用于电力变压器的安全设备及相关的电力变压器

摘要

一种用于电力变压器的安全设备，包括：-壳体，该壳体设置有内室，该内室适于以液压连通的方式与相关联的电力变压器的容纳油的容器和容纳油的贮存器连接，用于使油经由内室在容器与贮存器之间流动；-第一油流出检测叶片，该第一油流出检测叶片可移动地连接至壳体并且沿着油流的路径布置，第一油流出检测叶片适于当油以大于警报油速阈值的油速从容器流出时移动离开静止位置；-第二油流出检测叶片，该第二油流出检测叶片可移动地连接至壳体并且沿着油流的路径布置，该第二油流出检测叶片适于当油以大于安全油速阈值的油速从容器流出时移动离开静止位置，其中，安全油速阈值大于警报油速阈值；-第一检测装置，该第一检测装置用于对第一油流出检测叶片离开其静止位置的移动进行检测，第一检测装置适于连接至警报装置，该警报装置用于当检测到的第一油流出检测叶片离开其静止位置的移动超过警报油速阈值时发出信号；-第二检测装置，该第二检测装置用于对第二油流出检测叶片离开其静止位置的移动进行检测，第二检测装置适于当检测到的第二油流出检测叶片离开其静止位置的移动超过安全油速阈值时使断路器装置介入，该断路器装置适于使电力变压器与相关联的电力网断开连接。

说明书

本公开内容涉及用于电力变压器的安全设备、特别是瓦斯继电器 (Buchholz relay)类型的安全设备，并且涉及使用这种安全设备的相 关的电力变压器。

本公开内容的安全设备适于在电力传输及分配的领域中使用以检 测电力变压器的失效或内部故障。

特别地，本安全设备适于安装在油浸式电力变压器上以检测快速 或缓慢的气体积聚、油泄漏以及油流动变化。

如今，已知的安全设备——通常为瓦斯继电器——安装在配备有 被称为“贮存器”的外置顶部的油储存器的油浸式电力变压器上。

这些传统的安全设备包括具有内室的壳体，该内室与电力变压器 的容器和贮存器连通。

这些已知的安全设备根据机型具有多个系统以检测电力变压器 的失效或失灵。

已知的安全设备的第一种机型设置有布置在内室中的浮动开 关。

浮动开关电连接至断路器，该断路器适于在失效的情况下使电 力变压器与电力网断开连接。

在气体在电力变压器中缓慢积聚——例如，由于轻微过载，该 轻微过载引起绝缘油分解——的情况下，所产生的气体积聚在安全 设备的内室的顶部并且迫使油位下降。

在这种情况下，如果油位降低到超过某个阈值从而向下移动浮 动开关，则浮动开关借助于断路器使电力变压器与电力网断开连接。

已知的安全设备的第二种传统机型不仅设置有所述第一浮动开 关而且设置有第二浮动开关且设置有警报装置。

第二浮动开关通常用来检测变压器的油容器中的油缓慢的降 低，并且适于在安全设备的内室中的油位降低到超过警报油位阈值 的情况下使连接于第二浮动开关的警报装置启动。

通常，上述安全设备还配备有适于在油流动的情况下致动断路 器的流动启动的安全开关。

更具体地，例如，如果在电力变压器中形成电弧，则气体积聚 是迅速的，并且油穿过安全设备快速地流入贮存器中。

流动启动的安全开关检测油速是否超过安全油速阈值，并且， 如果油速超过安全油速阈值，则该流动启动的安全开关通过致动相 关联的断路器使电力变压器与电力网断开连接。

特别地，流动启动的安全开关包括框架和油流出检测叶片，该 框架固定至安全设备的壳体中，油流出检测叶片沿着移动的油的路 径布置并且由该框架可移动地支撑。

油流出检测叶片适于通过流动的油而移动离开静止位置，使得 在油的速度超过预定油速阈值的情况下油流出检测叶片移动离开其 静止位置并且启动断路器，该断路器使电力变压器与电力网断开连 接。

虽然这些已知的安全设备充分地执行了这些功能，但仍存在一 些待改进的方面。例如，在变压器失效的情况下，此时不可能确定 失效的起源。

事实上，在上述安全设备中，如果发生失效而使得断路器被启 动并且因此电力变压器被停用、且油位超过油位阈值，则几乎不可 能、特别是几乎不可能从远程位置判断该断路器的启动是由浮动开 关触发的还是由油流出检测叶片触发的，该断路器的启动由浮动开 关触发是由于在油泄漏的情况下油的缓慢降低引起的，该断路器的 启动由油流出检测叶片触发是由于迅速的气体积聚所产生的迅速的 油运动。因此，不可能得知电力变压器失效的起源并且因此不可能 得知电力变压器失效的严重性。

