CN106653291A - 一种利用日夜温差对变压器强迫油循环冷却的系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种变压器换热领域。具体涉及一种利用日夜温差对变压器强迫油循环冷却的系统，其包括冷却机构，设置在变压器内；强制换热器，通过强冷入口与所述冷却机构的出油口连接；还包括至少一个利用日夜温差换热的蓄热换热器单元，串连设置在所述冷却机构和所述强制换热器之间。本发明所要解决的问题在于现有技术中用于降低流经变压器冷却系统的冷却剂温度的系统结构复杂，运行不灵敏、不灵活的问题，进而提供一种结构简单、生产成本和使用成本低的变压器强迫油循环冷却系统。

Description

一种利用日夜温差对变压器强迫油循环冷却的系统
技术领域
本发明涉及一种变压器换热领域。具体地说涉及一种利用日夜温差对变压器强迫油循环冷却的系统。
背景技术
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。一般，大容量变压器需要将铁心及绕组应浸在油中，并采取风冷(即油浸风冷)的方式进行冷却。
中国专利文献CN1390356A公开了一种用于降低流经变压器冷却系统的冷却剂温度的系统，所述系统用于冷却该变压器，其包含连接于所述变压器系统的第一强制空冷热交换器；连接于所述变压器冷却系统的第二流体-流体热交换器和连接于所述第二热交换器的冷却物源，该冷却物源提供用于从流经所述第二热交器的冷却物源，该冷却物源提供用于从流经所述第二热交换器的冷却剂中吸收热量的冷却物。
上述专利文献在现有的油浸风冷的冷却系统基础上进一步增加第二流体-流体热交换器来对变压器进行冷却的油进行进一步冷却。但是第二级的流体-流体热交换器采用的高效的冷却源也需要消耗更多的能量来进行冷却，即冷却油从三通阀经流入导管进入第二热交换器，第二热交换器内一管路过变热了的冷却油，另一管路过冷却源，两管路进行热交换，从而使冷却油降温，而该专利文献中的冷却源是需要通过冷却设备不断进行降温或单次使用的冷却源来供应的，能量消耗大或浪费资源，该系统的使用会造成使用成本的提及提高，且上述专利文献的冷却系统结构复杂，生产成本也很高。
此外，专利文献CN1390356A中虽然公开了相变材料热交换器，但该专利文献利用的是相变材料的储热功能用于在用电低峰时对电力进行存储，而第二热交换器是双向热交换，而相变材料热交换器是单向热交换，即只有一个流入和一个流出，流经的流体与相变材料热交换器内的相变材料进行热交换，如果用在上述专利文献的第二热交换器中直接对冷却油进行降温时与相变材料热交换器进行换热，只会使相变材料热交换器中的温度越来越高最终失效从而无法再对冷却油进行一步降温。因此，该相变材料热交换器并不能直接用于替换第二热交换器。
此外，从该现有技术公开的系统整体上来看，其由于第一强制空冷热交换器与第二流体-流体热交换器的并联结构关系，使得其温度调节必然存在一定的滞后。因为如其最佳实施例所述的情形，温度感应装置设置在控制器中，如此其需要根据导管中从变压器中流出的热冷却油的温度来提供控制信号。当测得冷却油温度升高时，控制三通阀打开使第二流体-流体热交换器参与冷却的工作。此时事实上变压器中已经出现不正常升温的情况了。而如果将温度感应装置设置在第一强制空冷热交换器与第二流体-流体热交换器之后，则没有达到预定低温的冷却油将只能继续流进变压器，使得变压器不能正常进行冷却。再有该现有技术由于需要“预见”判断，对于环境因素的改变需要通过人工调整可编程序来满足工作需要。
发明内容
为此，本发明所要解决的技术问题在于现有技术中所述用于降低流经变压器冷却系统的冷却剂温度的系统结构复杂，运行不灵敏、不灵活的问题，进而提供一种结构简单、生产成本和使用成本低的变压器强迫油循环冷却系统。
