CN105244145B - 一种基于油浸变压器散热器的液冷装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于油浸变压器散热器的液冷装置，包括一个背面通过若干连接件与背板相连接的变压器围壁，所述连接件通过所述变压器围壁的背面和/或所述背板的前面上设置的导流板与所述背板和/或所述变压器围壁相连接，所述背板与所述变压器围壁之间通过所述连接件构成冷却剂间隙；本发明的结构形式，针对现有的变压器结构形式，将冷却机构直接设置在变压器围壁处，直接对其进行冷却降温，保证冷却的效果，在其上设置导流板的形式，并在其上设置连接孔，不仅能够实现固定支承的作用，而且也能将水流分布的更加均匀，确保整个冷却过程无死角，增加了变压器的使用寿命，保证了变压器的工作效率，值得推广与应用。
Description
技术领域
本发明涉及变压器冷却设备技术领域，特别是一种基于油浸变压器散热器的液冷装置。
背景技术
随着社会的不断发展，人们对电力的需求也越来越大，尤其是在每年的用电高峰期夏冬，往往变压器超负荷工作，而多数变压器由于超负荷工作产生大量的热，不能及时散出导致变压器停止工作或发生变压器损坏，甚至造成变压器爆炸的现象，不仅严重影响了人民的生产生活，而且也造成了电力设备的损坏，给国家造成损失，分析其原因：
变压器运行时，绕组和铁心中的损耗所产生的热量必须及时散逸出去，以免过热而造成绝缘损坏；对于小容量变压器，外表面积与变压器容积之比相对较大，可以采用自冷方式，通过辐射和自然对流即可将热量散去；也可采用油浸式；自冷方式适用于室内小型变压器，为了预防火灾，一般采用干式，不用油浸；但由于部分区域供电压力大，也可采用油浸式变压器进行供电，但散热冷却装置为常规的油浸风冷，然而空气的冷却往往由于气体的比热容较小，使其带走的热量有限；由于变压器的损耗与其容积成比例，所以随着变压器容量的增大，其容积和损耗将以铁心尺寸三次方增加，而外表面积只依尺寸的二次方增加。因此，大容量变压器铁心及绕组应浸在油中，需要采用其他冷却措施进行冷却。
在CN 102403090 A中公开了一种油水冷却器，具体涉及一种变压器用油水冷却器，属于散热技术领域。油水冷却器，包括油冷器和水冷器及副水箱，油冷器和水冷器并列安置，副水箱设置于水冷器上方；油冷器和水冷器一面安装风扇罩，所述风扇罩呈方形，覆盖油冷器和水冷器，风扇罩中央为圆形通孔；油冷器的另一面安装油侧防尘网，油侧防尘网大小与油冷器截面相若，水冷器的另一面安装水侧防尘网，水侧防尘网的大小与水冷器相若。但其依然没有解决散热不均匀的问题。
在CN 103714948 A中公开了一种水冷变压器铁芯冷却方法，其特征在于：所述的铁芯内部采用循环水冷方法。本发明中所述的铁芯内部采用循环水冷方法，有效地避免了因变压器铁心直径大，单位面积热负荷大，热传导路径很长，在铁心内部传导出所产生的损耗大从而导致铁芯的过热导致烧损，因铁芯有效地得到了冷却，温度有效的得到控制不会产生过热导致烧损，所以可减小铁芯的直径，从而减少了铁芯材料的损耗，随之其水冷变压器主体的材料也可得到相应的减少，同时也能确保水冷变压器的全面散热效果，提高使用寿命。然而本装置由于采用的水为介质，而水的比热容较小，很容易由于水沸腾造成压力过大，从而产生漏水或漏气的现象，增加安全隐患。
综上：需要一种既能够均匀降温保证变压器稳定工作，且结构简单操作简便的液冷装置。
发明内容
本发明的目的在于克服上述不足，公开一种基于油浸变压器散热器的液冷装置。
为了实现上述目的所采用的技术方案：
一种基于油浸变压器散热器的液冷装置，包括一个背面通过若干连接件与背板相连接的变压器围壁，所述连接件通过所述变压器围壁的背面和/或所述背板的前面上设置的导流板与所述背板和/或所述变压器围壁相连接，所述背板与所述变压器围壁之间通过所述连接件构成冷却剂间隙。
所述冷却剂间隙四周设置密封板，两个平行所述密封板处分别设置进水口与出水口。
所述导流板设置在所述进水口处，所述导流板的顶面与所述进水口的水流方向非平行。
