CN106524289A - 基于高压变压器热回收利用的采暖系统 - Google Patents

基于高压变压器热回收利用的采暖系统 Download PDF

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Abstract

本发明涉及热回收利用领域，特别是涉及基于高压变压器热回收利用的采暖系统，包括高压变压器包括油箱，油箱内有铁芯，铁芯外有绕组，油箱外还有散热器，油箱还连接有油枕，油箱顶部连接有高压套管、低压套管；还包括重力热管；重力热管两端分别与油箱和分格式多流道壳式管热器连接，分格式多流道壳式管热器通过油循环管路与供暖系统连接；油循环管路上安装有变频油泵。本发明通过对高压变压器散热进行热回收来满足寒冷或严寒地区以及川藏高原地区的变电站建筑采暖需求，实现了变电站建筑节能目的，符合国家绿色变电站建设要求；同时，保留了高压变压器原来的散热器，确保了无风险地控制高压变压器内部油温。

Description

基于高压变压器热回收利用的采暖系统
技术领域
本发明涉及热回收利用领域，特别是涉及基于高压变压器热回收利用的采暖系统。
背景技术
在2008中国国际供电会议上，提出“绿色环保型的电网将成为今后电网建设的主要发展方向”。目前，国家电网公司提出系统建设“资源节约型、环境友好型、工业化”，即“两型一化”变电站的要求。在世界范围内能源问题日益急迫、建筑能耗不断增长的今天,讨论变电站建筑节能问题意义十分重大。变电站是电能供应链条中非常重要的一个环节，对电力企业来讲，变电站节能具有十分重要的意义。
变电站能源消耗或需求的一个重要方面是变电站建筑(如生活区的职工宿舍、工作区的办公室、会议室等)冬季采暖需求，特别是寒冷或严寒地区以及川藏高原地区的变电站建筑采暖需求是一个突出问题，而寻找合理的热源来满足采暖需求既是采暖问题也是变电站节能问题的重要任务。
变电站的高压变压器(如油浸式)在运行过程中需要通过散热来控制内部油温，以确保高压变压器正常工作。以110kV高压变压器参数为依据，其在满载时的散热量损耗能达到35～390kW，在空载时的散热量损耗能达到7～66kW，而根据规模不同，通常寒冷地区变电站建筑采暖负荷峰值需求在10～80kW浮动。由此可以看到，如果能高效利用高压变压器散热损失，将有利于解决(至少缓解)变电站建筑采暖所需的能源消耗，实现变电站节能的目标。
发明内容
本发明的目的是提供一种既满足了高压变压器散热来控制内部油温，又满足了变电站建筑采暖需求的热回收式采暖系统。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
基于高压变压器热回收利用的采暖系统，高压变压器包括油箱，油箱内有铁芯，铁芯外有绕组，油箱内还有散热器，油箱还连接有油枕，油箱顶部连接有高压套管、低压套管；还包括重力热管；重力热管两端分别与油箱和分格式多流道壳式管热器连接，分格式多流道壳式管热器通过油循环管路与供暖系统连接；油循环管路上安装有变频油泵。
其中，所述的供暖系统包括板式油水换热器、室内末端散热器，油循环管路上安装有油路定压罐、接补油管路；板式油水换热器与供暖热水循环管路连接，供暖热水循环管路与室内末端散热器连接，室内末端散热器安装在采暖房间内，供暖热水循环管路上还连接有变频水泵、水路定压罐，所述的水路定压罐通过管道接自来水；室内温控面板分别与变频油泵、变频水泵连接。
具体的，重力热管包括的蒸发段和冷凝段，所述的蒸发段通过油箱顶部开孔插入油箱内的高温油区域，所述的冷凝段安装在分格式多流道壳式管热器内。
分格式多流道壳式换热器的每个流道上分别安装有通断阀门。
优选的设计，分格式多流道壳式换热器包括三格，三格对应有三个流道内循环油与重力热管冷凝段换热，通过通断阀门来调节三个流道开启或关闭数量，满足变电站建筑高峰采暖负荷、中等采暖负荷、低谷采暖负荷的需求。