上述安全设备的另一个缺陷在于断路器的启动可能是源自油流 出检测叶片的意外运动、例如由于强烈振动或由于磁场作用而引起 的油流出检测叶片的意外运动。

在这种情况下，不可能将油流出叶片的意外运动的情况与电力 变压器的停用是源自由于油从电力变压器的容器快速流出而引起油 流出检测叶片移动的情况区分开来。

上述已知的安全设备的另一个缺陷在于不可能检验油流出检测 叶片的移动性，使得不可能判断在油从电力变压器容器迅速流出的 情况下叶片是否能够启动断路器。

最后，一旦设备被校准，调节油速阈值是不可能的，使得这种 安全设备不能适于特定的操作需要。

本公开内容旨在应对上面指出的问题中的至少一些问题。

这种目的是通过用于电力变压器的安全设备来实现的，该安全 设备包括：

–壳体，该壳体设置有内室，该内室适于以液压连通的方式与相 关联的电力变压器的容纳油的容器以及容纳油的贮存器连接，用于 使油从所述容器经由所述内室流动至所述贮存器或使油从所述贮存 器经由所述内室流动至所述容器；

其特征在于，该安全设备还包括：

-第一油流出检测叶片，该第一油流出检测叶片可移动地连接至 所述壳体并且沿着油流的路径布置，所述第一油流出检测叶片适于 当油以大于警报油速阈值的油速从所述容器流出时移动离开静止位 置；

-第二油流出检测叶片，该第二油流出检测叶片可移动地连接至 所述壳体并且沿着油流的路径布置，所述第二油流出检测叶片适于 当油以大于安全油速阈值的油速从所述容器流出时移动离开静止位 置，所述安全油速阈值大于所述警报油速阈值；

-第一检测装置，该第一检测装置用于对所述第一油流出检测叶 片离开其静止位置的移动进行检测，所述第一检测装置适于连接至 警报装置，所述警报装置用于当检测到的所述第一油流出检测叶片 离开其静止位置的移动超过所述警报油速阈值时发出信号；

-第二检测装置，该第二检测装置用于对所述第二油流出检测叶 片离开其静止位置的移动进行检测，所述第二检测装置适于当检测 到的所述第二油流出检测叶片离开其静止位置的移动超过所述安全 油速阈值时使断路器装置介入，该断路器装置适于使所述电力变压 器与相关联的电力网断开连接。

从根据本公开内容的安全设备的优选的、但非穷举性的实施方 式的以下描述中，另外的特征和优势将显现，在附图中提供本实施 方式的非限制性示例，在附图中：

图1示意性示出了根据本公开内容的安全设备；

图2a、图2b、图2c是以三种不同的操作构型描绘的图1的安 全设备的立体图；

图3是图1的安全设备的细节的立体图；

图4是图3的安全设备的细节的另一个立体图；

图5图示了包括根据本公开内容的安全设备的示例性油浸式电 力变压器。

参照前述附图，附图标记10总体上指示用于电力变压器的安全 设备、特别是瓦斯继电器类型的安全设备，该安全设备适于在电力 传输及分配的领域中使用以检测相关联的电力变压器的某些失效。

特别地，本安全设备10适于安装在油浸式电力变压器11上以 检测快速的油流、和/或缓慢的气体积聚和/或油泄漏。

安全设备10包括壳体14，该壳体14设置有内室15，该内室15 适于以液压连通的方式与电力变压器11的容纳油的容器或箱12和 容纳油的贮存器13连接，该安全设备10被使用在电力变压器11中； 在实践中，当安全设备10被安装时，安全设备10定位成沿着变压 器油103从容器12到贮存器13的流动路径/变压器油103从贮存器 13到容器12的流动路径使得油流经内室15。

根据本领域中已知的方案或本领域技术人员容易获得的方案， 安全设备10操作性地连接至断路器装置16，该断路器装置16适于 电连接至位于电力变压器11与电力分配或传输网17——与变压器 11自身相关联——之间的电连接件。如将在下文中更详细地描述的， 该断路器装置16适于根据指令使电力变压器11与电力分配或传输 网17断开连接。