所述导流板俯视面呈圆弧型、倒V型或直线型，所述导流板相互交错设置。
所述导流板上设置凸起，所述凸起上设置连接孔。
所述倒V型的导流板夹角为120～150°，所述导流板的高度为间隙宽度的1/2～4/5。
所述连接件为螺栓。
所述进水口与出水口的数量均为三个。
所述导流板的高度与间隙的宽度一致，所述导流板上设置连接孔，所述连接孔之间的导流板上设置水孔。
本发明采用变压器围壁作为散热的载体，使得导热性能更快，导热量更大；在变压器围壁后面和/或背板前面设置导流板的形式，并且在其上设置连接孔，使得螺栓通过其将变压器围壁与背板紧密的连接起来；不仅能够起到支撑冷却剂间隙的作用，而且如果设置在变压器围壁上则能增加变压器围壁的强度，从而增加了变压器围壁的使用寿命，采用多个进水口与出水口的方式将水流进行了分散，从而避免由于水流集中造成的部分边角水流过慢，造成温度过高，从而使得局部过热造成变压器受损的现象。
本发明采用的导流板在进水口处，其形状可为圆弧状、倒V状或直线型，主要是为了将进水口的水流进行分散，使得分散更加均匀，避免冷却剂直接从进水口进入而从出水口流出，造成边角热量不能及时带走，造成局部过热的现象；采用倒V状导流板时其两半导流板之间的夹角为120～150°，这个角度不仅能够将水流进行分散而且能够尽可能的降低对水流势能的影响，使得水流分布更加均匀，而设置的高度为间隙的1/2～4/5使得间隙处设置有一个很小的缝隙，能够使水流从其中穿过避免导流板迎着水流的背侧由于湍流的原因造成流速过慢造成局部过热的现象，为了保证边角的冷却质量在接近边角的两进水口与出水口附近设置圆管，使得其能够将高压处的水流在不受其他水流干涉的情况下引流至低压水处，进一步的改善边角水流缓慢现象。
本发明的结构形式，针对现有的变压器结构形式，将冷却机构直接设置在变压器围壁处，直接对其进行冷却降温，保证冷却的效果，在其上设置导流板的形式，并在其上设置连接孔，不仅能够实现固定支承的作用，而且也能将水流分布的更加均匀，确保整个冷却过程无死角，增加了变压器的使用寿命，保证了变压器的工作效率，值得推广与应用。
附图说明
图1是本发明的侧面结构示意图；
图2是本发明俯视剖面的结构示意图；
图3是本发明的实施例一的导流板处的局部结构放大示意图；
图4是本发明的实施例二的导流板处的局部结构放大示意图；
图5是本发明导流板的结构示意图。
具体实施方式
为了进一步的说明本发明的优越性，对本发明的性能进行不同数据的测试：
第一组：采用相同的变压器，分别采用本发明的结构形式、传统强迫油循环冷却机构和自然散热的结构形式，分别测试变压器围壁整体温度差值、首次维护时间和维护周期，获得的实验数据如下表所示：
| 名称 | 温度差 | 首次维护时间 | 维护周期 |
| 本发明 | 3～6℃ | 8.7-9.5年 | 2年 |
| 强迫油循环冷却 | 15～20℃ | 6-6.5年 | 0.6年 |
| 自然散热 | 20～25℃ | 4-5.5年 | 0.3年 |
注：本组实验测试对象为100KV油浸式变压器，工作环境为正常温带大陆气候；同时连续使用200套装备进行分别测试的平均值，采用的温度差为围壁同一温度带上的边角区域与中心区域的温度差。
由上表可以看出虽然采用相同的变压器，但从连续使用情况可以看出，本发明很好的克服了温度偏差较大，且首次维护的时间可到达了9.5年，远超过常规变压器的时间，同时其单次维护周期为2年，可见其维护简便，便于管理，故障率低。
第二组：
采用在变压器围壁背面设置导流板的结构形式，然后分别测试设置圆管与不设置圆管的温度差和使用寿命，获得的数据如下：
| 名称 | 温度差 | 首次维护时间 |
| 设置圆管 | 3～6℃ | 8.7-9.5年 |
| 未设置圆管 | 10～17℃ | 7.3-7.9年 |
注：本组实验测试对象为100KV油浸式变压器，工作环境为正常温带大陆气候；同时连续使用200套装备进行分别测试的平均值，采用的温度差为围壁同一温度带上的边角区域与中心区域的温度差。
