施方式中，所述低压绕组为层式结构，并且每相邻的两层低压绕组之间设置有第二隔离条，所述第二隔离条用于使所述低压绕组内部形成用于冷却工质的流道。

在上述蒸发冷却壳式变压器的优选实施方式中，每相邻的两层低压绕组之间的绝缘距离与所述第二隔离条的厚度相匹配，并因此将所述第二隔离条以挤压的方式固定于相邻的两层低压绕组之间。

在上述蒸发冷却壳式变压器的优选实施方式中，所述高压绕组为层式结构，并且每相邻的两层高压绕组之间设置有第三隔离条，所述第三隔离条用于使所述高压绕组内部形成用于冷却工质的流道。

在上述蒸发冷却壳式变压器的优选实施方式中，每相邻的两层高压绕组之间的绝缘距离与所述第三隔离条的厚度相匹配，并因此将所述第三隔离条以挤压的方式固定于相邻的两层高压绕组之间。

在上述蒸发冷却壳式变压器的优选实施方式中，所述外壳上设置有进液口和集气口，在所述壳式变压器工作的过程中，液态冷却工质经过所述进液口进入所述外壳内部，经过用于冷却工质的流道以吸收所述壳式变压器的热量气化为气态冷却工质后经所述集气口流出。

在上述蒸发冷却壳式变压器的优选实施方式中，所述壳式变压器为用作轨道车辆的牵引变压器。

本发明通过将铁芯进行分段布置，使得冷却工质可以在铁芯段内自由流动，从而增大了冷却工质与变压器的接触面积，极大地提高了冷却工质吸收热量的效率。另外，本发明的冷却工质采用高蒸发潜热的绝缘有机液体，与传统强迫油冷相比，该冷却工质不燃不爆，完全消除变压器油可燃性的风险，大大提升了系统级的安全可靠性。本发明还在高压绕组、低压绕组以及高压绕组和低压绕组之间均设置了用于冷却工质的流道，进一步提高了冷却工质与变压器的接触面积。

附图说明

图1是本发明的蒸发冷却壳式变压器的剖视结构示意图；

图2是本发明的蒸发冷却壳式变压器的铁芯结构示意图。

附图说明：1-低压绕组；2-高压绕组；3-铁芯；4-外壳；5-支撑块；6-绝缘层或安装间隙；7-第一隔离条；8-第二隔离条；9-第三隔离条。

具体实施方式

为使本发明的实施例、技术方案和优点更加明显，下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。本领域技术人员应当理解的是，这些实施方式仅仅用于解释本发明的技术原理，并非旨在限制本发明的保护范围。

参照图1和图2，图1是本发明的蒸发冷却壳式变压器的剖视结构示意图；图2是本发明的蒸发冷却壳式变压器的铁芯结构示意图。如图1和图2所示，本发明的蒸发冷却壳式变压器包括外壳4和铁芯3，铁芯3的中部铁芯柱上由内向外依次绕有低压绕组1和高压绕组2，铁芯3采用分段布置以使相邻两段铁芯之间形成用于冷却工质的流道。关于“分段布置”具体是指：将铁芯3分割成若干段的形式，如图2中所示的每相邻的两段铁芯之间留有缝隙，该缝隙即为用于冷却工质的流道，这样可以使冷却工质在每个铁芯段内自由流动。图2示出的铁芯3被分割为7段。

在铁芯3与外壳4的内壁之间还设置有多个支撑块5，支撑块5用于将铁芯3固定于外壳4内，并且相邻的两个支撑块5之间形成用于冷却工质的流道。具体地，支撑块5一方面可以作为分段布置的铁芯3的支撑件，另一方可以是用作紧固的元件，以将铁芯3固定到外壳4内。换言之，铁芯3通过支撑块5固定到外壳4的内壁上。本领域技术人员可以理解的是，支撑块5的具体布置位置和数量根据壳式变压器的整体安装机械强度要求和满足对铁芯的冷却要求来确定。

