CN101454849B - 利用生成循环的变压器冷却器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种利用生成循环来消除施加到变压器的热量的变压器冷却器。变压器所加热的绝缘油使得制冷剂锅炉中的制冷剂汽化，并且绝缘油被制冷剂蒸发潜热所冷却。被汽化的制冷剂在冷凝器中排放热量并且变为液态。并且液态制冷剂通过制冷剂进给泵或重力返回制冷剂锅炉。本发明在运行成本和可靠性方面非常有效。其可被用于替代水冷器。本发明的现场测试给出了良好的性能。

Description

利用生成循环的变压器冷却器
技术领域
本发明涉及用于变压器的冷却器。施加到变压器的热量分为两个部分。第一种是从变压器外部施加的热量，而第二种则是变压器运行中所产生的绕组损耗和铁心损耗的热量。这些热量对绝缘油的温度有所影响，并且影响绕组绝缘的性能。而且，它成为决定变压器性能和寿命的关键因素。我们已经通过ONAN(油浸自冷(Natutal oil))、OFAF(强迫油循环风冷(Natural oil，Natural air cooling))、OFWF(强迫油循环水冷(Forcedoil，Forced air cooling))等冷却方法来消除施加到变压器的热量。本发明新颖地采用生成循环(generation cycle)作为变压器的冷却方法。
背景技术
包括鄙人在内的一些人已经发明了使用制冷循环的变压器冷却器。制冷循环的优势在于能使绝缘油的温度比大气温度更低。但是在循环中必须使用压缩机并且其能耗很大。如果压缩机停止，变压器就必须停止运行。另一方面，生成循环在循环中则无需使用压缩机，并且其不消耗任何能量。但是其具有绝缘油的温度不低于大气温度的缺点。生成循环中不会出现压缩机的麻烦。从而可采用生成循环作为用于变压器的冷却器的方法。
发明内容
充油式变压器在绕组上采用A级绝缘。A级绝缘被设计为能够经受105℃的最高温度以及95℃的平均温度。在本发明中，通过制冷剂的蒸发潜热(latent heat of vaporization)对绝缘油进行冷却，所述制冷剂填充在制冷剂锅炉中吸收来自变压器的热量。在锅炉中蒸发的制冷剂进入膨胀区并且使得涡轮旋转产生能量。并且其进入冷凝器被液化消除热量。当液化的制冷剂进入制冷剂锅炉，一个用来冷却变压器的生成循环结束。对于被设计为A级绝缘的变压器而言，绝缘油的温度达到最高温度105℃或平均温度95℃并非是至关重要的。在变压器冷却中采用能够使得绝缘油的温度低于大气温度的冷却循环，会导致过度冷却并会增加操作中出现困难的概率。在热管道(heat-pipe)的情况下，保持真空是非常困难的，并且小型的管道设施无法冷却大型变压器。生成循环具有的优点是不消耗任何能量并且没有任何由于压缩机所产生的麻烦的可能性，原因在于其在循环中不需要压缩机。如果我们省略了发电机或其它部件，冷却器的结构就会变得非常简单。冷却器可通过用于充油式变压器之外的其它变压器的接触型制冷剂锅炉进行操作。
具体实施方式
此后，将参考附图对本发明的优选实施例进行详细描述。
图1图示了本发明中所采用的利用生成循环的冷却器。在变压器主体10和制冷剂锅炉13之间构建有两条以上的油循环管道11。至少一个油循环泵12安装在油循环管道11的线路中。在这种情况下，制冷剂锅炉13是热交换器，被强迫循环的绝缘油和制冷剂之间的热交换在其中进行。用于制冷剂循环的循环管道环路以以下顺序所构建：制冷剂锅炉13的制冷剂一侧，压力阀14，膨胀器15，冷凝器16，制冷剂罐17，与止回阀19并行安装的制冷器进给泵18，制冷剂锅炉13的制冷剂另一侧。工作原理如下：如果油循环泵12运行，则变压器主体10中的绝缘油使得制冷剂锅炉13的第一侧进行循环。制冷剂锅炉13的第二侧中所注入的制冷剂通过与制冷剂锅炉13的第一侧循环的绝缘油所进行的热交换而被蒸发。由于蒸发潜热，绝缘油冷却。汽化的制冷剂通过压力阀14进入膨胀器15。通过压力阀14而处于高压的汽化制冷剂在降低压力的膨胀器15中执行绝热膨胀(adiabatic expansion)。涡轮(未示出)可安装在膨胀器15中并且能够由汽化制冷剂的流动而转动。安装在另一侧的发电机(未示出)可产生能量。在膨胀器15中执行绝热膨胀的制冷剂在冷凝器16中被液化，向冷凝器16外部排出热量。被液化的制冷剂进入制冷剂罐17。在制冷剂进给泵18没有运行的情况下，制冷剂罐17中的液化制冷剂通过止回阀19所安装的管道给入制冷剂锅炉13，变压器的冷却循环结束。在制冷剂进给泵18运行的情况下，制冷剂罐17中的液化制冷剂通过进给泵注入制冷剂锅炉13，变压器的冷却循环结束。冷凝器16、制冷剂罐17、与止回阀19并行安装的制冷器进给泵18、制冷剂锅炉13可以以从高位到低位的排列顺序进行构建，以便于液化制冷剂能够通过重力被注入制冷剂锅炉13。采用其沸腾温度处于制冷剂锅炉13操作温度范围内的制冷剂。R-141b的沸腾温度约为32℃，R123的沸腾温度约28℃，AK225的沸腾温度约54℃，而酒精的沸腾温度约78℃。有许多制冷剂的沸腾温度是处于制冷剂锅炉13操作温度范围之内。在制冷剂循环管道必须安装制冷剂进给门(未示出)和排气门(未示出)。冷凝器16可采用两种类型(气冷和水冷类型)。