为解决上述技术问题，本发明的一种利用日夜温差对变压器强迫油循环冷却的系统，其包括
冷却机构，设置在变压器内；
强制换热器，通过强冷入口与所述冷却机构的出油口连接；
还包括
至少一个利用日夜温差换热的蓄热换热器单元，串连设置在所述冷却机构和所述强制换热器之间。
所述蓄热换热器单元仅包括蓄热换热器。
所述蓄热换热器单元包括选通阀和通过选通阀并联在管路上的蓄热换热器。
所述蓄热换热器单元由若干串连或并连的蓄热换热器组成。
所述蓄热换热器单元设置在所述冷却机构的出油口和所述强制换热器的入口之间。
所述蓄热换热器单元中的蓄热换热器为显热蓄热换热器和/或相变换热器，所述储热换热温度为30-75℃。
所述蓄热换热器单元设置在所述冷却机构的进油口和所述强制换热器的出口之间。
所述蓄热换热器单元中的蓄热换热器为显热蓄热换热器和/或相变换热器，所述储热换热温度为30-75℃。
还包括温度感应装置和控制器，温度感应装置与所述蓄热换热器单元中的蓄热换热器连接，控制器控制蓄热换热器的选通或关断。
所述强制换热器为空冷换热器。
本发明的上述技术方案相比现有技术具有以下优点，
在本发明所述的利用日夜温差对变压器强迫油循环冷却的系统中，其包括冷却机构，设置在变压器内；强制换热器，通过强冷入口与所述冷却机构的出油口连接；还包括至少一个利用日夜温差换热的蓄热换热器单元，串连设置在所述冷却机构和所述强制换热器之间，本发明的冷却系统结构简单，运行灵活，不需要额外的能源供应，只需要利用日夜温差所提供的热量即可满足对冷却系统补充冷却，大大的节省的能源。
附图说明
为了使本发明的内容更容易被清楚的理解，下面根据本发明的具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明，其中
图1是本发明一实施例1所述的利用日夜温差对变压器强迫油循环冷却的系统示意图；
图2是中国西北某一地区温度变化图；
图3是本发明实施例2所述利用日夜温差对变压器强迫油循环冷却的系统示意图；
图4是本发明实施例3所述利用日夜温差对变压器强迫油循环冷却的系统示意图；
图5是本发明实施例4所述利用日夜温差对变压器强迫油循环冷却的系统示意图。
图中附图标记表示为：1-冷却机构，11-出油口，12-进油口，2-强制换热器，21-强冷入口，3-选通阀，4-蓄热换热器单元，41-蓄热换热器，5-控制器，6-动力泵，7-变压器。
具体实施方式
设定强制换热器的换热能力为35℃温降；变压器正常冷却油温为20-45℃。
实施例1
图1所示为本实施例所述的利用日夜温差对变压器强迫油循环冷却的系统，其包括冷却机构1，强制换热器2和蓄热换热器单元4，冷却机构1设置在变压器7内；强制换热器2通过强冷入口21与所述冷却机构1的出油口11连接；还包括一个利用日夜温差换热的蓄热换热器单元4，串连设置在所述冷却机构1和所述强制换热器2之间。
本实施例中所述强制换热器2为空冷换热器；所述蓄热换热器单元4设置在所述冷却机构1的进油口和所述强制换热器2的出口之间。本实施例中所述蓄热换热器单元4包括选通阀和通过选通阀并联在管路上的相变换热器，所述相变换热器的相变材料为石蜡类，初始的所述储热换热温度为30度。在所述冷却机构1上且位于所述相变换热器的上游设置有动力泵6。本实施例中，还包括温度感应装置和控制器5，温度感应装置与所述蓄热换热器单元4中的相变换热器连接，控制器5控制相变换热器的选通或关断。
使用上述利用日夜温差对变压器强迫油循环冷却的系统时，其包括如下步骤：
(1)测量变压器7安装地的日均最高气温和日均最低气温；如图2所示为本实施例中对西北某一地区的环境温度进行测量的温度变化图，安装地夏季的日均最高气温为40℃和日均最低气温为20℃；