或者，所述的供暖系统包括室内末端散热器，油循环管路上安装有油路定压罐、接补油管路；室内末端散热器安装在采暖房间内，室内温控面板分别与变频油泵连接。
重力热管的蒸发段即为加热段，插入高压变压器上部高温油区域后做好开孔位置密封处理，防止空气渗入高压变压器内部。
重力热管的冷凝段即冷却段嵌入分格式多流道壳式换热器后做好开孔位置密封处理，防止循环油的渗漏。
重力热管的管壳材料可以选择钢、铜、铝合金等，内部采用均匀管芯，选择选择乙醇作为工质。
分格式多流道壳式换热器通常可划分为三格实现三个流道内循环油与重力热管冷凝段换热，根据满足高峰采暖负荷、中等采暖负荷、低谷采暖负荷的目的，可以通过通断阀门来调节三个流道开启或关闭数量，若变电站建筑负荷划分为三种以上情况，那么分格式多流道壳式换热器可对应划分相应数量的格数和流道数。分格式多流道壳式换热器每一格嵌入的重力热管冷凝段数量相等，实现流动阻力和油温均匀。
循环管路中的油类型与高压变压器内部充注的变压器油类型一致。油循环管路的定压采用油路定压罐，接补油管路来实现补油，补油支路在变频油泵吸入侧前端接入。
供暖热水循环管路的定压采用水路定压罐，接自来水补水来实现热水循环管路补水，补水支路在变频水泵吸入侧前端接入。
当采暖负荷在高峰段或中等段或低谷段波动时，由室内温控面板调节变频油泵或(和)变频水泵的转速来实现采暖房间空气温度达到设定值。
本发明提供的基于高压变压器热回收利用的采暖系统，包括两种模式，一种包含油水换热的热水循环采暖模式，一种直接利用油循环采暖模式；第一种模式的采暖系统构成包括采用重力热管实现高压变压器散热热回收的装置、采用分格式多流道壳式换热器实现重力热管与循环油之间换热的装置、采用板式油水换热器实现循环油与供暖循环水之间换热的装置、采用室内末端散热器实现循环热水与室内空气和表面之间换热的装置、采用变频油泵和变频水泵分别满足油循环管路和供暖热水循环管路的动力需求、采用室内温控面板实现按采暖房间温度需求调节变频油泵和变频水泵转速目的。第二种模式的采暖系统构成与第一种模式的采暖系统构成的差异在于没有采用板式油水换热器实现循环油与供暖循环水之间换热的装置，而是采用室内末端散热器实现循环油与室内空气和表面之间换热的装置，采用室内温控面板实现按采暖房间温度需求调节变频油泵转速目的。
本发明相对于现有技术而言取得了以下技术效果：
1、本发明通过对高压变压器散热进行热回收来满足寒冷或严寒地区以及川藏高原地区的变电站建筑采暖需求，实现了变电站建筑节能目的，符合国家绿色变电站建设要求；同时，保留了高压变压器原来的散热器，确保了无风险地控制高压变压器内部油温。
2、本发明采用重力热管回收高压变压器散热，能够实现低成本高效热回收。
3、本发明采用分格式多流道壳式换热器，能够满足高峰采暖负荷、中等采暖负荷、低谷采暖负荷情况的不同需求，使得整个采暖系统在应用过程中具有很强的适应性。
4、本发明包含两种模式，油水换热的热水循环采暖模式和直接利用油循环采暖模式，能够根据建筑室内末端散热器的类型和人员的使用习惯进行选择，满足多样性需求。
5、本发明采用室内温控与变频油泵和变频水泵的联动，这样保障了整个采暖系统会根据室外天气变化动态调整供热能力，避免出现室内过热或者过冷情况。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例1采暖系统采用油水换热热水循环采暖模式的结构示意图；
图2为本发明实施例2采暖系统采用直接利用油循环采暖模式的的结构示意图；
图3为本发明分格式多流道壳式管热器侧视图；
图4为本发明分格式多流道壳式管热器俯视图。
