CN104157402B - 一种利用地下环境作为冷却源的变压器散热系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种利用地下环境作为冷却源的变压器散热系统，包括地下换热系统，所述地下换热系统包括冷却水泵，所述冷却水泵抽取经过地下环境冷却后的低温水输送进变压器水冷却器的冷却水进口，所述变压器水冷却器的冷却水出口与所述地下换热系统的进口相连接，所述冷却水泵抽取的所述低温水吸收变压器所散发的热量经过所述冷却水出口输送回所述地下换热系统。利用地下环境作为冷却介质，摆脱了室外环境变化的影响，克服变压器外界自然的不足；散热效果大大加强，并且增大了散热面积，散热效果具有显著的提升；降低变压器的损耗和运行噪声，同时减少变压器的制造成本和变电站运行费用。

Description

一种利用地下环境作为冷却源的变压器散热系统

技术领域

本发明属于变压器的冷却技术领域，尤其涉及一种利用地下环境作为冷却源的电力变压器散热系统。

背景技术

传统电力变压器散热主要有七种方式，分别为干式自冷、干式风冷、油浸自冷、油浸风冷、强油风冷、强油水冷、强油导向风冷和水冷式，这几种冷却方式的冷却介质和载体主要是室外空气和地上部分的水源，散热环境都为大气，不可避免的受到环境条件变化的影响，从而成为影响变压器运行的不可忽视的条件，限制了变压器产品的设计和使用，不适于在特殊艰苦环境下的使用。尤其是对于特定类型的变压器，特别是地下式变压器，所谓地下式变压器是一种可以安装到地坑里的配电变压器或组合式变压器，其通过自然传导，辐射散热给大地，由于接触面积有限，地埋式变压器空间有限，散热效果不好，导致设计容量受到了限制。除此之外，传统的变压器的风冷散热方式中风机的运行噪声成为变压器运行噪声的一部分，并且风机散热运行需要电力支持，无疑增加了变压器的本体载荷，导致损耗增加、制作成本升高。

发明内容

本发明为解决上述技术问题，提出一种利用地下环境作为冷却源的变压器散热系统以克服变压器外界自然的不足，本发明的技术方案为：

一种利用地下环境作为冷却源的变压器散热系统，包括变压器，以及为所述变压器进行油循环冷却的变压器油泵，其中，还包括变压器水冷却器，所述变压器水冷却器的冷却油进口与所述变压器油泵连接，所述变压器水冷却器的冷却油出口连接所述变压器；所述变压器散热系统还包括地下换热系统，所述地下换热系统包括冷却水泵，所述冷却水泵抽取经过地下环境冷却后的低温水输送进所述变压器水冷却器的冷却水进口，所述变压器水冷却器的冷却水出口与所述地下换热系统的进口相连接，所述冷却水泵抽取的所述低温水吸收所述变压器所散发的热量经过所述冷却水出口输送回所述地下换热系统。

在一些可选的实施例中，所述地下换热系统还包括埋入地下岩土的埋地管道，以及补水装置和定压装置；所述埋地管道的进口与所述变压器水冷却器的冷却水出口相连，所述埋地管道的出口与所述冷却水泵的连接，所述冷却水泵经管道回连至所述变压器水冷却器的所述冷却水进口；所述补水装置通过管道将水输送至所述定压装置本体的补水口，所述定压装置通过管道连接至所述冷却水泵的进口前的管道上。

在一些可选的实施例中，所述埋地管道的出口经控制阀连接至所述冷却水泵，所述冷却水泵依次经止回阀和控制阀回连至所述变压器水冷却器的所述冷却水进口。

在一些可选的实施例中，所述定压装置通过管道经螺纹，或，法兰连接至所述冷却水泵的进口前的管道上。

在一些可选的实施例中，所述埋地管道由埋于地下岩土的密闭循环管组组成，分为垂直方式和水平方式，水平方式是将所述循环管组埋置至水平浅层岩土内，垂直方式是将所述循环管组埋置在竖直管道井内，管道井回填防腐导热材料。

在一些可选的实施例中，所述定压装置为由设计计算选定流量和扬程的泵组制成，或，为膨胀罐，所述膨胀罐由设计计算选定容积的钢质容器制成。

在一些可选的实施例中，所述补水装置的出口通过管道连接到定压装置补水口，连接方式为法兰、螺纹或焊接；所述补水装置由设计计算选定流量的软化水设备，或，携带泵组的软化水设备。

