CN100407343C

CN100407343C - 一种蒸发冷却变压器

Info

Publication number: CN100407343C
Application number: CN2005100867031A
Authority: CN
Inventors: 张国强; 郭卉; 顾国彪
Original assignee: Institute of Electrical Engineering of CAS
Current assignee: Institute of Electrical Engineering of CAS
Priority date: 2005-10-24
Filing date: 2005-10-24
Publication date: 2008-07-30
Anticipated expiration: 2025-10-24
Also published as: CN1794378A

Abstract

本发明涉及一种套筒式蒸发冷却变压器，包括铁心[10]、线圈[20]、套筒[30]、引线[50]以及由进气管[70]、集气管[80]、汇流管[90]、回液管[100]、冷凝器[60]组成的蒸发冷却系统。其特征在于线圈[20]放置在套筒[30]内，套筒[30]内加入冷却介质[40]，线圈引线[50]从套筒[30]上部引出，套筒[30]上部与进气管[70]下部相连，套筒[30]上部的进气管[70]上部与集气管[80]下部相连，集气管[80]上部与冷凝器[60]相连，冷凝器[60]下部与导流管[120]上部相连，导流管[120]下部与汇流管[90]侧面相连，汇流管[90]上部与套筒[30]下部的回液管[100]相连。铁心[10]采用空气冷却。本发明可大大地降低蒸发冷却介质的使用量，降低了蒸发冷却变压器的成本。

Description

一种蒸发冷却变压器

技术领域

本发明涉及一种变压器，特别涉及套筒式蒸发冷却变压器。

背景技术

目前，绝大部分变压器所采用的冷却方式是空冷、水冷、油冷等。随着容量的不断增大，上述冷却方式的弊病越来越明显，蒸发冷却技术(也可称为相变降温技术、沸腾换热技术等)是对上述冷却方式的重大改进，能使变压器的运行温度大大降低，经济性和安全性得到显著提高。

申请号为99237863.x的实用新型专利提出的蒸发冷却电力变压器和申请号为98200236.x的实用新型专利提出的新型蒸发冷却的变压器采用氟的化合物为冷却介质，将冷却介质代替变压器油放置在油箱中，变压器的铁心和线圈均置于蒸发冷却介质中，由冷却介质吸收变压器的热量发生汽化，产生相变吸热，经冷凝器冷却再液化，如此反复循环。且该冷却介质具有消防性，克服了油浸式变压器、干式变压器和气体绝缘变压器的不足，冷却效果好，可靠性高。但是，由于目前氟化合物的使用受到了限制，这类变压器只能改用符合环保要求的蒸发冷却介质，同时由于符合环保要求的蒸发冷却介质价格昂贵，使得蒸发冷却变压器的价格也变得非常昂贵。因此，虽然蒸发冷却变压器能够有效克服油浸式变压器、干式变压器和气体绝缘变压器的缺点，但因蒸发冷却介质必须更换为满足环保要求的、昂贵的新型介质，其经济性不再乐观。

发明内容

为克服现有技术蒸发冷却变压器在经济性方面的不足，本发明提出了一种蒸发冷却变压器，将变压器的各个线圈套在一个或几个套筒内，在套筒内放入冷却介质，变压器发热较少的铁心采用空气冷却。冷却介质可以是单一的蒸发冷却介质，或者是两种或两种以上的蒸发冷却介质的混合介质，也可以是一种或一种以上的蒸发冷却介质和其他液体介质的混合介质。由于套筒的容积较小，可以达到减少昂贵的蒸发冷却介质用量的目的，从而提高蒸发冷却变压器的经济性。

本发明由铁心、线圈、套筒、引线以及蒸发冷却系统组成。

本发明的蒸发冷却系统由进气管、集气管、汇流管、回液管以及冷凝器组成。

本发明的套筒材料可以是不锈钢、金属、环氧、酚醛、尼龙、木材(包括层压木制品)、塑料、橡胶、陶瓷、纸(包括层压纸制品)、玻璃(包括石英玻璃)、玻璃钢等。

本发明的变压器每相的若干个线圈可以分别套在各自的套筒里，每相的若干个线圈也可以共同套在同一个套筒里，还可以将变压器所有线圈全部套在同一个套筒里。

本发明的蒸发冷却介质包括以下三个系列：

1)Vertrel

系列，包括：XF(HFC 43-10mee)、XM(HFC 43-10/甲醇)、XE(HFC 43-10/乙醇)、XP(HFC 43-10/IPA)、MCA(HFC 43-10/t-DCE)、MCA+(HFC 43-10/t-DCE/环戊烷)、SMT(HFC 43-10/t-DCE/甲醇)、XMS(HFC 43-10/t-DCE/环戊烷/甲醇)、XMS+(HFC 43-10/t-DCE/环戊烷/甲醇)、X-DA(HFC 43-10/表面活性剂/抗静电剂)、X-B3(HFC 43-10/乙二醇丁醚)、Xsi(HFC 43-10/OS-10)、XH、X-P10等。