其中，1、油箱；2、铁芯；3、绕组；4、散热器；5、油枕；6、高压套管；7、低压套管；8、重力热管；9、分格式多流道壳式管热器；10、油循环管路；11、变频油泵；12、板式油水换热器；13、供暖热水循环管路；14、变频水泵；15、室内末端散热器；16、室内温控面板；17、采暖房间；18、油路定压罐；19、接补油管路；20、水路定压罐；21、接自来水补水；22、通断阀门。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的目的是提供一种基于高压变压器热回收利用的采暖系统，采用重力热管将高压变压器内部高温油热量进行回收，再通过分格式多流道壳式管热器将重力热管提取的热量转换传递到油循环管路，然后考虑不同模式，一种模式可以通过板式油水换热器将油循环管路中的热量转换传递到供暖热水循环管路，再由供暖热水循环管路把热量送到室内末端散热器，另一种模式是直接通过油循环管路将热量送到室内末端散热器，从而满足室内采暖需求。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作详细的说明。
实施例1
如图1、图3、图4所示，本实施例采暖系统第一种模式结构及原理做出详细说明。
本实施例提供了一种基于高压变压器热回收利用的采暖系统，这是采用油水换热热水循环采暖模式，基于高压变压器热回收利用的采暖系统，高压变压器包括油箱1，油箱1内有铁芯2，铁芯2外有绕组3，油箱1内还有散热器4，油箱1还连接有油枕5，油箱1顶部连接有高压套管6、低压套管7；还包括重力热管8；重力热管8两端分别与油箱1和分格式多流道壳式管热器9连接，分格式多流道壳式管热器9通过油循环管路10与供暖系统连接；油循环管路10上安装有变频油泵11。
所述的供暖系统包括板式油水换热器12、室内末端散热器15，油循环管路10上安装有油路定压罐18、接补油管路19；板式油水换热器12与供暖热水循环管路13连接，供暖热水循环管路13与室内末端散热器15连接，室内末端散热器15安装在采暖房间17内，供暖热水循环管路13上还连接有变频水泵14、水路定压罐20，所述的水路定压罐20通过管道21接自来水；室内温控面板16分别与变频油泵11、变频水泵14连接。
重力热管8包括的蒸发段和冷凝段，所述的蒸发段通过油箱1顶部开孔插入油箱1内的高温油区域，所述的冷凝段安装在分格式多流道壳式管热器9内。
分格式多流道壳式换热器9的每个流道上分别安装有通断阀门22。
分格式多流道壳式换热器9包括三格，三格对应有三个流道内循环油与重力热管8冷凝段换热，通过通断阀门22来调节三个流道开启或关闭数量，满足变电站建筑高峰采暖负荷、中等采暖负荷、低谷采暖负荷的需求。
采用油水换热热水循环采暖模式，首先根据高压变压器的油箱1内部顶部油温高、底部油温低的特点，在高压表压器顶部高压套管6和低压套管7之外的空余位置开孔，插入重力热管8的蒸发段实现在高温区域高效取热，冷却段的长度以不触碰变压器内部铁芯2和绕组3为准，高压表压器顶部安装分格式多流道壳式管热器9，将重力热管8的冷凝段均匀嵌入分格式多流道壳式管热器9中，并在分格式多流道壳式管热器9中完成热量向油循环管路10中油的传递，在变频油泵11的驱动下，油循环管路10中的油吸热升温后流入板式油水换热器12中，在板式油水换热器12中完成热量向供暖热水循环管路13中水的传递，在变频水泵14的驱动下，供暖热水循环管路13中的水吸热升温后流入位于采暖房间17中的室内末端散热器15，从而达到通过热回收向室内供暖的目的，供暖需求的变化可以通过室内温控面板16来控制变频油泵11和变频水泵14来实现。
高压变压器的油箱1顶部开孔数量(即插入重力热管8的根数)是依据高压变压器顶部允许开孔面积、单根重力热管8取热效率、所在变电站建筑的采暖负荷需求来计算确定。
重力热管8在高压变压器中取热，引起油箱1内部油温轻微浮动可以通过油枕5调节，同时保留高压变压器两侧的散热器，确保油箱1内油的散热能始终达到预定效果。