在一些可选的实施例中，所述地下换热系统还包括与地下水源连通的管道井，以及旋流除砂器；所述冷却水泵抽取所述管道井内的地下水，经所述旋流除砂器除砂后连接至所述变压器水冷却器的冷却水进口，所述变压器水冷却器的冷却水出口将吸收过所述变压器所散发的热量的高温水输送回所述管道井。

在一些可选的实施例中，所述管道井包括水源井和回灌井，所述冷却水泵抽取所述水源井内的地下水依次经过止回阀和控制阀连接至所述旋流除砂器，所述吸收过所述变压器所散发的热量的高温水经所述变压器水冷却器的所述冷却水出口输送回至所述回灌井。

本发明所带来的有益效果：

1、利用地下环境作为冷却介质，摆脱了室外环境变化的影响，克服变压器外界自然的不足，尤其针对地下式变压器，通过将所有换热过程移至地下进行的方式，使得变压器被动的散热转化成主动的散热，由此解决了所有容量变压器的散热问题，并且适应于变压器特殊艰苦环境的使用。

2、由于地下温度低，使得散热效果大大加强，并且增大了散热面积，相比传统的散热方式，散热效果具有显著的提升。

3、由于风机噪声是变压器运行噪声的一部分，且风机运行也是变压器损耗的一部分，而且变压器风机散热运行需要电。取消变压器风机冷却器后，减少了变压器本体载荷，结构上可以节约材料，并且可以降低变压器的损耗和运行噪声，同时减少变压器的制造成本和变电站运行费用。

附图说明

图1是本发明使用岩土源作为冷却介质的一般变压器的散热系统示意图；

图2是本发明使用地下水源作为冷却介质的一般变压器散热系统示意图；

图3是本发明使用岩土源作为冷却介质的地下式变压器的散热系统示意图；

图4是本发明使用地下水源作为冷却介质的地下式变压器的散热系统示意图。

具体实施方式

以下描述和附图充分地示出本发明的具体实施方案，以使本领域的技术人员能够实践它们。实施例仅代表可能的变化。除非明确要求，否则单独的部件和功能是可选的，并且操作的顺序可以变化。一些实施方案的部分和特征可以被包括在或替换其他实施方案的部分和特征。

下面结合附图对本发明的具体实施方式做出进一步的详细说明，参见图1至4。

在一些说明性的实施例中，提出一种利用地下环境作为冷却源的变压器散热系统，包括变压器1、变压器油泵2和变压器水冷却器3，所述变压器油泵2为所述变压器1进行油循环冷却。其中，所述变压器水冷却器3的冷却油出口31与所述变压器1连接，所述变压器1连接所述变压器油泵2，所述变压器油泵2连接所述变压器水冷却器3的冷却油进口32，如此构成一个变压油循环，可以交换走所述变压器1运行时所产生的热量。

所述变压器散热系统还包括地下换热系统，所述地下换热系统包括冷却水泵4，所述冷却水泵4抽取经过地下环境冷却后的低温水，经过所述变压器水冷却器3的冷却水进口33输送至所述变压器水冷却器3，低温水吸收所述变压器1所散发的热量变成高温水，经所述变压器水冷却器3的冷却水出口34输送回至所述地下换热系统，如此构成一个冷却水循环。

在一些说明性的实施例中，如图1所示，所述地下换热系统包括埋入地下岩土的埋地管道5、补水装置6和定压装置7。所述变压器水冷却器3的冷却水出口34连接至所述埋地管道5的进口，所述埋地管道5的出口经控制阀8连接至所述冷却水泵4，所述冷却水泵4与所述变压器水冷却器3的冷却水进口33管道阀门连接，即所述冷却水泵4连接止回阀9，所述止回阀9连接控制阀8，所述控制阀8连接所述冷却水进口33。如此构成一个冷却水循环，其中，部件之间是管道，部件和管道之间是法兰或螺纹连接，取决于管道大小或密封要求。所述补水装置6通过管道经控制阀8将水输送至所述定压装置7本体的补水口，所述定压装置7通过管道连接至所述冷却水泵4的进口前的管道上。

