CN103943317B - Sf6与喷淋油接触换热的主变冷却装置及使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种SF₆与喷淋油接触换热的主变冷却装置及使用方法，包括内置有变压器冷却油的变压器主体及设置于变压器主体一侧的喷淋换热器，所述喷淋管与主变出油口通过管道连接，变压器主体下部的侧壁设有变压器进油口，所述喷淋换热器出油口与变压器进油口通过回流管相连接，实现循环回流。本发明通过利用SF6作为冷媒介质以及其不溶于变压器油的特点，将循环变压器油以喷淋方式与低温蒸发的SF6液体进行逆向直接接触热交换而将变压器油冷却，与传统主变冷却方式相比，具有冷却效率高、冷却控制范围大，极大改善主变运行状况、大幅降低主变铜损铁损、更加安全可靠以及设备体积小、用油量少、维护少、整体运行经济环保等巨大优势。

Description

SF6与喷淋油接触换热的主变冷却装置及使用方法

技术领域

本发明涉及一种SF₆与喷淋油接触换热的主变冷却装置及使用方法。

背景技术

主变压器在运行过程中，由于电和磁的作用，其线圈和铁芯会发热，且温度越高，主变运行状况越不利，主变的铜损、铁损也越高，如不能及时将此热量带走，将导致主变烧毁甚至爆炸的严重事故，因此必须通过主变内充满的变压器油流来冷却线圈和铁芯，而变压器油流带走的热量又需通过散热装置来进行热交换，冷却后的冷油流再进入主变本体进行冷却。传统变压器冷却方式主要为强制风冷、自然风冷及水冷三种，水冷虽然经济，效率也高，但如冷却系统中若发生冷却水向变压器渗漏现象，哪怕是微小渗漏，也将导致严重后果；自然风冷无法进行冷却控制；强制风冷因空气热焓低，以及受环境温度、天气等的影响，使得变压器冷却效率低、冷却控制范围小、主变运行状况差，以及变压器、散热器设备制造体积庞大，用油量多、运行成本高、维护量大等缺点。

发明内容

本发明针对上述问题进行了改进，即本发明要解决的技术问题是现有的传统变压器冷却方式主要为强制风冷、自然风冷及水冷三种。水冷虽然经济，效率也高，但安全性能低，强制风冷因空气热焓低，以及受环境温度、天气等的影响，使得变压器冷却效率低、冷却控制范围小、主变运行状况差，以及变压器、散热器设备制造体积庞大，用油量多、运行成本高、维护量大等缺点。

本发明第一个具体实施方案是：一种SF₆与喷淋油接触换热的主变冷却装置，包括一位于高位内置有变压器冷却油的变压器主体及设置于变压器主体一侧的喷淋换热器；所述变压器主体上部的侧壁设有主变出油阀，所述喷淋换热器内的顶部设有喷淋管，所述喷淋管与主变出油口通过管道连接；所述喷淋换热器底部设有喷淋换热器出油口，所述变压器主体下部的侧壁设有主变进油阀，所述喷淋换热器出油口与主变进油阀通过回流管相连接。

进一步的，所述回流管上设有变频油泵，所述喷淋换热器底部设有喷淋换热器电接点油位计，喷淋换热器底部出油口设有喷淋换热器出油电磁阀。

进一步的，所述喷淋换热器上部的侧壁设有喷淋换热器冷媒出口，喷淋换热器下部的侧壁设有喷淋换热器冷媒进口，所述喷淋换热器冷媒出口经管路与一气液分离器的进口相连通，所述气液分离器顶部设有排气口，所述排气口经变频制冷压缩机、冷凝器、节流阀，与换热器冷媒进口连通。

进一步的，所述气液分离器底部设有排液口，所述排液口经管道与回流管相连通。

进一步的，所述气液分离器底部设有气液分离器电接点油位计，气液分离器底部出口还设有分离器出油电磁阀。

进一步的，所述主变出油口设有出油控制阀，所述变压器主体上部设有用于测量变压器内冷却油油温的温度传感器。

进一步的，所述主变冷却装置还包括控制模块，所述控制模块与温度传感器、变频制冷压缩机、变频油泵电性连接。

本发明第二个具体实施方案是：一种SF₆-变压器油喷淋接触式的主变冷却装置及使用方法，其特征在于：该方法采用如权利要求7所述的以变压器油喷淋方式与SF₆接触换热的主变冷却装置，并按以下步骤进行：