此外，安全设备10包括至少一个浮动开关、优选两个浮动开关 18a和18b，该两个浮动开关18a和18b设置在所述内室15中并且 设置有连接装置、例如电线，用于将第一浮动开关18a操作性地连 接至断路器装置16并且将第二浮动开关18b操作性地连接至第一警 报装置，该第一警报装置在图1中由附图标记40示意性指示。该第 一警报装置可以是任何合适类型的警报装置，例如，诸如灯之类的 视觉警报装置、听觉警报装置、本地警报装置或远程警报装置；例 如，该第一警报装置可以包括设置在控制室中的警报灯或包括如下 电子装置，该电子装置适于将电子警报信息发送至由操作者监控的 接收装置。

特别地，如果内室15中的油位降低到超过安全油位阈值，则第 一浮动开关18a连接至断路器装置16以命令电力变压器11与电力 分配或传输网17断开连接。

在内室15中的油位降低到超过警报油位阈值的情况下，第二浮 动开关18b适于启动所述第一警报装置40；所述警报油位阈值不同 于所述安全油位阈值并且特别地对应于内室15中的、比对应于安全 油位阈值的油位更高的油位。

根据本公开内容，安全设备10包括至少两个油流出检测叶片19 和20，该两个油流出检测叶片19和20优选地借助框架21可移动 地连接至壳体14，并且沿着容器12与贮存器13之间的油流的路径 布置。

油流出检测叶片19和20适于因从油容器12引向贮存器13的 油流的流体动压作用而移动离开静止位置，以检测在电力变压器的 容器12中是否发生快速油流。

更具体地，第一油流出检测叶片19可移动地连接至壳体14，并 且适于在油以大于警报油速阈值的速度从所述油容器12流出的情 况下移动离开自其静止位置。

因此，如果油以小于所述警报油速阈值的速度从油容器12穿过 安全设备10流出，则第一油流出检测叶片19未明显地移动并且基 本静止在其静止位置；另外，如果油以大于所述警报油速阈值的速 度流出，则第一油流出检测叶片19离开其静止位置移动。

第二油流出检测叶片20也是可移动地连接至壳体14并且也沿 着油流的路径布置，并且适于在油以大于安全油速阈值的速度从所 述油容器12流出的情况下移动离开其静止位置。

所述安全油速阈值大于所述警报油速阈值。

因此，与第一油流出检测叶片19类似，第二油流出检测叶片20 也适于在油以小于所述警报油速阈值的速度从油容器12穿过安全 设备10流出的情况下仍然基本保持在其静止位置，但在油速超过所 述警报油速阈值而未超过所述安全油速阈值的情况下该第二油流出 检测叶片20也仍然基本保持在其静止位置。

此外，安全设备10包括第一检测装置22和第二检测装置23， 该第一检测装置22和第二检测装置23用于分别对所述第一油流出 检测叶片19和第二油流出检测叶片20离开其相对应的静止位置的 移动进行检测。

第一检测装置22适于连接至在图1中由附图标记50示意性指 示的第二警报装置，该第二警报装置用于发出第一油流出检测叶片 19离开其静止位置移动的信号，该信号意味着油在安全设备10中 从油容器12流动至贮存器13的速度超过所述警报油速阈值。

所述第二警报装置50可以是任何合适类型的警报装置，例如， 诸如灯之类的视觉警报装置、听觉警报装置、本地警报装置或远程 警报装置；例如，第二警报装置50可以包括设置在控制室中的警报 灯或包括如下电子装置，该电子装置适于将电子警报信息发送至由 操作者监控的接收装置。

在第二油流出检测叶片20离开其静止位置移动的情况下，第二 检测装置23连接至断路器装置16以命令电力变压器11与电力分配 或传输网17断开连接，这意味着油在安全设备10中从油容器12 流动至贮存器13的速度超过所述安全油速阈值。

例如，在电弧在电力变压器11中形成的情况下，安全油速阈值 被设定成与油在安全设备10中从油容器12流出的速度相对应(或 适当地小于该速度)的油速值。

在本公开内容的示例性实施方式中，如附图中所图示的，安全 设备10包括框架21，该框架21在所述内室15中连接至壳体14。

内室15具有第一开口25和第二开口26，该第一开口25在操作 中以液压连通的方式与电力变压器11的油容器12连接，该第二开 口26在操作中以液压连通的方式与贮存器13连接。