由上表可以看出即便采用相同的导流板结构，若未采用本发明设置的圆管，获得的效果也低于本发明，可见只有在本装置各个构件相互协同的作用下才产生了本发明优良的实用效果。
第三组：
采用导流板的形式分别设置120°、135°、150°夹角与高度为间隙宽度1/2、2/3、4/5处，分别试验其温度差、使用寿命和结构抗弯强度，获得的实验数据如下：
| 名称 | 温度差℃ | 首次维护时间 |
| 120°1/2 | 3.8 | 8.9年 |
| 120°2/3 | 3.6 | 9.1年 |
| 120°4/5 | 4.9 | 9.2年 |
| 135°1/2 | 4.3 | 8.95年 |
| 135°2/3 | 3.0 | 9.5年 |
| 135°4/5 | 3.9 | 9.35年 |
| 150°1/2 | 4.1 | 8.8年 |
| 150°2/3 | 5.99 | 8.7年 |
| 150°4/5 | 3.3 | 9.3年 |
由上表可以看出当导流板呈135°且高度为间隙2/3时，其获得的效果最好，不仅首次维护时间长，而且其同一温度带上边角的温度与中心高温区域的差值最小，可见并非任意组合就能实现本发明的最佳效果；是在导流板与导流板高度的协同作用下，获得了本发明的最佳效果。
以下结合附图1～5具体实施例进一步说明本发明的优越性：
实施例一：一种基于油浸变压器散热器的液冷装置，包括一个背面通过若干连接件与背板2相连接的变压器围壁1，所述连接件通过所述变压器围壁1的背面或所述背板2的前面上设置的导流板3与所述背板2或所述变压器围壁1相连接，所述背板2与所述变压器围壁1之间通过所述连接件构成冷却剂间隙。
所述冷却剂间隙四周设置密封板9，两个平行所述密封板9处分别设置进水口6与出水口8。
所述导流板3设置在所述进水口6处，所述导流板3的顶面与所述进水口6的水流方向非平行。
所述导流板3俯视面呈倒V型，所述导流板相互交错设置。
所述导流板3上设置凸起4，所述凸起4上设置连接孔。
所述倒V型的导流板3夹角10为120°，所述导流板的高度为间隙宽度的1/2。
所述进水口6与出水口8的数量均为三个。
所述导流板3的高度与间隙的宽度一致，所述导流板上设置连接孔，所述连接孔之间的导流板3上设置水孔7。
所述进水口6与所述出水口8在靠近两侧面板处设置圆管5，所述圆管5一端靠近进水口6或出水口8，另一端靠近所述变压器围壁的边角处。
所述圆筒5呈进水孔大于出水孔的喇叭状圆筒。
实施例二：一种基于油浸变压器散热器的液冷装置，包括一个背面通过若干连接件与背板2相连接的变压器围壁1，所述连接件通过所述变压器围壁1的背面或所述背板2的前面上设置的导流板3与所述背板2或所述变压器围壁1相连接，所述背板2与所述变压器围壁1之间通过所述连接件构成冷却剂间隙。
所述冷却剂间隙四周设置密封板9，两个平行所述密封板9处分别设置进水口6与出水口8。
所述导流板3设置在所述进水口6处，所述导流板3的顶面与所述进水口6的水流方向非平行。
所述导流板3俯视面呈倒V型，所述导流板相互交错设置。
所述导流板3上设置凸起4，所述凸起4上设置连接孔。
所述倒V型的导流板3夹角10为135°，所述导流板的高度为间隙宽度的2/3。
所述进水口6与出水口8的数量均为三个。
所述导流板3的高度与间隙的宽度一致，所述导流板上设置连接孔，所述连接孔之间的导流板3上设置水孔7。
所述进水口6与所述出水口8在靠近两侧面板处设置圆管5，所述圆管5一端靠近进水口6或出水口8，另一端靠近所述变压器围壁的边角处。
所述圆筒5呈进水孔大于出水孔的喇叭状圆筒。
实施例三，其与实施例一或二的区别在于：
实施例二：一种基于油浸变压器散热器的液冷装置，包括一个背面通过若干连接件与背板2相连接的变压器围壁1，所述连接件通过所述变压器围壁1的背面或所述背板2的前面上设置的导流板3与所述背板2或所述变压器围壁1相连接，所述背板2与所述变压器围壁1之间通过所述连接件构成冷却剂间隙。
所述冷却剂间隙四周设置密封板9，两个平行所述密封板9处分别设置进水口6与出水口8。