工作流程如下：首先，根据计算得出的所述变压器1的损耗散热量，选用合适的变压器水冷却器；根据选用的变压器水冷却器，计算需要向岩土源换热总量；根据地质勘察结果计算所述埋地管道5的合理长度，埋地管道打井数量；根据需要向岩土源换热总量计算水流量；根据上步结果计算所述冷却水泵4的流量和扬程；最后确定定压方式和补水方式。所述变压器散热系统运行过程为：在所述变压器1内部，所述变压器油泵2驱动所述变压器1油循环，带走所述变压器1产生的热量，通过所述变压器水冷却器3散热。所述变压器水冷却器3的另一侧，是由所述冷却水泵4、所述定压装置7、补水装置6，以及所述埋地管道5组成的地下换热系统。所述冷却水泵4从所述埋地管道5抽取低温水，驱动低温水经过所述变压器水冷却器3，吸收所述变压器1散热的低温水成为高温水。高温水流过所述埋地管道5将热量传递给大地，转化成为低温水。低温水靠动力流向所述冷却水泵4形成循环。控制阀8主要是维修和调节水量作用，止回阀9的作用为防止水倒流，所述定压装置7解决温度变化时水的容积变化问题，对所述冷却水泵4进行定压，所述补水装置6可及时补充低温水的损失。

在一些说明性的实施例中，所述埋地管道5由埋于地下岩土的密闭循环管组组成，分为垂直方式和水平方式，水平方式是将所述循环管组埋置至水平浅层岩土内，垂直方式是将所述循环管组埋置在竖直管道井内，管道井回填防腐导热材料。所述水平方式埋地浅，占地面积大，所述垂直方式埋地深，占地面积小，可适应不同地质环境，提供多选择性。

在一些说明性的实施例中，所述定压装置7通过管道经螺纹，或，法兰连接至所述冷却水泵4的进口前的管道上。所述定压装置7和所述补水装置6是独立于上述冷却水循环的具有补水定压功能的辅助装置，和上述冷却水循环属于两个管道系统。

在一些说明性的实施例中，所述定压装置7为由设计计算选定流量和扬程的泵组制成，或，为膨胀罐，所述膨胀罐由设计计算选定容积的钢质容器制成。

在一些说明性的实施例中，所述补水装置6的出口通过管道连接到所述定压装置7的补水口，连接方式为法兰、螺纹或焊接。所述补水装置6由设计计算选定流量的软化水设备，或，携带泵组的软化水设备。

在一些说明性的实施例中，如图2所示，所述地下换热系统包括与地下水源连通的管道井，以及旋流除砂器10，其中，所述管道井包括水源井11和回灌井12，所述水源井11和回灌井12在同一地下水源区。所述冷却水泵4抽取所述水源井11内的地下水依次经过止回阀9和控制阀8连接至所述旋流除砂器10，所述旋流除砂器10连接至所述变压器水冷却器3的冷却水进口33，所述变压器水冷却器3的冷却水出口34将吸收过所述变压器1所散发的热量的高温水输送回所述回灌井12。如此构成一个冷却水循环，其中部件之间是管道，部件和管道之间是法兰或螺纹连接，取决于管道大小或密封要求。

工作流程如下：首先，根据计算得出所述变压器1的损耗散热量，选用合适的变压器水冷却器3；根据选用变压器水冷却器3，计算需要向地下水源换热总量；根据地质勘察结果计算水流量，从而计算确定所述水源井11和回灌井12的数量；最后确定所述旋流除砂器10的数量。所述变压器散热系统运行过程为：在所述变压器1内部，所述变压器油泵2驱动所述变压器1油循环，带走所述变压器1产生的热量，通过所述变压器水冷却器3散热。所述变压器水冷却器3的另一侧，是由所述冷却水泵4、与地下水源连通的管道井，以及旋流除砂器10组成的地下换热系统。所述冷却水泵4从所述地下换热系统的所述水源井11抽取低温水，通过所述旋流除砂器10除砂。所述冷却水泵4驱动低温水经过所述变压器水冷却器3，吸收所述变压器1散热的低温水成为高温水。高温水流回所述回灌井12，将热量传递给地下水源，转化成为低温水。低温水靠动力流向所述冷却水泵4形成循环。