第一开口25和第二开口26例如同轴地面向彼此并且设置在内 室15的相对的壁上。

在已图示出的示例性实施方式中，第一油流出检测叶片19和第 二油流出检测叶片20各自设置有前部平面19a、20a，当第一油流 出检测叶片19和第二油流出检测叶片20处于静止位置时，所述前 部平面19a、20a横向于、例如大致垂直于第一开口25和第二开口 26的共同的轴向方向。

所述第一开口25和第二开口26的所述轴向方向限定了穿过内 室15的油流方向B。

前部平面19a、20a定向成面向第一开口25从而被从油容器12 向贮存器13流动的油包围。

更具体地，第一油流出检测叶片19和第二油流出检测叶片20 优选地相对于与所述油流方向B大致垂直的转动轴线C、D可移动 地连接至框架21。

此外，所述第一检测装置22和第二检测装置23中的至少一个 检测装置、优选每个检测装置包括连接至壳体14的簧片开关22a、 23a和连接至相对应的油流出检测叶片19、20的磁致动器22b、23b。

特别地，第一检测装置22包括第一磁致动器22b和第一簧片开 关22a，该第一磁致动器22b固定在第一油流出检测叶片19上，该 第一簧片开关22a固定至邻近第一油流出检测叶片19的框架21， 使得在第一油流出检测叶片19移动离开其静止位置的情况下磁致 动器行进到第一簧片开关22a附近，由此启动第一簧片开关22a。

在第一簧片开关22a被启动的情况下，第一检测装置22操作上 述警报装置50以发出油流经安全设备的信号，由此发出电力变压器 11的、可对应于电力过载的异常操作状态的信号。

第二检测装置23包括第二磁致动器23b和第二簧片开关23a， 该第二磁致动器23b连接在第二油流出检测叶片20上，第二簧片开 关23a固定至与邻近第二油流出检测叶片20的框架21，使得在第 二油流出检测叶片20移动离开其静止位置的情况下第二磁致动器 23b行进到第二簧片开关23a附近，从而启动第二簧片开关23a。

如果第二簧片开关23a被启动，则第二检测装置23命令断路器 装置16使电力变压器11与电力分配或输送网17断开连接。

此外，安全设备10有利地包括第一保持装置25，该第一保持装 置25在所述内室15中机械地连接至所述壳体14，用于对第二油流 出检测叶片20施加第一保持力，以防止第二油流出检测叶片20离 开其静止位置移动或至少抵抗第二油流出检测叶片20离开其静止 位置的移动直到由从油容器12流动至贮存器13的油施加在所述第 二油流出检测叶片20上的流体动力小于所述第一保持力为止。

换言之，保持装置25设计成保持该第二油流出检测叶片20基 本处于其静止位置直到由从油容器12流动至贮存器13的油施加在 第二油流出检测叶片20上的流体动力大于所述第一保持力为止。

例如，第一保持力是磁力。为此目的，第二油流出检测叶片20 例如包括磁响应材料或完全由磁响应材料制成，并且第一保持装置 25有利地包括第一磁体28，该第一磁体28以与第二油流出检测叶 片20面对面的方式固定在框架21上，并且第一磁体28优选地面向 第二油流出检测叶片20的前部平面20a，从而对第二油流出检测叶 片20施加所述第一保持力。

显然，作为保持力和相关的保持装置，可以使用替代性方案， 例如机械的保持力和机械的保持装置等。

根据本公开内容，安全设备10还有利地包括用于调节所述第一 保持力的调节装置60。这些调节装置可以是相对于保持力和所使用 装置的类型而言任何合适的类型；例如，可以使用允许对叶片与保 持装置之间的距离进行调节的、基于螺旋体的机构或使用合适地定 尺寸的扭力弹簧等。

优选地，安全设备10还包括未示出的第二保持装置，该第二保 持装置在所述内室15中机械地连接至所述壳体14，用于对所述第 一油流出检测叶片19施加第二保持力，以在由从油容器12流动至 贮存器13的油施加在所述第二油流出检测叶片20上的流体动力小 于所述第二保持力的情况下防止第一油流出检测叶片19离开其静 止位置移动。

所述第二保持装置有利地是与上文参照第一保持装置25描述的 类型相同的类型的、细节上作必要修改的保持装置；因此，第一油 流出检测叶片19例如也包括磁响应材料或完全由磁响应材料制成。 显然，对于第二保持装置和相关的第一叶片19来说，也可以使用与 上文针对第一保持装置25指出的保持装置不同类型的保持装置。同 样地，也可以使用用于调节第二保持力的另外的调节装置。

