CN103500628B - 油浸式变压器的散热方法及其散热器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种油浸式变压器的散热方法及其散热器，其特征在于所述散热器的散热管竖立放置在变压器箱体的上方；将散热管的内腔经过下端连接口，穿过变压器箱体顶板与变压器箱体内腔连通；散热管的上方开有排气孔；给变压器箱体和散热管内腔充变压器油；变压器运行时，变压器箱体内的顶层变压器油温度升高，依靠贝纳德对流效应，变压器箱体顶层的高温变压器油通过连接口加热正上方散热管内腔的变压器油，散热管内腔变压器油通过散热管外表面对空气散热，实现变压器的冷却散热。
Description
技术领域
本发明涉及电力变压器领域，尤其涉及一种油浸式变压器的散热方法及其散热器；本发明的油浸式变压器包括其它液浸式变压器。
背景技术
电力变压器在运行中会产生铁心损耗和绕组损耗，这些损耗将导致铁心和绕组温度升高。对油浸式变压器，变压器油主要用于绝缘和传热；铁心和绕组损耗会发热，该热量将传导到变压器油中，使变压器油温度升高；为了保证变压器的安全可靠的运行，需将变压器的绕组温度、铁心温度和变压器油的温度限定在安全范围以内，故需对变压器油进行散热冷却。
当油浸式变压器的容量一定大以后，需加装散热器，现有技术主要采用自然油流循环散热器。一种是：如图1所示，变压器箱体（1）两侧装有散热管（3），热油由变压器箱体（1）上端进入散热管（3），冷油由散热管（3）下端流出，并流回变压器箱体（1）的底部，在变压器箱体（1）的上方装有储油柜（2），储油柜（2）油面高于自然油流循环路径。另一种是：图2所示，包括散热箱体（3），散热箱体（3）与变压器箱体（1）分开，热油经管道流入散热箱体（3）的上端，冷油由散热箱体（3）的下端流出，经管道流回变压器箱体（1）的底部，储油柜（2）位于散热箱体（3）及变压器箱体（1）的上面。由此可以看出，这种两种循环散热器均是位于变压器箱体四周，这将增大变压器整体的占地面积；其次，油流自然循环速度低，油流传热能力差，且散热器各处变压器油温度不均匀，均影响散热器的散热能力。储油柜（2）储油内腔体积可收缩和膨胀，是为了防止变压器油的收缩和膨胀对变压器箱体等产生机械应力，并防止自然油流循环路径被空气阻断。
贝纳德在1900年发现了液体对流有序现象。在一个圆盘中倒入一些液体，当从下面加热这一薄层液体时，刚开始上下液面温差不太大，液体中只有热传导；但当上下液面温差△T 超过某一临界值△Tc时，对流突然发生，并形成很有规律的对流花样；贝纳德对流发生时，液体的传热能力极大提高。通俗理解，液体底部加热时，热流快速垂直向上传递，上端液体将快速加热升温，属液体的过冷沸腾传热。
发明内容
本发明的第一目的是克服现有技术的不足而提出一种利用贝纳德对流效应对油浸式变压器的散热，提高传热和散热能力；另一方面减小变压器整体占地面积的油浸式变压器的散热方法。
本发明的第二目的是提供一种油浸式变压器的散热器。
为了达到上述第一目的，本发明是这样实现的，其是一种油浸式变压器的散热方法，其特征在于所述变压器置于变压器箱体内，箱体上方带有散热器；所述的散热器，包括一根以上的散热管，每根散热管竖立放置在变压器箱体的上方；将每根散热管的内腔经过下端连接口，穿过变压器箱体顶板与箱体内腔连通；每根散热管上方开有排气孔；在变压器箱体和散热管内腔充变压器油；变压器运行时，箱体内顶层变压器油温度升高，依靠贝纳德对流效应，箱体顶层的高温变压器油通过连接口加热正上方散热管内腔的变压器油，散热管内腔变压器油通过散热管外表面对空气散热，实现变压器的冷却散热。
所述的散热方法，所述的散热器带有空气呼吸装置；室温下充油时，所述散热管初始油面至合适的高度；初始油面的合适高度按如下方法确定：变压器运行时，随着变压器负荷增大及油温度升高，散热管油面逐步升高，在变压器额定负荷和额定散热条件下，散热管油面达到散热器额定油面高度；所述的额定油面高度为散热管额定散热功率的充油高度。此时，由于传热机理的不同，可省去储油柜。