在一些说明性的实施例中，如图3所示，与上述实施例不同点在于：针对地下式变压器，使用岩土源作为冷却源，整个变压器散热系统位于地下，其中为保障地下式变压器1的安全，所述地下换热系统和所述地下式变压器1是分开放置的，即分为变压器设备间13和地下冷却设备间14，增大地下式变压器的散热面积，提高散热效果。

在一些说明性的实施例中，如图4所示，与上述实施例不同点在于针对地下式变压器，使用地下水源作为冷却源，整个变压器散热系统同样位于地下，其中为保障地下式变压器1安全，所述地下换热系统和地下式变压器1是分开放置的，同样分为变压器设备间13和地下冷却设备间14，增大地下式变压器的散热面积，提高散热效果。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他任何未背离本发明的精神实质与原理下所做的改变，修饰，替代，组合，简化，均应为等效的置换方式，都应包含在本发明的保护范围内。

Claims (8)

1.一种利用地下环境作为冷却源的变压器散热系统，包括变压器，以及为所述变压器进行油循环冷却的变压器油泵，其特征在于，

还包括变压器水冷却器，所述变压器水冷却器的冷却油进口与所述变压器油泵连接，所述变压器水冷却器的冷却油出口连接所述变压器；

所述变压器散热系统还包括地下换热系统，所述地下换热系统包括冷却水泵，所述冷却水泵抽取经过地下环境冷却后的低温水输送进所述变压器水冷却器的冷却水进口，所述变压器水冷却器的冷却水出口与所述地下换热系统的进口相连接，所述冷却水泵抽取的所述低温水吸收所述变压器所散发的热量经过所述冷却水出口输送回所述地下换热系统；

所述地下换热系统还包括埋入地下岩土的埋地管道，以及补水装置和定压装置；

所述埋地管道的进口与所述变压器水冷却器的冷却水出口相连，所述埋地管道的出口与所述冷却水泵的连接，所述冷却水泵经管道回连至所述变压器水冷却器的所述冷却水进口；

所述补水装置通过管道将水输送至所述定压装置本体的补水口，所述定压装置通过管道连接至所述冷却水泵的进口前的管道上。

2.根据权利要求1所述的变压器散热系统，其特征在于，所述埋地管道的出口经控制阀连接至所述冷却水泵，所述冷却水泵依次经止回阀和控制阀回连至所述变压器水冷却器的所述冷却水进口。

3.根据权利要求1所述的变压器散热系统，其特征在于，所述定压装置通过管道经螺纹，或，法兰连接至所述冷却水泵的进口前的管道上。

4.根据权利要求1所述的变压器散热系统，其特征在于，所述埋地管道由埋于地下岩土的密闭循环管组组成，分为垂直方式和水平方式，水平方式是将所述循环管组埋置至水平浅层岩土内，垂直方式是将所述循环管组埋置在竖直管道井内，管道井回填防腐导热材料。

5.根据权利要求1所述的变压器散热系统，其特征在于，所述定压装置为由设计计算选定流量和扬程的泵组制成，或，为膨胀罐，所述膨胀罐由设计计算选定容积的钢质容器制成。

6.根据权利要求1所述的变压器散热系统，其特征在于，

所述补水装置的出口通过管道连接到定压装置补水口，连接方式为法兰、螺纹或焊接；

所述补水装置由设计计算选定流量的软化水设备，或，携带泵组的软化水设备。

7.根据权利要求1所述的变压器散热系统，其特征在于，

所述地下换热系统还包括与地下水源连通的管道井，以及旋流除砂器；

所述冷却水泵抽取所述管道井内的地下水，经所述旋流除砂器除砂后连接至所述变压器水冷却器的冷却水进口，所述变压器水冷却器的冷却水出口将吸收过所述变压器所散发的热量的高温水输送回所述管道井。

8.根据权利要求7所述的变压器散热系统，其特征在于，所述管道井包括水源井和回灌井，所述冷却水泵抽取所述水源井内的地下水依次经过止回阀和控制阀连接至所述旋流除砂器，所述吸收过所述变压器所散发的热量的高温水经所述变压器水冷却器的所述冷却水出口输送回至所述回灌井。