(2)根据温差确定相变温度，选择相变换热器4相变材料的相变温度，并根据相变温度选择相变换热器4中相变材料，相变换热器主要是针对夏季白天气温过高，空冷换热器2对冷却油换热冷却不足而增加的，进行补充换热冷却。白天，相变冷却器在空冷换热器的基础上进一步对冷却油换热冷却，相变温度低于白天的最高温度，相变材料吸热，从固态向液态转变；晚上，相变换热器的相变材料借助低温的冷却油实现放热，即从液态向固态转变，经空冷换热器的冷却油温大于夜晚最低气温。
(3)白天所述相变换热器4的相变材料产生吸热反应；夜晚所述相变换热器4的相变材料产生放热反应。
假设当天最高气温为40℃和最低气温为20℃，具体温度变化如下：
白天：流出变压器7的冷却油的温度T1为90℃，经空冷热交换器后，油温降为55℃，而此温度仍超出变压器7冷却油正常油温范围，即流出空冷热交换器的冷却油的温度为55℃，当日夜温差较大，需要引入相变换热器4时，通过选通阀接入相变换热器，相变换热器的相变温度为30℃，冷却油与相变换热器的相变材料换热后，油温进一步降为37℃，从而达到使冷却油的温度达到要求，此时相变换热器4相变材料发生相变吸热，即由固态变为液态，因为相变换热器的容量很大，相变材料温度略微波动至31℃；
夜晚：流出变压器的冷却油的温度T1为60℃的冷却油，经空冷热交换器后，油温降为25℃，此时相变换热器4中的相变材料温度为31℃，冷却油经相变换热器4换热后，油温升至28℃，仍满足要求，此时相变换热器4相变材料发生相变放热，即由液态向固态转变，相变材料温度略微波动至29℃)。
第二天白天：流出变压器的冷却油的温度T1为90℃的冷却油，经空冷热交换器后，油温降为55℃，而此温度仍超出变压器冷却油正常油温范围，此时相变换热器4中的相变材料温度为29℃经相变换热器4后，油温进一步降为37℃，从而达到使冷却油的温度达到要求，此时相变换热器4相变材料发生相变吸热，即由固态变为液态，相变材料温度略微波动至31℃；如此循环。
也就是说，本发明所述利用日夜温差对变压器强迫油循环冷却的系统在白天利用相变换热器4对冷却油进行冷却，等到晚上时，通过冷却油对相变换热器4中的相变材料进行加温，如此反复，不需要任何外来电力或换热资源就能使冷却油温保持在一个相对稳定的温度区间，有利于延长变压器的寿命；另外增加了相变装置后，可以降低空冷热交换器的风机功率，从而减少系统损耗；不仅结构简单、节约生产成本，还极大的节约了使用成本，尤其在日夜温差大的地区，该系统的使用优势更为明显。
实施例2
图3所示为本实施例所述的利用日夜温差对变压器强迫油循环冷却的系统，其包括冷却机构1，强制换热器2和蓄热换热器单元4，冷却机构1设置在变压器7内；强制换热器2通过强冷入口21与所述冷却机构1的出油口11连接；还包括两个利用日夜温差换热的蓄热换热器单元4，串连设置在所述冷却机构1和所述强制换热器2之间。
本实施例中第一个所述蓄热换热器单元4为显热换热器，所述显热储热材料为水。第二个所述蓄热换热器单元4为相变换热器。所述蓄热换热器单元4设置在所述冷却机构1的进油口和所述强制换热器2的出口之间。本实施例中初始的所述储热换热温度40度。
假设当天最高气温为40℃和最低气温为20℃，具体温度变化如下：
白天：流出变压器7的冷却油的温度T1为90℃，经空冷热交换器后，油温降为55℃，而此温度仍超出变压器7冷却油正常油温范围，即流出空冷热交换器的冷却油的温度为55℃，相变换热器的初始相变温度为40℃，冷却油与相变换热器的相变材料换热后，油温进一步降为45℃，从而达到使冷却油的温度达到要求，此时相变换热器4相变材料发生相变吸热，即由固态变为液态，因为相变换热器的容量很大，相变材料温度略微波动至41℃；
