[发明专利]一种自然对流散热式水下变压器

说明书

技术领域

本发明属于水下电气设备领域，更具体地，涉及一种自然对流散热式水下变压器。

背景技术

水下变压器基本结构是将变压器安装在密封的壳体内，变压器和壳体之间充满绝缘油。水下变压器工作在深海海底，承受海水的压力作用，并且变压器损耗以热的形式向外发散，因此水下变压器还承受热作用。在变压器经历不同工作状态的同时，绝缘油还会随温度变化进行热胀冷缩。若水下变压器壳体内绝缘油有海水渗入，将导致变压器失效。因此，除特殊情况外，应保证水下变压器在压力和热作用下正常和可靠的运行。

为了保证水下变压器的密封和可靠性，需要确保水下变压器壳体的内部压力高于其外部压力，压差要求约在0.02～0.05MPa。压力补偿器是保证水下变压器内外存在要求的压差值，确保水下变压器正常运行的主要装置之一。简单的讲，压力补偿器是一个弹性元件，在水下变压器上发挥对温度变化及体积变化引起的压力变化进行补偿的作用。其中，压力补偿是通过控制水下变压器壳体内的充油量大小，压力补偿器产生相对应的形变位移，使壳体内的油压与壳体外部压力和压力补偿器弹性力(两者方向一致)之和平衡，这样可使得水下变压器箱体内部压力略高于外部压力，通过设置合理的压力补偿器的弹性刚度和充油量，可使箱体内外压差控制在0.02～0.05Mpa范围内，当外部压力变化时，油液体积会相应的产生微小的变化，这样将重新使壳体内外压力达到平衡，压差会有微小的波动，因此压力补偿器使壳体内压力随时跟随外部压力的变化而变化，并保证要求的压差。体积补偿是在变压器的使用过程中，箱体内绝缘油会不断发生体积热胀冷缩，尽管绝缘油的体积热膨胀率只有0.00075，但当油体积较大时，这种由于温度变化引起的油体积变化不可忽略，在没有弹性补偿元件的情况下，会进而引起压力的较大变化并使变压器壳体承受较大不平衡压力，在变压器非运行状态和满负荷运行状态之间，绝缘油温差较大，两种状态下的油体积变化较大，当油体积变化时，压力补偿器通过产生形变以应对油体积变化，否则水下变压器的壳体将承受很大的压力，壳体会发生过大形变导致开裂，有的水下变压器主要通过外置的压力补偿器来对变压器主体进行压力补偿。

水下变压器中由于变压器的铁芯及绕组在工作中会产生大量的热量，为了保证变压器的铁芯及绕组不会过热，而影响工作效率，在设计水下变压器时还应考虑散热问题。水下变压器的传统散热方式是在变压器壳体上设有散热片，散热片的工作原理是进行热传导。但是散热片的散热效率低，采用散热片进行散热不仅对材料的导热性要求高，而且其为保证散热片与壳体接触面积尽可能最大化对制造工艺的要求也较高，是现有常规散热方式的弊端。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种自然对流散热式水下变压器，其中结合水下变压器自身的特点，相应设计了可实现自然对流散热的水下变压器，通过对其关键组件如壳体、变压器本体和对流散热组件的结构及其具体设置方式进行研究和设计，相应的可有效解决现有散热方式散热效率低的问题，具有热量交换时间长、传热量大、散热效率高的优点，适用于水下油气生产系统。

为实现上述目的，本发明提出了一种自然对流散热式水下变压器，其包括壳体、变压器本体和对流散热组件，其中：

所述壳体为上端封闭下端开口的空腔结构，该壳体的下端开口与底座相连，以此通过该底座与壳体空腔结构的内部形成一密闭空间，该密闭空间内充满变压器油，并且该壳体的外侧面连接有补偿器；

所述变压器本体包括铁芯组件、变压器输入端和变压器输出端，该铁芯组件设于密闭空间内，并安装在所述底座上，其包括铁芯及缠绕在该铁芯上的线圈绕组，所述变压器输入端和变压器输出端设置在所述壳体的侧壁上；

所述对流散热组件包括呈圆周排列环绕在所述壳体外部的若干对流散热管，每根所述对流散热管竖直布置，且其两端与所述壳体相连以与所述密闭空间导通，以此使得若干对流散热管中也充满变压器油，并通过对流散热管的管壁使得对流散热管内的变压器油与海水实现热量交换。

作为进一步优选的，所述补偿器具体为波纹管补偿器，该波纹管补偿器包括上段、中段和下段，所述上段为圆管，其上端开设有与海水连通的孔，并且其上端与所述壳体接触但不连通，其下端与所述中段连通；所述中段包括与上段的下端连通的中空圆管以及设置在该中空圆管内的波纹管，所述波纹管的上端与上段不连通，其下端与所述下段的上端相连，该下段的下端与壳体的内部连通。

作为进一步优选的，该水下变压器还包括监控舱，该监控舱设置在所述壳体的顶部，其包括彼此焊接的两段圆柱体。