（1）开启变压器主体下部的主变进油阀和上部的主变出油阀，同时开启喷淋换热器；

（2）待喷淋换热器底部油位上升到设定值形成油封时，喷淋换热器电接点油位计触发控制喷淋换热器出油电磁阀开启，待油位降低至设置值时，电接点油位计控制喷淋换热器出油电磁阀关闭；

（3）开启变频油泵，实现油循环流动；

（4）开启节流阀、冷凝器及气液分离器；

（5）当气液分离器下部油位达到开启设定值形成油封时，气液分离器下部电接点油位计触发控制分离器出油电磁阀开启，变频油泵将油抽至变压器主体内；当油位低于分离器电接点油位计设置值时，分离器出油电磁阀关闭；

（6）开启控制模块，控制模块根据在线测温装置测量的主变油温进行智能控制，当主变油温升高达到设置值时，启动变频制冷压缩机，开始制冷工作；主变油温越高，控制模块自动控制变频制冷压缩机频率增加，增大出力，同时自动控制变频油泵的频率增加，增大油流循环量，以降低油温，反之亦然；

（7）当主变油温降至设定温度值时，控制模块自动关闭变频制冷压缩机，制冷系统停止工作，同时控制变频油泵以最低负荷运行。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：由于使用SF₆介质，除了其具有优良的绝缘、灭弧、熄燃性能和稳定理化性质以及不溶于变压器油的特点外，还是一种有着较高热焓的优良冷媒。将SF₆作为冷媒介质与变压器油以喷淋直接接触的冷却方式与传统主变冷却方式相比，具有冷却效率高、能极大改善主变运行状况、大幅降低主变铜损铁损、更加安全可靠以及设备体积小、用油量少、维护少、整体运行经济环保、延长设备使用寿命等巨大优势，是电力变压器冷却方式的革命性创新。

本发明既克服了现有技术当中以水冷方式的主变在运行中如冷却系统发生向主变本体渗漏，哪怕是微小的渗漏，在主变内高电压环境下都将产生严重故障，甚至爆炸的严重后果；又克服了现有技术当中以强制风冷或自然风冷的主变，由于空气热焓低、受环境天气影响，使得主变冷却效率低，冷却范围窄，主变运行方式差，以及设备制造体积大，用油量多、运行成本高、维护工作量大等诸多缺点；与现广泛使用传统主变散热方式相比，本发明有着巨大优势。

附图说明

图1为本发明整体结构流程示意图。

图2为本发明变压器油流循环系统部分结构流程示意图。

图3为本发明SF₆冷媒循环系统结构流程示意图。

图4为本发明电接点油位计控制电磁阀回路图。

图5为本发明电接点油位计控制电磁阀主接线图回路图。

图6为本发明控制系统原理方框图。

图中：1-变压器主体，2-主变绕组，3-铁芯，4-变压器油，5-在线测温装置，6-主变出油阀，7-喷淋管，8-油滴，9-油封，10-喷淋换热器电接点油位计，11-喷淋换热器出油电磁阀，12-变频油泵，13-主变进油阀，14-变频制冷压缩机，15-冷凝器进口，16-冷凝器，17-冷却风机，18-冷却器出口，19-节流阀，20-喷淋换热器冷媒进口，21-喷淋换热器，22-冷媒蒸发气，23-喷淋换热器冷媒出口，24-气液分离器进口，25-气液分离器，26-气液分离器出气口，27-气液分离器电接点油位计，28-气液分离器出油电磁阀。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细的说明。

本发明利用SF₆冷媒介质不溶于变压器油的特点，将循环变压器油以喷淋方式与低温蒸发的SF₆介质进行直接接触热交换，低温蒸发的SF₆冷媒吸收大量变压器油热量从而使变压器油被冷却，来达到冷却主变线圈和铁芯的目的。

该装置主要包括了变压器油流循环系统、SF6冷媒循环系统、在线测温装置、控制模块等部分。

（1）变压器油流循环系统：

如图1所示，变压器油流循环系统包括有一内置有变压器冷却油的变压器主体1及设置于变压器主体1一侧的喷淋换热器21；所述变压器主体1上部的侧壁设有主变出油阀6，喷淋换热器21内的顶部设有喷淋管7，所述喷淋管7与主变出油阀6通过管道连接；所述喷淋换热器底部设有喷淋换热器出油口，喷淋换热器下部设有喷淋换热器电接点油位计10，换热器出油口设有喷淋换热器出油电磁阀11，喷淋换热器电接点油位计10电性连接于喷淋换热器出油电磁阀11，所述变压器主体1下部的侧壁设有变压器进油口，所述喷淋换热器出油口与主变进油阀13通过回流管相连接。