所述导流板3设置在所述进水口6处，所述导流板3的顶面与所述进水口6的水流方向非平行。
所述导流板3俯视面呈圆弧型，所述导流板相互交错设置。
所述导流板3上设置凸起4，所述凸起4上设置连接孔。
所述倒V型的导流板3夹角10为150°，所述导流板的高度为间隙宽度的4/5。
所述进水口6与出水口8的数量均为三个。
所述导流板3的高度与间隙的宽度一致，所述导流板上设置连接孔，所述连接孔之间的导流板3上设置水孔7。
所述进水口6与所述出水口8在靠近两侧面板处设置圆管5，所述圆管5一端靠近进水口6或出水口8，另一端靠近所述变压器围壁的边角处。
所述圆筒5在靠近进水口时其进水孔朝向进水口，所述圆筒5a靠近出水口时其进水孔则朝向变压器围壁的边角处。
本实施例采用圆弧型导流板使得水流分散的更具有流线型，进而使得水流的势能减小的更少，阻力更小，能够快速带走边角和整体的热量，避免围壁出现受热不均匀的现象，大大延长了变压器围壁的使用寿命。
实施例四：一种基于油浸变压器散热器的液冷装置，包括一个背面通过若干连接件与背板2相连接的变压器围壁1，所述连接件通过所述变压器围壁1的背面或所述背板2的前面上设置的导流板3与所述背板2或所述变压器围壁1相连接，所述背板2与所述变压器围壁1之间通过所述连接件构成冷却剂间隙。
所述冷却剂间隙四周设置密封板9，两个平行所述密封板9处分别设置进水口6与出水口8。
所述导流板3设置在所述进水口6处，所述导流板3的顶面与所述进水口6的水流方向非平行。
所述导流板3俯视面呈倒V型，所述导流板相互交错设置。
所述导流板3上设置凸起4，所述凸起4上设置连接孔。
所述倒V型的导流板3夹角10为150°，所述导流板的高度为间隙宽度的1/2。
所述进水口6与出水口8的数量均为三个。
所述导流板3的高度与间隙的宽度一致，所述导流板上设置连接孔，所述连接孔之间的导流板3上设置水孔7。
所述进水口6与所述出水口8在靠近两侧面板处设置圆管5，所述圆管5一端靠近进水口6或出水口8，另一端靠近所述变压器围壁的边角处。
虽然本发明已以较佳实施例公开如上，然其并非用以限制本发明，任何熟习此项技艺者，在不脱离本发明的精神和范围内所做修改、更动与润饰、可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种基于油浸变压器散热器的液冷装置，包括一个背面通过若干连接件与背板相连接的变压器围壁，其特征在于：所述连接件通过所述变压器围壁的背面和/ 或所述背板的前面上设置的导流板与所述背板和/ 或所述变压器围壁相连接，所述背板与所述变压器围壁之间通过所述连接件构成冷却剂间隙；所述冷却剂间隙四周设置密封板，两个平行所述密封板处分别设置进水口与出水口，所述进水口与所述出水口在靠近两侧面板处设置圆管，所述圆管一端靠近进水口或出水口，另一端靠近所述变压器围壁的边角处。
2.如权利要求1 所述的基于油浸变压器散热器的液冷装置，其特征在于：所述导流板
设置在所述进水口处，所述导流板的顶面与所述进水口的水流方向非平行。
3.如权利要求1 所述的基于油浸变压器散热器的液冷装置，其特征在于：所述导流板
俯视面呈圆弧型、倒V 型或直线型，所述导流板相互交错设置。
4.如权利要求1 或3 所述的基于油浸变压器散热器的液冷装置，其特征在于：所述导
流板上设置凸起，所述凸起上设置连接孔。
5.如权利要求3 所述的基于油浸变压器散热器的液冷装置，其特征在于：所述倒V 型
的导流板夹角为120 ～ 150°，所述导流板的高度为间隙宽度的1/2 ～ 4/5。
6.如权利要求1 所述的基于油浸变压器散热器的液冷装置，其特征在于：所述进水口
与出水口的数量均为三个。
7.如权利要求1 所述的基于油浸变压器散热器的液冷装置，其特征在于：所述导流板
的高度与间隙的宽度一致，所述导流板上设置连接孔，所述连接孔之间的导流板上设置水孔。
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