夜晚：流出变压器的冷却油的温度T1为60℃的冷却油，经空冷热交换器后，油温降为25℃，此时相变换热器4中的相变材料温度为41℃，冷却油经相变换热器4换热后，油温升至35℃，仍满足要求，此时相变换热器4相变材料发生相变放热，即由液态向固态转变，相变材料温度略微波动至39℃)。
第二天白天：流出变压器的冷却油的温度T1为90℃的冷却油，经空冷热交换器后，油温降为55℃，而此温度仍超出变压器冷却油正常油温范围，此时相变换热器4中的相变材料温度为39℃经相变换热器4后，油温进一步降为45℃，从而达到使冷却油的温度达到要求，此时相变换热器4相变材料发生相变吸热，即由固态变为液态，相变材料温度略微波动至41℃；如此循环。
也就是说，本发明所述利用日夜温差对变压器强迫油循环冷却的系统在白天利用相变换热器4对冷却油进行冷却，等到晚上时，通过冷却油对相变换热器4中的相变材料进行加温，如此反复，不需要任何外来电力或换热资源就能使冷却油温保持在一个相对稳定的温度区间，有利于延长变压器的寿命；另外增加了相变装置后，可以降低空冷热交换器的风机功率，从而减少系统损耗；不仅结构简单、节约生产成本，还极大的节约了使用成本，尤其在日夜温差大的地区，该系统的使用优势更为明显。
实施例3
图4所示为本实施例所述的利用日夜温差对变压器强迫油循环冷却的系统，其包括冷却机构1，强制换热器2和蓄热换热器单元4，冷却机构1设置在变压器7内；强制换热器2通过强冷入口21与所述冷却机构1的出油口11连接；还包括一个利用日夜温差换热的蓄热换热器单元4，串连设置在所述冷却机构1和所述强制换热器2之间。
本实施例中所述蓄热换热器单元4由两个串连的蓄热换热器41组成。所述蓄热换热器单元4设置在所述冷却机构1的出油口和所述强制换热器2的入口之间。
本实施例中所述蓄热换热器41为相变换热器和显热蓄热换热器串连而成，本实施例中初始的所述储热换热温度为75℃度。所述显热储热材料为油，在所述冷却机构1上且位于所述蓄热换热器41的下游设置有动力泵6。
假设当天最高气温为40℃和最低气温为20℃，具体温度变化如下：
白天：流出变压器7的冷却油的温度T1为90℃，经相变换热器或显热蓄热换热器后，油温降为80℃，而此温度仍超出变压器7冷却油正常油温范围，即流出空冷热交换器的冷却油的温度为45℃，从而达到使冷却油的温度达到要求，此时相变换热器或显热蓄热换热器的温度为76℃。
夜晚：流出变压器的冷却油的温度T1为60℃的冷却油，经相变换热器或显热蓄热换热器后，油温升高至70℃，而此温度仍超出变压器7冷却油正常油温范围，即流出空冷热交换器的冷却油的温度为35℃，从而达到使冷却油的温度达到要求，此时相变换热器或显热蓄热换热器的温度为74℃。
第二天白天：流出变压器的冷却油的温度T1为90℃的冷却油，经相变换热器和显热蓄热换热器后，油温降为80℃，再经空冷热交换器将油温降为45℃，如此循环。
实施例4
图5所示为本实施例所述的利用日夜温差对变压器强迫油循环冷却的系统，其包括冷却机构1，强制换热器2和蓄热换热器单元4，冷却机构1设置在变压器7内；强制换热器2通过强冷入口21与所述冷却机构1的出油口11连接；还包括两个利用日夜温差换热的蓄热换热器单元4，串连设置在所述冷却机构1和所述强制换热器2之间。
本实施例中第一个所述蓄热换热器单元4由两个并连的蓄热换热器41组成。第二个所述蓄热换热器单元4由两个串连的蓄热换热器41组成。第一个所述蓄热换热器单元4中的两个蓄热换热器41分别为相变换热器和显热蓄热换热器，初始的储热换热温度为65度，所述显热储热材料为油，相变换热器的相变材料为石蜡类、脂肪酸类或多元醇类中的一种，第二个所述蓄热换热器单元4中的两个串连的蓄热换热器41分别为相变换热器和显热蓄热换热器，初始的储热换热温度为65度，此处的所述显热储热材料为水，相变换热器的相变材料为石蜡类、脂肪酸类或多元醇类中的一种，所述蓄热换热器单元4设置在所述冷却机构1的出油口和所述强制换热器2的入口之间。