所述的散热方法，所述的变压器带有箱体膨胀收缩装置和充油排气阀；室温下充油时，将变压器箱体和散热管内腔充满变压器油，之后关闭充油排气阀；变压器运行时，变压器油随温度升高或降低的体积增加或减小，箱体膨胀收缩装置自动膨胀或收缩，调节变压器储油内腔的总体积。
所述的散热方法，所述的变压器带有膨胀储油柜和充油排气阀；室温下充油时，将变压器箱体、散热管和膨胀储油柜充满变压器油，之后关闭充油排气阀；变压器运行时，变压器油随温度升高或降低的体积增加和减小，膨胀储油柜自动膨胀或收缩，调节变压器储油内腔的总体积。
为了达到上述第二目的，本发明是这样实现的，其是一种油浸式变压器的散热器，其特征在于包括一根以上的散热管，所述散热管竖立于变压器箱体的上方；每根散热管通过下端连接口，穿过变压器箱体顶板与箱体内腔连通；每根散热管的上端有排气孔，相邻散热管有间隔。
其还包括集气管，集气管位于散热管的上方，所述每根散热管的排气孔均与集气管连通；
其还包括压力释放阀，所述压力释放阀与集气管连通；
其还包括隔潮呼吸器，所述隔潮呼吸器与集气管连通。
所述每根散热管的散热面和内腔与地平面垂直。
所述的散热器，其特征在于所述每根散热管为片式散热片，片式散热片可减小散热管的体积，增加散热管的可放置数量；散热管两侧为薄钢板，薄钢板内侧为狭缝内腔；散热管下端为长条形连接口；散热管上端的排气孔为集气管管壁上钻孔，每根散热管上端两侧的薄钢板与集气管的外壁焊接并包含排气孔在内，每根散热管内腔通过排气孔与集气管连通。
所述的散热器，其特征在于所述每根散热管为片式散热片；散热管两侧为薄钢板，薄钢板内侧为狭缝内腔；散热管下端为长条形连接口；散热管上端的排气孔为排气管，所述的排气管与集气管连通。
本发明与现有技术相比的有益效果是：减小变压器整体的占地面积，对箱式变电站或风力发电塔筒等对变压器占地面积要求较高场所，具有明显优势；贝纳德对流效应散热器的散热效率高，可提高变压器的过负荷能力并节约成本；箱体四周易于设置隔声层，可显著降低变压器产生的环境噪声。
附图说明
图1是现有技术之一的结构示意图；
图2是现有技术之二的结构示意图；
图3是本发明的结构示意图；
图4是本发明的一种片式散热管结构示意图；
图5是图4的A-A剖视图；
图6是本发明的带有箱体膨胀节结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明。在此需要说明的是，对于这些实施方式的说明用于帮助理解本发明，但并不构成对本发明的限定。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以互相结合。
在本发明描述中,术语“上端”及“下端”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明而不是要求本发明必须以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
一种油浸式变压器的散热方法，如图3所示，所述散热管8竖立放置在变压器箱体1的上方，将每根散热管8的内腔下端经过连接口82，穿过变压器箱体1顶板12与箱体1内腔连通；每根散热管8的上方开有排气孔81；给变压器箱体1和散热管8内腔充变压器油（变压器油未编号，充油阀未示出）；变压器运行时，箱体1内的顶层变压器油温度升高，依靠贝纳德对流效应，变压器箱体1顶层的高温变压器油通过连接口82加热正上方散热管8内腔的变压器油，图中箭头所示为热量传递方向；散热管8内腔变压器油通过散热管8外表面对空气散热，从而降低变压器油的温度，实现变压器的冷却散热。
