CN104008855A - 一种具有光伏变频制冷功能的主变冷却装置及使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明包括一种具有光伏变频制冷功能的主变冷却装置及使用方法，包括一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冷却装置，冷却装置包括冷却器、内置有冷媒的蒸发器及变频制冷压缩机，制冷装置的供电源与电源控制器电性连接，电源控制器与贮能器及外接备用电源相连接，贮能器经光电转换器与太阳能接收器相连接。本发明克服了传统冷却方式的缺陷，利用太阳能并通过光伏转换提供给主变冷却装置工作所需的电能，耗能极低。还由于运用制冷系统，使主变冷却效率得到很大提高，大幅降低主变铜、铁损，极大改善主变运行状况，与传统主变冷却方式相比，具有安全可靠、冷却效率高、设备体积小、用油量少、耗能低、整体运行经济等巨大优势。

Description

一种具有光伏变频制冷功能的主变冷却装置及使用方法

技术领域

本发明涉及一种具有光伏变频制冷功能的主变冷却装置及使用方法。

背景技术

主变在运行过程中，由于电和磁的作用，其绕组和铁芯会发热，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来冷却绕组和铁芯，而变压器油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。传统主变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主变渗漏现象，哪怕是微小渗漏，也将导致严重后果；自然风冷虽然能耗低，但因空气热焓低，使得主变冷却效率低，主变、散热器设备制造体积庞大，用油量多等缺点；强制风冷虽比自然风冷好些，但同样的缺点依然明显，且风机运转维护工作量大，还需较多能耗。

发明内容

本发明的目的是提供一种具有光伏变频制冷功能的主变冷却装置及运用，能安全、可靠、高效、经济的带走运行中主变产生的热能，有力保障电力系统主变的安全、经济运行。

本发明的具体实施方案是：一种具有光伏变频制冷功能的主变冷却装置，包括一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冷却装置，所述冷却装置包括冷却器、内置有冷媒的蒸发器及变频制冷压缩机，所述变压器主体下部的侧壁设有主变出油阀，变压器主体上部的侧壁设有主变进油阀，所述主变出油阀经管路与蒸发器底部侧壁的热油进口相连接，所述蒸发器顶部侧壁的冷油出口经管路与主变进油阀相连接，所述主变冷却装置所需的供电源与电源控制器电性连接，所述电源控制器与贮能器相连接，所述贮能器经光电转换器与太阳能接收器相连接。

进一步的，所述蒸发器上端设有冷媒出口，下端设有冷媒进口，所述冷媒出口经管路与变频制冷压缩机相连接，所述制冷压缩机与冷却器相连接，所述冷却器的出口端与蒸发器冷媒进口相连通。

进一步的，所述主变出油阀出口端设有变频油泵及变频油泵出油阀。

进一步的，所述冷却器与蒸发器连接的管路上设有节流阀。

进一步的，所述变压器主体内设有油温在线测温器，所述测温器经控制模块与变频油泵和变频制冷压缩机相连接。

进一步的，所述太阳能接收器包括多片可翻转的太阳能电池板，所述每片太阳能电池板下端套于转轴上并贮能器相连接，所述贮能器内设有比较器，所述比较器根据各个太阳能电池板收集能量大小控制转轴旋转以实现各个太阳能电池板达到最大能量采集量。

进一步的，所述制冷装置还连接有外接备用电源，电源控制器与贮能器及外接备用电源相连接以供当长期雨天光照不足时自动切换使用。

本发明第二实施方案为：一种具有光伏变频制冷功能的主变冷却装置的使用方法其特征在于：包括如权利要求5或6所述的一种具有光伏变频制冷功能的主变冷却装置，具体使用方法步骤如下：

（1）开启太阳能接收器及变压器主体下部出油阀和上部的进油阀；开启制冷系统中蒸发器，开启变频油泵，使油流开始循环流动；

（2）开启变频制冷压缩机，开始制冷工作；

（3）开启控制模块，控制模块根据油温在线监测温装置测量的油温，进行智能分析运算，当主变内油温上升到设定值时，控制模块自动启动变频制冷压缩机，油温越高，控制模块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；当主变油温降低时，控制模块控制变频制冷压缩机频率减少，减少出力，同时自动控制变频油泵的频率降低，减少油流循环量；当主变内油温降到设定至以下范时，制冷系统停止工作，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：本发明克服了以上传统冷却方式的缺陷，运用智能光伏变频制冷功能的主变冷却装置，利用太阳能并通过光伏转换提供给主变冷却装置工作所需的电能，因此除了极少数时间使用备用电源外，耗能极低。还由于运用制冷系统，使主变冷却效率得到很大提高，大幅降低主变铜、铁损，极大改善主变运行状况，与传统主变冷却方式相比，具有安全可靠、冷却效率高、设备体积小、用油量少、耗能低、整体运行经济等巨大优势，是主变冷却方式的革命性创新。