变压器油将主变绕组2和铁芯3冷却后，内置的冷却油被加热经主变上部主变出油阀6流出，喷淋换热器21可设置在低于变压器主体1冷却油液面下，这样在自重势能的作用下流至喷淋换热器内的喷淋装置（亦可采用泵抽吸），喷淋管7将高温的油喷淋形成细小液滴下落，与喷淋换热器21内低温的SF₆冷媒介质逆向接触，被冷却后的油滴由于重力作用，落入喷淋换热器底部并汇流后经出油电磁阀11流出喷淋换热器21，流出喷淋换热器21的冷油经变频油泵12通过主变进油阀13进入变压器主体1内，再次对主变绕组2进行冷却，以此循环反复。

喷淋换热器电接点油位计10电性连接于喷淋换热器出油电磁阀11，通过喷淋换热器电接点油位计10控制感应反馈，当油位降到设置值时，喷淋换热器出油电磁阀11关闭，达到一定油位高度时，喷淋换热器出油电磁阀11再开启，始终保持喷淋换热器底部形成油封，从而保证了在喷淋换热器中SF₆冷媒介质不损失。

（2）SF₆冷媒循环系统：

如图2所示，所述SF₆冷媒介质循环系统包括有：变频SF₆制冷压缩机14、冷凝器16、节流阀19、喷淋换热器21、气液分离器25以及系统连接的管路、阀门等。

节流阀19减压节流的SF₆冷媒介质在喷淋换热器21中与逆向接触的油滴进行热交换，SF₆冷媒介质蒸发吸热将油滴冷却后，吸热蒸发的SF₆冷媒气体被变频制冷压缩机14抽出喷淋换热器21，此时吸热蒸发的SF₆仍然带着细小的油滴，为此本发明增加了气液分离器25。

经喷淋换热器冷媒出口23抽出的SF₆至气液分离器25内，油滴由于重力作用沉降至气液分离器25底部，底部设有气液分离器电接点油位计27，底部出口装有出油电磁阀28，其作用原理与喷淋换热器中排出口功能相同，气液分离器电接点油位计27控制气液分离器出油电磁阀28，当气液分离器底部排液口处油位太低时，分离器出油电磁阀28关闭，达到一定油位高度时分离器出油电磁阀28开启，始终保持气液分离器25底部形成油封，从而保证了在气液分离器中SF₆冷媒介质不损失。

二次分离的油滴则落入气液分离器25底部经汇流后，由变频油泵12打入主变进油阀13。

SF₆经气液分离器分离后，被抽至变频制冷压缩机14的吸气口，并被压缩成高压高温的SF₆气体，高压高温SF₆气体进入冷凝器16被冷凝成高温SF₆液体，高温SF₆液体经节流阀19节流减压后进入喷淋换热器21，由于体积突然扩大，部分SF₆液体蒸发，并吸收其它SF₆液体的热量而使全部SF₆介质温度急剧下降，在SF₆喷淋换热器21中与油滴接触后，吸收大量油热量，SF₆冷媒介质全部蒸发成低温低压气体，又被抽至变频压缩机14中压缩，如此循环反复。

（3）在线测温装置：

变压器主体1上部安装有在线测温装置，能实时测量主变内油温，并将测温数据传送给控制模块，所述在线测温装置电性连接于控制模块。

（4）控制模块：

所述控制模块接收到主变在线测温装置发来的油温信号后，控制模块按预先设计编程的程序进行分析判断，自动控制制冷系统的工作和冷却油的循环量，以保证变压器主体1内油温的冷却效果。当变压器主体1内油温超过设置值时，控制模块自动控制启动变频制冷压缩机14工作，当油温越高时，加大变频制冷压缩机的工作频率，增大出力，增大制冷量，同时也自动控制变频油泵的频率，增加油流循环量，以降低主变油温。同理，油温降低时控制频率减低，出力减少，当主变内油温降到设置值以下时，控制模块自动控制关闭变频制冷压缩机14，制冷系统停止工作，同时控制变频油泵以最低负荷运行（可以是多台变频油泵中仅轮流开一台）。控制模块电性连接于在线测温装置、变频制冷压缩机、变频油泵等，控制模块可以是PLC、单片机或其它形式的微机处理器等。

（1）开启变压器主体下部的主变进油阀和上部的主变出油阀，同时开启喷淋换热器；

（2）待喷淋换热器底部油位上升到设定值形成油封时，喷淋换热器电接点油位计触发控制喷淋换热器出油电磁阀开启，待油位降低至设置值时，电接点油位计控制喷淋换热器出油电磁阀关闭；

