CN107658101A - 一种高低温区差异化电力变压器冷却装置 - Google Patents

Abstract

一种高低温区差异化电力变压器冷却装置，包括壳体，壳体具有表层和内层，表层和内层之间布置有导热层，导热层内设置有低温冷却机构和高温冷却机构；低温冷却机构包括低温冷却管、低温冷却毛细管、低温冷却回流管；高温冷却机构包括高温冷却管、高温冷却毛细管、高温冷却进流管。本发明将变压器的冷却工作分为高温冷却区域和低温冷却区域，进入的冷却剂先在低温区域进行冷却，而后再进入到高温区域进行冷却，冷却剂实现了梯级的吸收热量降温，使得冷却剂的吸热潜能得以充分利用，避免浪费。由于冷却剂吸热冷却潜能的充分利用，使得冷却装置的工作压力大为降低，冷却装置的冷却剂供应速度以及循环时间也相应地有所降低，实现了冷却装置的低能耗运行。

Description

一种高低温区差异化电力变压器冷却装置

技术领域

本发明涉及电力系统散热技术领域，具体涉及一种高低温区差异化电力变压器冷却装置。

背景技术

变压器是一种通过改变电压而传输交流电能的静止感应电器,它有一个公共的铁心和与其交链的几个绕组,且它们之间的空间位置不变。当一个绕组从电源接受交流电能时,通过电感生磁、磁感生电的电磁感应原理改变电压(电流),在其余绕组上以同一频率、不同电压传输交流电能。变压器作为发电厂和变电所的主要设备之一,其作用有两个,一是满足用户电压等级的需要,二是减少电能在输送过程中的损失，就其重要性来讲,我们通常称变压器为变电所的心脏,因此,变压器在电力系统中是一个非常重要的设备，它对电能的有效传输、灵活分配和安全使用具有重要的意义。

电力变压器的基本结构部件是由铁心、绕组和绝缘所组成。与此同时,为了保证电力变压器的安全运行,还装设有油箱、冷却装置和保护装置。其中,油箱是油浸变压器的外壳,变压器主体放在油箱中,箱内充满变压器油，铁心是磁力线的通路,起集中和加强磁通的作用,同时以支持绕组；绕组是电流的通路,产生感应电动势。在油枕和油箱的联管上装有瓦斯继电器,来反映变压器的内部故障。冷却装置是将变压器运行中产生的热量散发出去的设备。也是本文所研究讨论的重点。此外还有温度控制仪来监测温度等。

对于供电部门而言,对变压器的维护就成为供电设施维护的核心,其主要原因是:电力变压器是变电站心脏,无论是从位置上还是从作用上来讲都是最重要的；油循环冷却变压器的结构和运行环境导致了变压器的出事的几率较大,当变压器出现故障后,将会引起大面积的停电，就会严重的影响电力系统的稳定运行和供电可靠性,所以电力变压器的安全维护在电力系统中起着至关重要的作用。

变压器的损耗主要是铜耗和铁耗,而这些损耗最终都转化为热量,从而使变压器的铁心和油温温度升高。而此热量以传导和对流的方式向外扩散,实验与分析表明,变压器运行时产生的热量80%以上集中于绕组和铁心,它将直接影响变压器的寿命。根据研究,变压器绕组温度每升高6摄氏度,使用年限将缩短一半,也就是所谓的绝缘老化6摄氏度规则,所以对变压器实现降温控制是非常必要的。变压器的冷却装置是将变压器在运行中由损耗所产生的热量散发出去,以保证变压器可以安全正常的运行。变压器铁心和线圈的损耗所发出的热量,在使油受热上升,热油沿箱壁以及散热管片向下流动的过程中,将热量传给箱壁和散热管片,再由它们向周围冷却介质散发热量,保证变压器在额定温升下能够正常运行。油冷变压器根据油的循环方式可分为自然循环式和强迫循环式。根据油被冷却的方式不同又可分为自然风冷、强迫风冷、强迫水冷。