2)ASAHIKLIN系列，包括：AE-3000，AE-3100E，AK225等。

3)全氟叔胺系列，包括：全氟三乙胺(简称FY-131)、全氟三丙胺、全氟三丁胺(简称FY-111)、全氟三戊胺(简称FY-121)、全氟环醚(简称FY-04)，以及美国3M公司的以下牌号的注册产品：FC-40、FC-43、FC-70、FC-71、FC-72、FC-722、FC-77、FC-84、FC-87、FC-104、FC-3283、FC-5312、H-27、H-125、H-100、H-400、H-190、HFE-7100、PF-5060、PF-5080、FX-3250等。

以上三个系列的蒸发冷却介质均具有无色、无味、无毒(或低毒)、不燃烧等特点。

本发明与蒸发冷却介质混合的其他液体可以是变压器油、超高压变压器油、电容器油、电缆油、桐油、亚麻仁油、蓖麻油、烷基苯(AB)、烷基萘、异丙基联苯(即IPB或Wemcol)、二芳基乙烷(PXE)、偏苯三羧酸三2-乙基己酯(简称TOTM)、磷酸酯类绝缘油[(RO)3P＝0]、α液(阿尔法矽液)、聚α烯、Midel7131以及硅油等。

混合介质的用量原则是：蒸发冷却介质用量为全部介质体积的0.5~100％，相应的，其他液体的用量为全部介质体积的99.5~0％。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的描述。

图1-图7是本发明套筒式蒸发冷却变压器的七种具体实施方式的结构示意图。

图1是每相上的线圈放置于同一个套筒的三相变压器结构示意图。

图2是每相上的线圈分别放置于各自的套筒的三相变压器结构示意图。

图3是单相变压器，且变压器每相上的每个线圈放置于同一个套筒的结构示意图。

图4是单相变压器，且变压器每相上的每个线圈放置于各自的套筒的结构示意图。

图5是单相变压器，且变压器每相上的每个线圈放置于各自的套筒的结构示意图，并且其汇流管和回液管的排列采用了与图1~图4不同的另一种形式。

图6是单相变压器，且变压器的所有线圈放置于同一个套筒的结构示意图。

图7是单相变压器，且变压器的所有线圈放置于同一个套筒的结构示意图。

图1~图7中：10铁心、20线圈、30套筒、40冷却介质、50引线、60冷凝器、70进气管、80集气管、90汇流管、100回液管、110支架、120导流管；

图8是图1-图5中的套筒30结构图，图中：31内壁、32外壁、33上盖、34下盖、35进气管连接孔、36回液管连接孔、37引线连接孔。

图9为图6和图7中套筒30的俯视图。

具体实施方式

本发明蒸发冷却变压器由铁心10、线圈20、套筒30、冷却介质40、引线50、冷凝器60、进气管70、集气管80、汇流管90、导流管120、回液管100、支架110组成。

本发明所采用的线圈可以是壳式线圈也可以是心式线圈，在结构上可以划分为两类，第一类是采用浇注、压注、浸渍或注塑成型技术加工的线圈，浇注、压注、浸渍或注塑成型技术就是将绝缘材料、固化剂和其他配合料浇注(或压注)到设定的模具内，由热塑性流体交联固化；或将电工设备浸渍到液态绝缘材料中，烘干固化。这样，使线圈与新产生的固体绝缘紧密地结合为一个完整的刚体。这类技术加工的线圈的典型应用是环氧树脂浇注线圈。第二类则是不采用浇注、压注、浸渍或注塑成型技术加工的线圈，这也就是普通油浸式电力变压器所采用的线圈，这类线圈的特点是：在圆铜线、扁铜线(或圆铝线、扁铝线)外涂覆绝缘漆，或者包扎导线绝缘，直接将导线绕制成线圈。此外，本发明的线圈还可以是在线圈冷却间隙的一侧或两侧设有电磁屏蔽层的线圈。