（3）开启变频油泵，实现油循环流动；

（4）开启节流阀、冷凝器及气液分离器；

（5）当气液分离器下部油位达到开启设定值形成油封时，气液分离器下部电接点油位计触发控制分离器出油电磁阀开启，变频油泵将油抽至变压器主体内；当油位低于分离器电接点油位计设置值时，分离器出油电磁阀关闭；

（6）开启控制模块，控制模块根据在线测温装置测量的主变油温进行智能控制，当主变油温升高达到设置值时，启动变频制冷压缩机，开始制冷工作；主变油温越高，控制模块自动控制变频制冷压缩机频率增加，增大出力，同时自动控制变频油泵的频率增加，增大油流循环量，以降低油温，反之亦然；

（7）当主变油温降至设定温度值时，控制模块自动关闭变频制冷压缩机，制冷系统停止工作，同时控制变频油泵以最低负荷运行。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims (6)

1.一种SF₆与喷淋油接触换热的主变冷却装置，其特征在于，包括一位于高位内置有变压器冷却油的变压器主体及设置于变压器主体一侧的喷淋换热器；所述变压器主体上部的侧壁设有主变出油阀，所述喷淋换热器内的顶部设有喷淋管，所述喷淋管与主变出油口通过管道连接；所述喷淋换热器底部设有喷淋换热器出油口，所述变压器主体下部的侧壁设有主变进油阀，所述喷淋换热器出油口与主变进油阀通过回流管相连接，所述回流管上设有变频油泵，所述喷淋换热器底部设有喷淋换热器电接点油位计，喷淋换热器底部出油口设有喷淋换热器出油电磁阀，电接点油位计电性连接于出油电磁阀，所述喷淋换热器上部的侧壁设有喷淋换热器冷媒出口，喷淋换热器下部的侧壁设有喷淋换热器冷媒进口，所述喷淋换热器冷媒出口经管路与一气液分离器的进口相连通，所述气液分离器顶部设有排气口，所述排气口经变频制冷压缩机、冷凝器及节流阀与换热器冷媒进口连通。

2.根据权利要求1所述的一种SF₆与喷淋油接触换热的主变冷却装置，所述气液分离器底部设有排液口，所述排液口经管道与回流管相连通。

3.根据权利要求2所述的一种SF₆与喷淋油接触换热的主变冷却装置，所述气液分离器底部设有气液分离器电接点油位计，气液分离器底部出口还设有分离器出油电磁阀，电接点油位计电性连接于出油电磁阀。

4.根据权利要求3所述的一种SF₆与喷淋油接触换热的主变冷却装置，所述主变出油口设有出油控制阀，所述变压器主体上部设有用于测量变压器内冷却油油温的温度传感器。

5.根据权利要求4所述的一种SF₆与喷淋油接触换热的主变冷却装置，所述主变冷却装置还包括控制模块，所述控制模块电性连接于温度传感器、变频制冷压缩机、变频油泵。

6.一种SF₆与喷淋油接触换热的主变冷却装置的使用方法，其特征在于：该方法采用如权利要求5所述的一种SF₆与喷淋油接触换热的主变冷却装置，并按以下步骤进行：

（1）开启变压器主体下部的主变进油阀和上部的主变出油阀，同时开启喷淋换热器；

（2）待喷淋换热器底部油位上升到设定值形成油封时，喷淋换热器电接点油位计触发控制喷淋换热器出油电磁阀开启，待油位降低至设置值时，电接点油位计控制喷淋换热器出油电磁阀关闭；

（3）开启变频油泵，实现油循环流动；

（4）开启节流阀、冷凝器及气液分离器；

（5）当气液分离器下部油位达到开启设定值形成油封时，气液分离器下部电接点油位计触发控制分离器出油电磁阀开启，变频油泵将油抽至变压器主体内；当油位低于分离器电接点油位计设置值时，分离器出油电磁阀关闭；

（6）开启控制模块，控制模块根据在线测温装置测量的主变油温进行智能控制，当主变油温升高达到设置值时，启动变频制冷压缩机，开始制冷工作；主变油温越高，控制模块自动控制变频制冷压缩机频率增加，增大出力，同时自动控制变频油泵的频率增加，增大油流循环量，以降低油温，反之亦然；

（7）当主变油温降至设定温度值时，控制模块自动关闭变频制冷压缩机，制冷系统停止工作，同时控制变频油泵以最低负荷运行。