分格式多流道壳式换热器9可以通过通断阀门22来调节流道开启或关闭数量，从而满足高峰采暖负荷、中等采暖负荷、低谷采暖负荷的需求。
油循环管路10的定压通过油路定压罐18来控制，并接补油管路19来保证补油的需求，供暖热水循环管路13的定压由水路定压罐20来控制，并通过管道21接自来水来保证补水需求。
实施例2
如图2，本实施例的采暖系统第二种模式结构及原理做出详细说明。
基于高压变压器热回收利用的采暖系统，高压变压器包括油箱1，油箱1内有铁芯2，铁芯2外有绕组3，油箱1内还有散热器4，油箱1还连接有油枕5，油箱1顶部连接有高压套管6、低压套管7；还包括重力热管8；重力热管8两端分别与油箱1和分格式多流道壳式管热器9连接，分格式多流道壳式管热器9通过油循环管路10与供暖系统连接；油循环管路10上安装有变频油泵11。
所述的供暖系统包括室内末端散热器15，油循环管路10上安装有油路定压罐18、接补油管路19；室内末端散热器15安装在采暖房间17内，室内温控面板16分别与变频油泵11连接。
这是直接利用油循环采暖模式，与采用油水换热热水循环采暖模式的区别是，在变频油泵11的驱动下，油循环管路10中的油吸热升温后直接流入位于采暖房间17中的室内末端散热器15，从而达到通过热回收向室内供暖的目的，供暖需求的变化可以通过室内温控面板来控制变频油泵11来实现。
本发明中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (6)

1.基于高压变压器热回收利用的采暖系统，高压变压器包括油箱(1)，油箱(1)内有铁芯(2)，铁芯(2)外有绕组(3)，油箱(1)外还有散热器(4)，油箱(1)还连接有油枕(5)，油箱(1)顶部连接有高压套管(6)、低压套管(7)；其特征在于，还包括重力热管(8)；重力热管(8)两端分别与油箱(1)和分格式多流道壳式管热器(9)连接，分格式多流道壳式管热器(9)通过油循环管路(10)与供暖系统连接；油循环管路(10)上安装有变频油泵(11)。
2.根据权利要求1所述的基于高压变压器热回收利用的采暖系统，其特征在于，所述的供暖系统包括板式油水换热器(12)、室内末端散热器(15)，油循环管路(10)上安装有油路定压罐(18)、接补油管路(19)；板式油水换热器(12)与供暖热水循环管路(13)连接，供暖热水循环管路(13)与室内末端散热器(15)连接，室内末端散热器(15)安装在采暖房间(17)内，供暖热水循环管路(13)上还连接有变频水泵(14)、水路定压罐(20)，所述的水路定压罐(20)通过管道(21)接自来水；室内温控面板(16)分别与变频油泵(11)、变频水泵(14)连接。
3.根据权利要求2所述的基于高压变压器热回收利用的采暖系统，其特征在于，所述的重力热管(8)包括的蒸发段和冷凝段，所述的蒸发段通过油箱(1)顶部开孔插入油箱(1)内的高温油区域，所述的冷凝段安装在分格式多流道壳式管热器(9)内。
4.根据权利要求2所述的基于高压变压器热回收利用的采暖系统，其特征在于，所述的分格式多流道壳式换热器(9)的每个流道上分别安装有通断阀门(22)。
5.根据权利要求4所述的基于高压变压器热回收利用的采暖系统，其特征在于，所述的分格式多流道壳式换热器(9)包括三格，三格对应有三个流道内循环油与重力热管(8)冷凝段换热，通过通断阀门(22)来调节三个流道开启或关闭数量，满足变电站建筑高峰采暖负荷、中等采暖负荷、低谷采暖负荷的需求。
6.根据权利要求1所述的基于高压变压器热回收利用的采暖系统，其特征在于，所述的供暖系统包括室内末端散热器(15)，油循环管路(10)上安装有油路定压罐(18)、接补油管路(19)；室内末端散热器(15)安装在采暖房间(17)内，室内温控面板(16)分别与变频油泵(11)连接。
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