本发明具体实施方式之一如图1所示，该变压器为三相变压器，变压器的每相上的线圈20放置于同一个套筒30里，套筒30内加入冷却介质40，冷却介质40可以是蒸发冷却介质，也可以是蒸发冷却介质和其他液体的混合介质，线圈引线50从套筒30上部引出，套筒30上部与进气管70下部相连，各套筒30上部的进气管70上部与集气管80下部相连，集气管80上部与冷凝器60相连，冷凝器60下部与汇流管90上部相连，汇流管90下部与各套筒30下部的回液管100相连。支架110起到支撑冷凝器60的作用。此外线圈引线50还可以从套筒30的下部或套筒30的侧面引出。

本发明具体实施方式之二如图2所示，该变压器为三相变压器，变压器的每相上的每个线圈20都分别放置于各自的套筒30里，套筒30内加入冷却介质40，冷却介质40可以是蒸发冷却介质，也可以是蒸发冷却介质和其他液体(例如：变压器油、蓖麻油和硅油等)的混合介质，线圈引线50从套筒30上部引出，套筒30上部与进气管70下部相连，各套筒30上部的进气管70上部与集气管80下部相连，集气管80上部与冷凝器60相连，冷凝器60下部与汇流管90上部相连，汇流管90下部与各套筒30下部的回液管100相连。支架110起到支撑冷凝器60的作用。此外线圈引线50还可以从套筒30的下部或套筒30的侧面引出。

具体实施方式之三如图3所示，该变压器为单相变压器，变压器每相上的每个线圈20放置于同一个套筒30里，套筒30内加入冷却介质40，冷却介质40可以是蒸发冷却介质，也可以是蒸发冷却介质和其他液体的混合介质，线圈引线50从套筒30上部引出，套筒30上部与进气管70下部相连，各套筒30上部的进气管70上部与集气管80下部相连，集气管80上部与冷凝器60相连，冷凝器60下部与汇流管90上部相连，汇流管90下部与各套筒30下部的回液管100相连。支架110起到支撑冷凝器60的作用。此外线圈引线50还可以从套筒30的下部或套筒30的侧面引出。图3所示的单相变压器的线圈是绕制在铁心柱的边柱上的，本发明同样适用于所有线圈绕制在铁心中柱上的单相变压器。

具体实施方式之四如图4所示，该变压器为单相变压器，变压器每相的每个线圈20放置在各自的套筒30里，套筒30内加入冷却介质40，冷却介质40可以是蒸发冷却介质，也可以是蒸发冷却介质和其他液体(变压器油、蓖麻油和硅油等)的混合介质，线圈引线50从套筒30上部引出，套筒30上部与进气管70下部相连，各套筒30上部的进气管70上部与集气管80下部相连，集气管80上部与冷凝器60相连，冷凝器60下部与汇流管90上部相连，汇流管90下部与各套筒30下部的回液管100相连。支架110起到支撑冷凝器60的作用。此外线圈引线50还可以从套筒30的下部或套筒30的侧面引出。图4所示的单相变压器的线圈是绕制在铁心柱的边柱上的，本发明同样适用于所有线圈绕制在铁心中柱上的单相变压器。

此外本发明套筒式蒸发冷却变压器的汇流管90和回液管100的排列还可采用另一种形式，这里以单相变压器，并且每相上的每个线圈共同放在同一个套筒里为例进行说明。每相线圈分别放在各自的套筒里以及三相变压器的情况与此类似。

具体实施方式之五如图5所示，该变压器为单相变压器，变压器的每相上的每个线圈20放置于同一个套筒30里，套筒30内加入冷却介质40，冷却介质40可以是蒸发冷却介质，也可以是蒸发冷却介质和其他液体的混合介质，线圈引线50从套筒30上部引出，套筒30上部与进气管70下部相连，各套筒30上部的进气管70上部与集气管80下部相连，集气管80上部与冷凝器60相连，冷凝器60下部与导流管120上部相连，导流管120下部与汇流管90侧面相连，汇流管90上部与各套筒30下部的回液管100相连。支架110起到支撑冷凝器60的作用。此外线圈引线50还可以从套筒30的下部或套筒30的侧面引出。