所述的散热方法，如图3所示，当室温下充油时，所述散热管8初始油面83至合适的高度；初始油面83的合适高度按如下方法确定：变压器运行时，随着变压器负荷增大及油温度升高，散热管8油面逐步升高，在变压器额定负荷和额定散热条件下，散热管8油面达到额定油面84高度；额定油面84高度为散热管8达到额定散热功率的充油高度；额定油面84距排气孔81留有溢出安全距离。
所述的散热方法，所述的变压器带有公知技术的内腔体积可膨胀收缩的储油柜（图中未示出）和充油排气阀（图中未示出）；室温下充油时，将变压器箱体1、散热管8和储油柜充满变压器油，之后关闭充油排气阀；变压器运行时，随着变压器油温度升高或降低的体积膨胀或收缩，储油柜内腔体积膨胀或收缩，自动调节变压器储油内腔的总体积。
如图6所示，所述的散热方法，所述的变压器带有箱体1膨胀收缩节11和充油排气阀（图中未示出），变压器箱体1的顶板12及位于其上的散热器随变压器油的膨胀和收缩，可上下移动；室温下充油时，将变压器箱体1和散热管8充满变压器油，之后关闭充油排气阀；变压器运行时，随着变压器油温度升高或降低的体积膨胀或收缩，膨胀收缩节11自动膨胀或收缩，调节箱体1储油内腔的总体积。
如图3所示，其是一种油浸式变压器的箱顶式散热器（未编号），所述散热器包括：一根以上的散热管8，散热管8竖立于变压器箱体1的上方；所述每根散热管8的下端通过一个以上连接口82，穿过变压器箱体1顶板12与箱体1的内腔连通；所述的一个以上连接口82也可为一个以上的连接管82（图中未示出），每根散热管优选一个连接口82；每根散热管8的上端开有排气孔81，或带有排气管81；相邻散热管8有间隔，该间隔供散热空气流通；散热管8的根数与变压器的容量成正比，变压器的容量越大，散热管8的根数越多，反之，变压器的容量小，散热管8的根数少。在本实施例图3中，有三根散热管8，每根散热管有一个连接口82。
所述的箱顶式散热器还包括集气管6，集气管6位于散热管8的上方，所述的每根散热管8的上端排气孔81或排气管81均与集气管6连通。
所述的箱顶式散热器还包括压力释放阀7，所述的压力释放阀7与集气管6连通。
所述的箱顶式散热器还包括隔潮呼吸器5，隔潮呼吸器5和集气管6连通。
箱顶式散热器与变压器箱体1连接好之后，对变压器箱体1和散热管8充变压器油；变压器充油时，隔潮呼吸器5将呼出变压器箱体1、散热管8和集气管6内的空气；室温下，散热管8的初始油面83达到合适的高度：使其在变压器额定负荷和额定环境温度条件下，散热管8的油面达到额定油面84高度。本实施例的额定油面84高度距排气孔81的安全距离为100mm。实测额定负荷下，变压器箱体1顶层油温升小于标准要求55K。
在本实施例中，所述每根散热管8与变压器箱体1垂直连通，这样可以使变压器油的垂直向上传热能力最强。由于散热管8传热机理不同，散热管8油面高度对贝纳德对流效应的传热能力无影响。
所述每根散热管8进一步为片式散热片，如图4和图5所示；散热管8的内腔为狭缝型内腔，这样可减小散热管8的体积。每根片式散热管8由薄钢板加工而成，散热管8两侧为薄钢板；散热管8下端为长条形连接口82；排气孔81为集气管6管壁上钻孔，每根散热管8上端两侧的薄钢板与集气管6的外壁焊接，并包含排气孔81在内，散热管8的内腔通过排气孔81与集气管6连通。
所述的片式散热管8的高度为1500mm，散热管8的内腔长度为493mm，散热管8的内腔宽度为10mm，薄钢板的厚度为1mm。散热管连接口82的贝纳德对流效应的传热系数一般在5000–45000W· m-2·K-1之间，散热管8表面对空气的传热系数一般在5-25W· m-2·K-1之间。变压器箱体1顶层油温升55K时，忽略散热管8钢板的传热阻抗；假设贝纳德对流效应的传热温差10K，传热系数取20000W· m-2·K-1；散热管8表面对空气的传热温差45K，传热系数取15W· m-2·K-1。10mm宽连接口82贝纳德对流效应传热量等于H高度散热器双面散热量（热流平衡）：20000*10*0.01=15*45*H*2，散热管8高度H为1480mm。计算表明，图4所示片式散热管的连接口82的内腔宽度为10mm是合理的。