附图说明

图1是本发明实施例的光伏转换供电系统原理示意图（K1为电源控制开关，呈常开状态；K2为另一电源控制开关，呈常闭状态，K1、K2互为闭锁）。

图2是本发明实施例的控制模块工作原理方框示意图。

图3是本发明实施例的主变油流冷却循环系统流程示意图。  

图4是本发明实施例的冷媒循环系统示意图。

图5是本发明实施例的主变冷却装置工作流程示意图。

图6是本发明实施例的太阳能接收器工作结构示意图。

      图中：1-变频制冷压缩机；2-冷却器进管；3-冷却器；4-冷却器风机；5-冷却器出口；6-节流阀；7-蒸发器；8-蒸发器冷媒流程；9-蒸发器冷媒出口；10-主变出油阀；11-变频油泵；12-变频油泵出油阀；13-热油进蒸发器流程；14-蒸发器内油流程；15-蒸发器油流程出口；16-主变进油阀；17-油温在线测温器，18-主变本体，19-太阳能电池板，20-电机，21-比较器。 

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。

如图1～6所示，本发明涉及一种具有光伏变频制冷功能的主变冷却装置，包括内设有变压器油的主变本体18、变频制冷压缩机1、蒸发器7、冷却器3、节流阀6、变频油泵11、油温在线测温器17、控制模块、备用电源以及系统连接的管道、阀门等组成，变压器油与冷媒在蒸发器7中不直接接触，而是走各自的流程，通过器壁进行热交换。

变压器油流冷却循环系统的连接及运行方式：

主变本体下部的侧壁设有主变出油阀10，主变本体上部的侧壁设有主变进油阀16，所述主变出油阀10经管路与蒸发器7底部侧壁的热油进口相连接，所述蒸发器7顶部侧壁的冷油出口经管路与主变进油阀16相连接。

所述主变本体18内部充满的变压器油主要起到绝缘和冷却作用，主变绕组和铁芯由于在电、磁的作用下会发热，如不及时将此热量带走，将导致主变烧毁甚至爆炸的严重事故。所述流动的冷变压器油能将主变绕组、铁芯产生的热量带走，油流自身被加热而成为热油流，热油流在蒸发器中通过与低温冷媒（低温冷媒可以是SF₆介质或其它合适的冷媒介质，包括混合冷媒等）的热交换，其热量被蒸发的冷媒带走，而又成为冷油流，重新回到主变中对绕组和铁芯进行冷却，周而复始。

变频制冷系统的连接及运行方式：

所述蒸发器7上端设有冷媒出口9，下端设有冷媒进口，所述冷媒出口9经管路与变频制冷压缩机1相连接，所述制冷压缩机与冷却器进管2相连接，所述冷却器出口5与冷媒进口相连通。

运行时，蒸发器7冷媒流程输出低压冷媒气体，此低压冷媒气体通过变频制冷压缩机压缩成高压、高温冷媒气体后进入冷却器3冷却（本发明以风冷却器为例说明，由于冷媒介质与油是间接热交换，水分不会渗入变压器油中，因此冷却器还可以是水冷却器），在冷却器3中高压、高温冷媒气体被冷却成高温冷媒液体，高温冷媒液体通过节流阀6的节流，至蒸发器7冷媒流程中节流蒸发，吸收大量热油流中的热量成为低压冷媒气体，又至变频制冷压缩机1中压缩，以此反复循环。

变压器油流冷却循环系统及变频制冷系统的控制方式：

变压器本体18内设有油温在线测温器17，主变出油阀10出口端设有变频油泵11及变频油泵出油阀12。控制模块电性连接于油温在线测温器17、变频油泵11和变频制冷压缩机1。在线测温器17实时将油温数据传送至控制模块，控制模块根据预先编程设置的程序对变频油泵11、变频制冷压缩机1进行自动控制，控制模块可以是PLC、单片机或其它形式的微机处理器。当油温升高至设定值时，控制模块启动变频制冷压缩机，油温越高，控制模块控制变频制冷压缩机电机频率增加，加大制冷量，同时控制变频油泵增大循环量，以降低油温，反之亦然，当油温降低至设置温度以下时，控制模块自动关闭变频制冷压缩机，同时减少变频油泵的油循环量。

变压器冷却装置的能源供应：

所述光伏转换供电系统包括有：太阳能接收器、光电转换器、贮能器、电源控制器、备用电源等组成。所述制冷装置与电源控制器及备用电源电性连接，所述电源控制器还与贮能器相连接，所述贮能器经光电转换器与太阳能接收器相连接。

由太阳能接收器接收到的太阳能，通过光电转换器将太阳能转化为电能并贮存在贮能器中，电源控制器能将光伏电源转化为可供主变冷却装置工作的电能。光伏转换供电系统电性连接于备用电源，当遇到夜晚或长期阴雨天，而主变油温又超过设定值，此时如光伏转换供电系统供电不足，自动启动备用电源以补充冷却装置供电的不足。正常情况下，备用电源平常处关闭状态，只有当光伏转换供电系统供电不足时，备用电源才自动开启。一般在白昼有阳光时，光伏转换供电系统能提供充足的电力，而夜晚和阴雨天气温低，主变本身被大气环境所冷却，所需的制冷量也小，因此启动备用电源的几率较小。