油浸自冷变压器的基本冷却原理为：油吸收油箱中绕组和铁心产生的热量后,上升进入散热器在散热管内,靠对流和辐射作用,油将热量散给周围环境。变压器容量不同,所需的散热器形式也不同。散热器有单排和多排管式。为了增加散热量,可在散热器下边加风扇,成为自然循环强迫风冷式变压器,自冷变压器的冷却方式主要适用于小容量的变压器。近年来大容量的巨型变压器采用了强迫油循环的导向冷却方式,即用油泵使用一定的压力,将变压器油箱上部的热油吸入冷却器流过冷却管,铁心与绕组中产生的热量被具有一定流速的冷油带走,在空气侧由风扇将空气吸入,使之流过管组,吸收热量,吹出冷却器外,冷却后的油从冷却器下端再进入变压器油箱内,从而实现变压器的冷却目的,使变压器在安全的温度下运行。根据一般的情况,各种冷却系统的配置情况一般由其电压等级来决定。35kv以下的电力变压器的冷却系统采用不吹风散热器的自然冷却装置；110kv变压器的冷却系统一般采用吹风散热器；而22OkV及以上的电力变压器的冷却装置采用强迫油循环风冷或水冷的冷却装置。

电力变压器的安全可靠运行和使用寿命,很大程度上取决于变压器的运行条件,而在诸多的影响因素中变压器的运行温度状况起着至关重要的作用,因此对变压器进行温度监测与温度控制是十分必要的。随着科技的进步这种监控必将由自动控制取代人工控制,这种自动化的实现不但可以节约人力,节省电能,同时也有助于提高控制的可靠性与实时性。

目前,绝大部分变压器的降温方式是空冷、水冷、油冷,世界上最早的变压器是19世纪后期出现的以空气作为冷却和绝缘介质的变压器。为保证安全工作,必须保证足够的绝缘间隙,选择相应的绝缘材料。由于加工技术的限制以及缺乏适当的绝缘材料,这种变压器很难向大型发展。变压器油具有绝缘性,且液体的换热系数远远大于气体,因此油冷变压器相继问世,该冷却方式噪音大,不适合在建筑物内使用。如在散热器与油箱连接处加一油泵便成为强迫油循环变压器。这时油的流速增加,换热系数增大。采用这种方式的变压器在满负荷时可采用强迫油循环吹风冷却,而在40%负荷时,可采用油自然循环冷却。强迫油循环水冷却及强迫油循环风冷却均有采用。强迫油循环水冷却方式能提高散热能力、冷却效率高、节约材料、减少安装面、变压器油的耗量少。

现有技术中一般都是在电力变压器上全方位地设置冷却系统，但是在一个变压器整体上其温度分布是不均匀的，而且在现代变压器上各个功能部分已经采用模块化设计，不同的功能模块在工作中所产生的温度峰值是不一样的，如果仍然采用同一冷却温度对变压器整机进行冷却，则会导致冷却系统冷却资源的浪费，也会造成冷却系统工作压力过大。为解决这一技术问题，需要开发一种根据变压器不同工作区域进行差异化冷却的冷却装置。

发明内容

针对现有技术存在上述技术问题，本发明提供一种冷却效果好、冷却系统工作压力小、能耗低的新型高低温区差异化电力变压器冷却装置。

为实现上述目的，本发明提供以下技术方案：

一种高低温区差异化电力变压器冷却装置，包括壳体，壳体具有表层和内层，表层和内层之间布置有导热层，导热层内设置有低温冷却机构和高温冷却机构；低温冷却机构包括低温冷却管、低温冷却毛细管、低温冷却回流管；高温冷却机构包括高温冷却管、高温冷却毛细管、高温冷却进流管；低温冷却回流管通过压力泵和降温装置与高温冷却进流管连接；低温冷却毛细管设置在低温冷却管上并与低温冷却管相通，高温冷却毛细管设置在高温冷却管上并与高温冷却管相通；低温冷却管外接有冷却剂进液管，高温冷却管外接有冷却剂输出管；壳体上部设置有安装盖板，壳体内部设置有变压器固定机构；低温冷却毛细管和高温冷却毛细管均伸出导热层且紧邻变压器固定机构设置。