在所述冷却机构1上且位于所述蓄热换热器41的下游设置有动力泵6。
本实施例中，还包括温度感应装置和控制器5，温度感应装置与所述蓄热换热器单元4中的蓄热换热器41连接，控制器5控制蓄热换热器41的选通或关断(图中未示出)。
假设当天最高气温为40℃和最低气温为20℃，具体温度变化如下：
白天：流出变压器7的冷却油的温度T1为90℃，经相变换热器或显热蓄热换热器后，油温降为70℃，而此温度仍超出变压器7冷却油正常油温范围，即流出空冷热交换器的冷却油的温度为35℃，从而达到使冷却油的温度达到要求，此时相变换热器或显热蓄热换热器的温度为66℃。
夜晚：流出变压器的冷却油的温度T1为60℃的冷却油，经相变换热器或显热蓄热换热器后，油温升高至63℃，而此温度仍超出变压器7冷却油正常油温范围，即流出空冷热交换器的冷却油的温度为28℃，从而达到使冷却油的温度达到要求，此时相变换热器或显热蓄热换热器的温度为64℃。
第二天白天：流出变压器的冷却油的温度T1为90℃的冷却油，经相变换热器或显热蓄热换热器后，油温降为70℃，再经空冷热交换器将油温降为35℃，如此循环。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (10)

1.一种利用日夜温差对变压器强迫油循环冷却的系统，其包括
冷却机构(1)，设置在变压器(7)内；
强制换热器(2)，通过强冷入口(21)与所述冷却机构(1)的出油口(11)连接；
其特征在于，还包括
至少一个利用日夜温差换热的蓄热换热器单元(4)，串连设置在所述冷却机构(1)和所述强制换热器(2)之间。
2.根据权利要求1所述的利用日夜温差对变压器强迫油循环冷却的系统，其特征在于，所述蓄热换热器单元(4)仅包括蓄热换热器(41)。
3.根据权利要求1所述的利用日夜温差对变压器强迫油循环冷却的系统，其特征在于，所述蓄热换热器单元(4)包括选通阀和通过选通阀并联在管路上的蓄热换热器(41)。
4.根据权利要求1所述的利用日夜温差对变压器强迫油循环冷却的系统，其特征在于，所述蓄热换热器单元(4)由若干串连或并连的蓄热换热器(41)组成。
5.根据权利要求1-4任一所述的利用日夜温差对变压器强迫油循环冷却的系统，其特征在于，所述蓄热换热器单元(4)设置在所述冷却机构(1)的出油口和所述强制换热器(2)的入口之间。
6.根据权利要求5所述的利用日夜温差对变压器强迫油循环冷却的系统，其特征在于，所述蓄热换热器单元(4)中的蓄热换热器(41)为包括显热蓄热换热器和/或相变换热器，所述储热换热温度为30-75℃。
7.根据权利要求1-4任一所述的利用日夜温差对变压器强迫油循环冷却的系统，其特征在于，所述蓄热换热器单元(4)设置在所述冷却机构(1)的进油口和所述强制换热器(2)的出口之间。
8.根据权利要求7所述的利用日夜温差对变压器强迫油循环冷却的系统，其特征在于，所述蓄热换热器单元(4)中的蓄热换热器(41)为包括显热蓄热换热器和/或相变换热器，所述储热换热温度为30-75℃度。
9.根据权利要求1-4、6、8任一所述的利用日夜温差对变压器强迫油循环冷却的系统，其特征在于，还包括温度感应装置和控制器(5)，温度感应装置与所述蓄热换热器单元(4)中的蓄热换热器(41)连接，控制器(5)控制蓄热换热器(41)的选通或关断。
10.根据权利要求1-4、6、8任一所述的利用日夜温差对变压器强迫油循环冷却的系统，其特征在于，所述强制换热器(2)为空冷换热器。
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