  为了保证太阳能接收器的储能效率，本发明还设计了一种具有自动调控太阳能板朝向的装置，太阳能接收器包括多片可翻转的太阳能电池板，所述每片太阳能电池板下端设有轴套，轴套套于转轴上并贮能器相连接，转轴由电机控制转动，所述贮能器内设有比较器，所述比较器与电机及控制系统连接，比较器根据各个太阳能电池板收集能量大小控制转轴旋转以实现调节各个太阳能电池板的角度，使不同角度的太阳能电池板调整至与最大储能太阳能电池板相同的角度，以达到太阳能接收器最大储能量。                                                                                        

工作时，变压器油去冷却主变绕组由于电流作用产生的热量，热的油流流至蒸发器被冷媒冷却后又回到主变内冷却。其具体使用方法步骤如下：1、启动光伏供电系统；开启主变下部出油阀10和上部的进油阀16；2、开启制冷系统中蒸发器7中的油流流程14；3、开启变频油泵11，此时油流开始循环流动；4、开启制冷系统中蒸发器7中的冷媒流程8、节流阀6、冷却器3、冷却器风机4；5、启动变频制冷压缩机1，开始制冷工作。6、开启控制模块，控制模块根据油温在线监测器17测量的油温，进行智能分析运算，当主变内油温上升到设定值时，控制模块自动启动变频制冷压缩机1，油温越高，控制模块控制变频制冷压缩机1的频率增加，增大出力，同时自动控制变频油泵11的频率增加，增大油流循环量；7、当主变油温降低时，以上自动控制反之；8、当主变内油温降到设定值以下时，制冷系统停止工作，变频油泵11以最低负荷运行（可以是多台变频油泵中仅轮流开一台并以最低负荷运行）；9、以上主变冷却装置的运行由光伏转换供电系统供电，备用电源平常处关闭状态，只有当光伏转换供电系统供电不足时，备用电源才自动开启，以保证主变冷却装置的正常运行。

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 (8)

1.一种具有光伏变频制冷功能的主变冷却装置，其特征在于，包括一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冷却装置，所述冷却装置包括冷却器、内置有冷媒的蒸发器及变频制冷压缩机，所述变压器主体下部的侧壁设有主变出油阀，变压器主体上部的侧壁设有主变进油阀，所述主变出油阀经管路与蒸发器底部侧壁的热油进口相连接，所述蒸发器顶部侧壁的冷油出口经管路与主变进油阀相连接，所述主变冷却装置所需的供电源与电源控制器电性连接，所述电源控制器与贮能器相连接，所述贮能器经光电转换器与太阳能接收器相连接。

2.根据权利要求1所述的一种具有光伏变频制冷功能的主变冷却装置，所述蒸发器上端设有冷媒出口，下端设有冷媒进口，所述冷媒出口经管路与变频制冷压缩机相连接，所述制冷压缩机与冷却器相连接，所述冷却器的出口端与冷媒进口相连通。

3.根据权利要求2所述的一种具有光伏变频制冷功能的主变冷却装置，所述主变出油阀出口端设有变频油泵及变频油泵出油阀。

4.根据权利要求3所述的一种具有光伏变频制冷功能的主变冷却装置，所述冷却器与蒸发器连接的管路上设有节流阀。

5.根据权利要求4所述的一种具有光伏变频制冷功能的主变冷却装置，所述变压器主体内设有油温在线测温器，所述测温器经控制模块与变频油泵和变频制冷压缩机相连接。

6.根据权利要求5所述的一种具有光伏变频制冷功能的主变冷却装置，所述太阳能接收器包括多片可翻转的太阳能电池板，所述每片太阳能电池板下端套于转轴上并贮能器相连接，所述贮能器内设有比较器，所述比较器根据各个太阳能电池板收集能量大小控制转轴旋转以实现各个太阳能电池板达到最大能量采集量。

7.根据权利要求1所述的一种具有光伏变频制冷功能的主变冷却装置，所述制冷装置还连接有外接备用电源，电源控制器与贮能器及外接备用电源相连接以供当长期雨天光照不足时自动切换使用。

8.一种具有光伏变频制冷功能的主变冷却装置的使用方法其特征在于：包括如权利要求5或6所述的一种具有光伏变频制冷功能的主变冷却装置，具体使用方法步骤如下：

（1）、开启太阳能接收器及变压器主体下部出油阀和上部的进油阀；开启制冷系统中蒸发器，开启变频油泵，使油流开始循环流动；

（2）开启变频制冷压缩机，开始制冷工作；

（3）开启控制模块，控制模块根据油温在线监测温装置测量的油温，进行智能分析运算，当主变内油温上升到设定值时，控制模块自动启动变频制冷压缩机，油温越高，控制模块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；当主变油温降低时，控制模块控制变频制冷压缩机频率减少，减少出力，同时自动控制变频油泵的频率降低，减少油流循环量；当主变内油温降到设定至以下范时，制冷系统停止工作，变频油泵以最低负荷运行。