具体实施方式之六如图6所示，该变压器为单相变压器，变压器的所有线圈20放置于同一个套筒30里，套筒30内加入冷却介质40，冷却介质40可以是蒸发冷却介质，也可以是蒸发冷却介质和其他液体的混合介质，线圈引线50从套筒30上部引出，套筒30上部与进气管70下部相连，各套筒30上部的进气管70上部与集气管80下部相连，集气管80上部与冷凝器60相连，冷凝器60下部与各套筒30下部的回液管100相连。支架110起到支撑冷凝器60的作用。此外线圈引线50还可以从套筒的下部或套筒的侧面引出。

具体实施方式之七如图7所示，该变压器为单相变压器，变压器的所有的线圈20放置于同一个套筒30里，套筒30内加入冷却介质40，冷却介质40可以是蒸发冷却介质，也可以是蒸发冷却介质和其他液体的混合介质，线圈引线50从套筒30上部引出，套筒30上部与进气管70下部相连，各套筒30上部的进气管70上部与集气管80下部相连，集气管80上部与冷凝器60相连，冷凝器60下部与各套筒30下部的回液管100相连。支架110起到支撑冷凝器60的作用。此外线圈引线50还可以从套筒30的下部或套筒30的侧面引出。

以上具体实施方式所涉及的线圈20可以是高压、中压和低压、调压、平衡线圈等。

图8所示为图1-图5中的套筒30结构图。套筒30由内壁31、外壁32、上盖33和下盖34组成。上盖33上开设了进气管连接孔35和引线连接孔37，下盖34上开设了回液管连接孔36。套筒30的内壁31、外壁32、上盖33和下盖34之间的连接可以是浇铸、注塑、烧制而成，也可以是焊接、粘结而成，还可以通过法兰连接。内壁31和外壁32的截面可以如图8所示为圆形，也可以为椭圆形、三角形、矩形、多边形或不规则形状。引线连接孔37可以如图8所示开设在上盖33上，也可以开设在下盖34上、外壁32上或内壁31上。进气管连接孔35可以如图8所示开设在上盖33上，也可以开设在外壁32或内壁31上。回液管连接孔36可以如图8所示开设在下盖34上，也可以开设在外壁32或内壁31上。本发明各套筒30之间还可以互相连通。

图9所示为图6和图7中套筒30的俯视图。内壁31可以如图9所示是圆形，也可以为椭圆形、三角形、矩形、跑道型、多边形或不规则形状。外壁32可以如图9所示是不规则形状，也可以是圆形、椭圆形、三角形、矩形、跑道型、多边形或其他不规则形状。

本发明所采用的冷凝器可以是水冷凝器或风冷凝器两类，如果二次冷却媒质为水，则采用水冷凝器；如果二次冷却媒质为空气，则采用空气冷凝器。

本发明套筒式蒸发冷却变压器的工作原理是：线圈被浸泡在套筒30内的冷却介质40中，当变压器工作时，铁心10和线圈20发热，铁心10由周围空气冷却，线圈20将热量传递给套筒30内冷却介质40中的蒸发冷却介质，蒸发冷却介质吸热后温度升高，当温度达到内部压力所对应的饱和温度时，蒸发冷却介质开始汽化形成气相和液相的混合物。气相、液相混合的两相流体由于密度小，不断上升，从套筒30上部的进气管进入到集气管80内并进入冷凝器中被冷凝器冷凝后形成液体通过汇流管90(或者先通过导流管120，再进入汇流管90)，流入回液管100中，并最终回到套筒30内，形成周而复始的循环。

本发明将线圈放在套筒内，大大地降低了蒸发冷却介质的使用量，从而降低了蒸发冷却变压器的成本，提高了蒸发冷却介质的经济性。

Claims

1.一种蒸发冷却变压器，包括铁心[10]、线圈[20]、引线[50]以及由进气管[70]、集气管[80]、汇流管[90]、回液管[100]、冷凝器[60]组成的蒸发冷却系统，其特征在于，变压器线圈[20]放置在一个或几个套筒[30]内，套筒[30]内放入冷却介质；套筒[30]内加入冷却介质[40]，线圈引线[50]从套筒[30]上部引出，套筒[30]上部与进气管[70]下部相连，套筒[30]上部的进气管[70]上部与集气管[80]下部相连，集气管[80]上部与冷凝器[60]相连，冷凝器[60]下部与导流管[120]上部相连，导流管[120]下部与汇流管[90]侧面相连，汇流管[90]上部与套筒[30]下部的回液管[100]相连，线圈引线[50]亦可从套筒[30]的下部或侧面引出。