上述的冷却工质为高蒸发潜热的绝缘有机液体，优选沸点为60～80℃的高蒸发潜热的绝缘有机液体。与传统强迫油冷相比，该冷却工质不燃不爆，完全消除变压器油可燃性的风险，大大提升了系统级的安全可靠性。

在一种具体的实施方式中，如图1和2所示，高压绕组2和低压绕组1与铁芯3之间具有绝缘层或安装间隙6，即高压绕组2与铁芯3之间具有绝缘层或安装间隙6、低压绕组1与铁芯3之间也具有绝缘层或安装间隙6。进一步，高压绕组2与低压绕组1之间设置有第一隔离条7，第一隔离条7用于使高压绕组2和低压绕组1之间形成用于冷却工质的流道。具体地，高压绕组2与低压绕组1之间的绝缘距离与第一隔离条7的厚度相匹配(换言之，第一隔离条7的厚度等于该绝缘距离)，这样一来，第一隔离条7能够以挤压的方式固定于高压绕组2与低压绕组1之间，从而在高压绕组2和低压绕组1之间形成冷却工质流道。

在一种具体的实施方式中，如图1和2所示，低压绕组1为层式结构，并且每相邻的两层低压绕组1之间设置有第二隔离条8，第二隔离条用于使低压绕组1内部形成用于冷却工质的流道。具体地，每相邻的两层低压绕组1之间的绝缘距离与第二隔离条8的厚度相匹配(换言之，第二隔离条8的厚度等于该绝缘距离)，这样一来，第二隔离条8能够以挤压的方式固定于相邻的两层低压绕组1之间，从而在相邻的两层低压绕组1之间形成垂直方向的冷却工质流道。

在一种具体的实施方式中，高压绕组2为层式结构，并且每相邻的两层高压绕组2之间设置有第三隔离条9，第三隔离条9用于使高压绕组2内部形成用于冷却工质的流道。具体地，每相邻的两层高压绕组2之间的绝缘距离与第三隔离条9的厚度相匹配(换言之，第三隔离条9的厚度等于该绝缘距离)，这样一来，第三隔离条9能够以挤压的方式固定于相邻的两层高压绕组2之间，从而在相邻的两层高压绕组2之间形成垂直方向的冷却工质流道。

本领域技术人员可以理解的是，第一隔离条7、第二隔离条8和第三隔离条9的横截端面的长宽比不宜过大，其具体布置位置和数量由高压绕组2和低压绕组1的机械强度要求确定，并不应影响冷却工质的流动。

作为示例，外壳4上设置有进液口(图1中未示出)和集气口(图1中未示出)。在壳式变压器工作的过程中，液态冷却工质经过该进液口进入外壳4内部，经过用于冷却工质的流道以吸收壳式变压器的热量气化为气态冷却工质后经集气口流出。作为示例，该壳式变压器可以用作轨道车辆的牵引变压器，如安装于车辆的底部。由于变压器在工作过程中发出大量的热量，该冷却工质采用的是沸点为60～80℃的高蒸发潜热的绝缘有机液体，因此，液态的冷却工质进入到外壳4内之后，可以沿着分段布置的铁芯3之间的缝隙流动，以及还可以沿着高压绕组2之间、低压绕组1之间、高压绕组2和低压绕组1之间的流道流动，从而增大冷却工质与变压器的接触面积，极大地提高了冷却工质吸收热量的效率。吸热气化为气态的冷却工质之后聚集于集气口，并在蒸气压力作用下通过该集气口流出，再经过冷却装置将气态冷却工质冷却为液态冷却工质后流回到外壳4内，如此循环往复地对变压器进行冷却。

至此，已经结合附图所示的优选实施方式描述了本发明的技术方案，但是，本领域技术人员容易理解的是，本发明的保护范围显然不局限于这些具体实施方式。在不偏离本发明的原理的前提下，本领域技术人员可以对相关技术特征作出等同的更改或替换，这些更改或替换之后的技术方案都将落入本发明的保护范围之内。