此外，壳体14优选地具有与内室15连通的进入开口30并且包 括适于封闭进入开口30的封堵件31。

框架21机械固定至封堵件31并且适于经由所述进入开口30从 内室15取出或经由所述进入开口30插入至内室15中。

有利地，安全设备10还包括在图1中由附图标记70示意性表 示的锁定-解锁装置，用于使至少第二油流出检测叶片20锁定在不 同于所述静止位置的移动位置。

该锁定-解锁装置70可以包括例如从框架21突出的、固定至框 架21的一个或多个弹性齿部，并且适于接合处于所述移动位置的第 二油流出检测叶片20，以保持第二油流出检测叶片20处于所述移 动位置。

优选地，安全设备10还设置有适于根据指令操作所述锁定-解 锁装置的装置，例如机械装置、机电装置或磁性装置，以使得第二 油流出检测叶片20能够返回其静止位置。

由此，安全设备10使得能够辨别断路器装置16的启动是否是 由于第二油流出检测叶片20离开其静止位置的移动，在这种情况 中，第二油流出检测叶片20被锁定-解锁装置锁定在所述移动位置 直到操作者操作该锁定-解锁装置以允许第二油流出检测叶片20返 回其静止位置为止。

为了检验所述第二检测装置23的有效性，安全设备10优选地 包括用于对第二油流出检测叶片20离开其静止位置的移动进行致 动的装置，该装置例如包括杆34，该杆34机械地连接至第二油流 出检测叶片20，该杆34轴向地滑动穿过设置在壳体14中的孔，并 且具有突出到壳体14外侧以被操作从而使第二油流出检测叶片20 移动的端部35。

有利地，第一油流出检测叶片20也机械地连接至杆34以被移 动。

在功能上，如果发生电力变压器11的过载或在电力变压器11 中形成电弧，则有气体产生，该气体迫使油从油容器12流动至贮存 器13，从而迫使安全设备10的内室15中的油位下降。

在这种情况下，如果油速超过警报油速阈值但没有超过安全油 速阈值，则第一油流出检测叶片19移动离开其静止位置，由此启动 相关的警报装置，如例如在图2b中所示的。

如果该油速还超过安全油速阈值，则第二检测装置23启动电力 断路器16，如例如在图2c中所示的。

如果内室15中的油位降低到超过警报油位阈值，则第二浮动开 关18b启动相关的警报装置；如果内室15中的油位降低到超过安全 油位阈值，则第一浮动开关18a启动电力断路器16，该电力断路器 16进而断开电力变压器11。特别地，为了辨别断路器16的介入是 由浮动开关18a触发的(“超过安全油位阈值的”)还是由第二检测 装置触发的(“超过安全油速阈值的”)，可以使用两个不同的断路器、 例如彼此串联的断路器，或者可以当断路器16被第二检测装置(浮 动开关18a)启动的同时由该第二检测装置(或可替代地由浮动开 关18a)以本地的或远程的方式输出一个信号。

因此，基于上文的阐述，明显地是，用于电力变压器的安全设 备、特别是本公开内容的瓦斯继电器类型的安全设备使得能够应对 已知现有技术的设备中的至少一些问题。

特别地，在所附权利要求中描述和限定的安全设备10使得能够 简单且更有效地识别油浸式电力变压器中失效的起源。实际上，本 公开内容的安全设备10允许容易地区分电力变压器与相关联的电 力网的安全断开连接是由于因快速油流引起的失效还是另外由气体 缓慢积聚或油泄漏引起的失效，或者允许区分该安全断开连接是否 甚至是意外的。

此外，安全设备10的结构也允许调节相关阈值中的一个或多个 阈值，并且甚至能够提供检验油流出检测叶片的移动性从而容易地 揭示油流出检测叶片的失效。

由于其改进的功能性和简单的结构，本公开内容的安全设备10 可以基本用在任何类型的油浸式电力变压器中。

因此，本公开内容还包括油浸式电力变压器，该油浸式电力变 压器的特征在于，其包括如在相关的所附权利要求中限定的且在前 面描述的安全设备。

因此，所构想的安全设备可容易地进行改型和变型，所有这些改 型和变型都落入包括必须被视为由上述描述所涵盖的上述实施方式的 任意组合的发明构思的范围内；所有的细节还可以用其它技术上等同 的元件来替代。例如，设备10可以具有组装在一起的不同数量的部件， 或者部件可以是不同形状的，只要这些部件适于其构想的范围即可。 在实践中，根据需求和现有技术，只要材料与具体用途是相容的，那 么这些材料以及各部件就可以是任意的材料及部件。