优选的，压力泵设置在降温装置的上游位置。

优选的，降温装置为强力风冷装置。

优选的，低温冷却回流管和高温冷却进流管均延伸出导热层设置，压力泵和降温装置也设置在导热层外侧。

优选的，低温冷却回流管和高温冷却进流管上均设置有控制阀。

优选的，所述导热层采用导热材料制成，低温冷却回流管、高温冷却进流管、低温毛细管以及高温毛细管也采用导热材料制成。

优选的，低温冷却回流管、压力泵、降温装置、高温冷却进流管通过相应的管道互相连接。

优选的，冷却剂输出管连接有外部强降温装置，外部强降温装置设置有冷却剂存储罐，降温后的冷却剂暂存在冷却剂存储罐中，冷却剂存储罐设置有与冷却剂进液管相连接的出液口。

本发明的有益效果：

本发明的包括壳体，壳体具有表层和内层，表层和内层之间布置有导热层，导热层内设置有低温冷却机构和高温冷却机构。本发明工作原理如下：

首先，将变压器冷却工作分为低温冷却区域和高温冷却区域，适用于变压器不同的工作区域采用不同的冷却温度；在变压器的低温工作区域设置低温冷却机构，在变压器的高温工作区域设置高温冷却装置；外界进来的冷却剂首先进入低温冷却机构的低温冷却区域，由于此处的温度较低，外界进入的冷却剂先吸收这一部分的温度对其实施降温冷却，冷却剂进行冷却后开始第一次升温；而后该冷却剂在压力泵的作用下顺着管道进行入到高温冷却机构，此处的温度明显高于低温工作区域，此时，冷却剂对高温区域再次进行降温冷却，经过高温区域的冷却剂顺着冷却剂输出管输送到设置在外部的外部强降温装置，具有一定温度的冷却剂在此处进行温度的释放、降温，冷却为可用的冷却剂，再次循环进入到低温冷却机构，实现冷却工作的循环往复进行。

然后，冷却剂虽然在低温冷却机构中吸收了一部分热量导致了温度的升高，但是其升高后的温度仍远低于高温工作区的温度，具有此种温度的冷却剂仍然可以在高温区域进行有效的冷却工作。

与现有技术相比，具有以下优点：

1、将变压器的冷却工作分为高温冷却区域和低温冷却区域，进入的冷却剂先在低温区域进行冷却，而后再进入到高温区域进行冷却，冷却剂实现了梯级的吸收热量降温，使得冷却剂的吸热潜能得以充分利用，避免浪费。

2、由于冷却剂吸热冷却潜能的充分利用，使得冷却装置的工作压力大为降低，冷却装置的冷却剂供应速度以及循环时间也相应地有所降低，实现了冷却装置的低能耗运行。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

附图标记：

1——壳体、1a——内层、1b——表层、1c——导热层；

2——安装盖板；

3——低温冷却管；

4——高温冷却管；

5——低温冷却毛细管、5a——低温冷却回流管；

6——高温冷却毛细管、6a——高温冷却进流管；

7——压力泵；

8——变压器固定机构；

9——降温装置;

10——冷却剂进液管;

11——冷却剂输出管;

12——控制阀;

13——外部强降温装置;

14——冷却剂存储罐。

具体实施方式

以下结合具体实施例及附图对本发明进行详细说明。

一种高低温区差异化电力变压器冷却装置，包括壳体1，壳体具有表层1b和内层1a，表层1b和内层1a之间布置有导热层1c，导热层1c内设置有低温冷却机构和高温冷却机构；低温冷却机构包括低温冷却管3、低温冷却毛细管5、低温冷却回流管5a；高温冷却机构包括高温冷却管4、高温冷却毛细管6、高温冷却进流管6a；低温冷却回流管5a通过压力泵7和降温装置9与高温冷却进流管6a连接；低温冷却毛细管5设置在低温冷却管3上并与低温冷却管3相通，高温冷却毛细管6设置在高温冷却管4上并与高温冷却管4相通；低温冷却管3外接有冷却剂进液管10，高温冷却管4外接有冷却剂输出管11；壳体1上部设置有安装盖板2，壳体1内部设置有变压器固定机构8；低温冷却毛细管5和高温冷却毛细管6均伸出导热层1c且紧邻变压器固定机构8设置。