图2图示了制冷循环的P-h图。蒸发器的压力(Pe)和温度比冷凝器的低。制冷循环对于变压器冷却无效，原因在于无需使得接触蒸发器的绝缘油的温度低于接触冷凝器的大气的温度。并且冷凝器所要排放的热量(Ec)比从变压器获取的热量(Ee)高出与压缩机所做工作相对应的热量(Ep)。并且必须在制冷循环中安装压缩机。
图3图示了生成循环的P-h图。锅炉的的压力(Pb)和温度比冷凝器的高。生成循环对于变压器冷却有效，原因在于与锅炉接触的绝缘油的温度高于与冷凝器接触的大气的温度。并且冷凝器所排放的热量(Ec)比从变压器所获取的热量(Eb)高出对应于膨胀器中所安装的设施所做的工作相对应的热量(Eg)。并且冷凝器的功率要小于制冷循环。
图4图示了省略了膨胀器和制冷剂罐的利用生成循环的冷却器。其与图1类似，但区别在于省略了具有压力阀14和制冷剂罐17的膨胀器15。在这种情况下，利用生成循环的冷却器的性能有所下降，但是结构变得非常简化。制冷剂锅炉13中的汽化制冷剂直接来到冷凝器16，并且在这里成为液体排出热量。并且液化的制冷剂通过与止回阀19并行安装的制冷剂进给泵18到达制冷剂锅炉13。变压器的冷却循环结束。
图5图示了仅安装有制冷剂锅炉和冷凝器的利用生成循环的冷却器。其与图4类似，但区别在于省略了与止回阀19并行安装的制冷剂进给泵18。在这种情况下，来自冷凝器16的液化制冷剂来到制冷剂锅炉13，变压器的冷却循环结束。该冷却器的结构变得非常简单。
图6图示了利用生成循环的安装有接触型制冷剂锅炉的冷却器。其与图5类似，但区别在于制冷剂锅炉13通过与变压器主体10相接触来从变压器吸收热量。在这种情况下，可采用图1、图4、图5的制冷剂循环管道系统(未示出)。制冷剂锅炉13可与变压器主体10的侧面或上部平面相接触，或者与散热器相接触。
图7图示了制冷剂锅炉安装在变压器主体中的利用生成循环的冷却器。其与图6类似，但区别在于制冷剂锅炉13安装在变压器主体10中。如果制冷剂锅炉和绕组之间的绝缘不成问题，则热交换会比图6更为出色。其操作原理与图1或图4和图5相同。
图8图示了制冷剂锅炉包围散热器的利用生成循环的冷却器。使得制冷剂锅炉13包围住散热器81。在这种情况下，可采用图1或图4或图5的制冷剂循环管道系统(未示出)。如果变压器中产生热量，则被加热的绝缘油在变压器主体10和制冷剂锅炉13中的散热器之间进行循环。制冷剂锅炉13中的制冷剂被汽化。其操作原理与图1或图4或图5相同。
附图说明
图1图示了本发明中所采用的利用生成循环的冷却器。
图2图示了制冷循环的P-h图。
图3图示了生成循环的P-h图。
图4图示了省略了膨胀器和制冷剂罐的利用生成循环的冷却器。
图5图示了仅安装有制冷剂锅炉和冷凝器的利用生成循环的冷却器。
图6图示了利用生成循环的安装有接触型制冷剂锅炉的冷却器。
图7图示了制冷剂锅炉安装在变压器主体中的利用生成循环的冷却器。
图8图示了制冷剂锅炉包裹散热器的利用生成循环的冷却器。
附图标记描述
10：变压器主体
11：油循环管道
12：油循环泵
13：制冷剂锅炉
14：压力阀
15：膨胀器
16：冷凝器
17：制冷剂罐
18：制冷剂进给泵
19：止回阀
81：散热器
执行本发明的最佳方式
图4所示的示例是代表性应用。变压器主体10和制冷剂锅炉13之间构建有多于两条的油循环管道11。至少有一个油循环泵12安装在油循环管道11的线路中。用于制冷剂循环的循环管道环路以以下顺序所构建：制冷剂锅炉13的制冷剂一侧，冷凝器16，与止回阀19并行安装的制冷器进给泵18，制冷剂锅炉13，它们可以从高位到低位的排列顺序进行构建，以便于液化制冷剂能够通过重力被注入制冷剂锅炉13。
工业实用性
根据本发明的冷却器在运行成本和可靠性方面非常有效，原因在于其使用压缩机，节省了制冷循环中的能耗并且不会出现故障。其可用来替代水冷却器。本发明的现场测试给出了良好的性能。

Claims (2)

1.一种利用生成循环的变压器冷却器，包括：
变压器主体(10)；
具有两个用于热交换的液体空间的制冷剂锅炉(13)；
连接在所述变压器主体(10)和所述制冷剂锅炉(13)的一个液体空间之间的油循环管道；
安装在油循环管道(11)的线路中的油循环泵；
注入所述制冷剂锅炉(13)的另一个液体空间中的制冷剂，其沸腾温度处于所述变压器的温度范围之内；
构建在比所述制冷剂锅炉(13)更高位置的冷凝器(16)；
在所述冷凝器(16)和所述制冷剂锅炉(13)的制冷剂空间之间形成制冷剂循环环路的两条以上的管道；
其中压力阀(14)和膨胀器(15)直接安装在所述制冷剂锅炉(13)和所述冷凝器(16)的上入口之间的管道中。
2.如权利要求1所述的利用生成循环的变压器冷却器，其特征在于：在所述膨胀器(15)中安装有涡轮。
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