以上结合附图对本发明的实施方式作出详细说明，但本发明不局限于所描述的实施方式。对于本领域的普通技术人员而言，在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下对这些实施方式进行多种变化、修改、替换及变形仍落入在本发明的保护范围内。
Claims (9)
1.一种油浸式变压器的散热方法，所述的散热方法包括：
a) 所述的油浸式变压器置于变压器箱体（1）内，箱体（1）上方带
有散热器；
b) 所述的散热器由一根以上的散热管（8）组成；
c) 将每根散热管（8）竖立放置在变压器箱体（1）上方；
d) 将每根散热管（8）的内腔经过下端连接口（82），穿过变压器箱
体（1）的顶板（12），与变压器箱体（1）内腔连通；
e) 每根散热管（8）的上方开排气孔（81）；
f) 在变压器箱体（1）和散热管（8）内腔充变压器油；
g) 变压器运行时，箱体（1）内的顶层变压器油温度升高，依靠贝纳
德对流效应，箱体（1）顶层的高温变压器油通过连接口（82）加热散热管（8）内腔的变压器油，散热管（8）内腔变压器油通过散热管（8）外表面对空气散热，实现变压器的冷却散热。
2.根据权利要求1所述的散热方法，其特征在于所述的散热器带有呼吸装置；室温下充油时，所述散热管（8）的初始油面（83）至合适的高度；初始油面（83）的合适高度按如下方法确定：变压器运行时，随着变压器负荷增大及油温度升高，散热管（8）油面逐步升高，在变压器额定负荷和额定散热条件下，散热管（8）油面达到额定油面（84）高度。
3.根据权利要求1所述的散热方法，其特征在于所述的变压器带有箱体（1）膨胀收缩装置和充油排气阀；室温下充油时，给变压器箱体（1）和散热管（8）充满油，之后关闭充油排气阀；变压器运行时，变压器油随温度升高或降低的体积增加或减小，箱体（1）膨胀收缩装置自动膨胀或收缩，调节变压器储油内腔的总体积。
4.根据权利要求1所述的散热方法，其特征在于所述的变压器带有膨胀储油柜和充油排气阀；室温下充油时，给变压器箱体（1）、散热管（8）和膨胀储油柜充满油，之后关闭充油排气阀；变压器运行时，变压器油随温度升高或降低的体积增加和减小，膨胀储油柜自动膨胀或收缩，调节变压器储油内腔的总体积。
5.一种油浸式变压器的散热器，其特征在于包括集气管（6）及一根以上的散热管（8）；所述散热管（8）竖立于变压器箱体（1）的上方，每根散热管（8）通过下端一个以上连接口（82），穿过变压器箱体（1）顶板（12）与箱体（1）内腔连通，每根散热管（8）的上端有排气孔（81），相邻散热管（8）有间隔；所述集气管（6）位于散热管（8）的上方，所述每根散热管（8）的排气孔（81）均与集气管（6）连通。
6.根据权利要求5所述的散热器，其特征在于还包括压力释放阀（7），所述压力释放阀（7）与集气管（6）连通。
7.根据权利要求5所述的散热器，其特征在于还包括隔潮呼吸器（5），所述隔潮呼吸器（5）与集气管（6）连通。
8.根据权利要求5所述的散热器，其特征在于所述每根散热管（8）为片式散热片；散热管（8）两侧为薄钢板，薄钢板内侧为狭缝内腔；散热管（8）下端为长条形连接口（82）；散热管（8）上端的排气孔（81）为集气管（6）管壁上钻孔，每根散热管（8）上端两侧的薄钢板与集气管（6）的外壁焊接并包含排气孔（81）在内，每根散热管（8）内腔通过排气孔（81）与集气管（6）连通。
9.根据权利要求5所述的散热器，其特征在于所述每根散热管（8）为片式散热片；散热管（8）两侧为薄钢板，薄钢板内侧为狭缝内腔；散热管（8）下端为长条形连接口（82）；散热管（8）上端的排气孔（81）为排气管（81），所述的排气管（81）与集气管（6）连通。
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