为了便于冷却剂的泵送，压力泵7设置在降温装置9的上游位置。

考虑到使用成本和技术难度，降温装置9使用的是现有技术中的强力风冷装置。

为了防止冷却剂在高低温度区域转移时互相影响，低温冷却回流管5a和高温冷却进流管6a均延伸出导热层设置，压力泵和降温装置也设置在导热层外侧。

为了便于实现冷却剂输送量的控制，低温冷却回流管5a和高温冷却进流管6a上均设置有控制阀12。

为实现热量的快速传递，所述导热层1c采用导热材料制成，低温冷却回流管5a、高温冷却进流管6a、低温冷却毛细管5以及高温冷却毛细管6也采用导热材料制成。

为安装设置方便，低温冷却回流管5a、压力泵7、降温装置9、高温冷却进流管6a通过相应的管道互相连接；冷却剂输出管11连接有外部强降温装置13，外部强降温装置13设置有冷却剂存储罐14，降温后的冷却剂暂存在冷却剂存储罐中，冷却剂存储罐14设置有与冷却剂进液管10相连接的出液口。

本发明工作原理和工作过程如下：

首先，将变压器冷却工作分为低温冷却区域和高温冷却区域，适用于变压器不同的工作区域采用不同的冷却温度；在变压器的低温工作区域设置低温冷却机构，在变压器的高温工作区域设置高温冷却装置；外界进来的冷却剂首先进入低温冷却机构的低温冷却区域，由于此处的温度较低，外界进入的冷却剂先吸收这一部分的温度对其实施降温冷却，冷却剂进行冷却后开始第一次升温；而后该冷却剂在压力泵的作用下顺着管道进行入到高温冷却机构，此处的温度明显高于低温工作区域，此时，冷却剂对高温区域再次进行降温冷却，经过高温区域的冷却剂顺着冷却剂输出管输送到设置在外部的外部强降温装置，具有一定温度的冷却剂在此处进行温度的释放、降温，冷却为可用的冷却剂，再次循环进入到低温冷却机构，实现冷却工作的循环往复进行。

然后，冷却剂虽然在低温冷却机构中吸收了一部分热量导致了温度的升高，但是其升高后的温度仍远低于高温工作区的温度，具有此种温度的冷却剂仍然可以在高温区域进行有效的冷却工作。

与现有技术相比， 本发明将变压器的冷却工作分为高温冷却区域和低温冷却区域，进入的冷却剂先在低温区域进行冷却，而后再进入到高温区域进行冷却，冷却剂实现了梯级的吸收热量降温，使得冷却剂的吸热潜能得以充分利用，避免浪费。由于冷却剂吸热冷却潜能的充分利用，使得冷却装置的工作压力大为降低，冷却装置的冷却剂供应速度以及循环时间也相应地有所降低，实现了冷却装置的低能耗运行。

最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细地说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。

Claims (8)

1.一种高低温区差异化电力变压器冷却装置，其特征在于，包括壳体，壳体具有表层和内层，表层和内层之间布置有导热层，导热层内设置有低温冷却机构和高温冷却机构；低温冷却机构包括低温冷却管、低温冷却毛细管、低温冷却回流管；高温冷却机构包括高温冷却管、高温冷却毛细管、高温冷却进流管；低温冷却回流管通过压力泵和降温装置与高温冷却进流管连接；低温冷却毛细管设置在低温冷却管上并与低温冷却管相通，高温冷却毛细管设置在高温冷却管上并与高温冷却管相通；低温冷却管外接有冷却剂进液管，高温冷却管外接有冷却剂输出管；壳体上部设置有安装盖板，壳体内部设置有变压器固定机构；低温冷却毛细管和高温冷却毛细管均伸出导热层且紧邻变压器固定机构设置。

2.如权利要求1的高低温区差异化电力变压器冷却装置，其特征在于，压力泵设置在降温装置的上游位置。

3.如权利要求2的高低温区差异化电力变压器冷却装置，其特征在于，降温装置为强力风冷装置。

4.如权利要求3的高低温区差异化电力变压器冷却装置，其特征在于，低温冷却回流管和高温冷却进流管均延伸出导热层设置，压力泵和降温装置也设置在导热层外侧。

5.如权利要求4的高低温区差异化电力变压器冷却装置，其特征在于，低温冷却回流管和高温冷却进流管上均设置有控制阀。

6.如权利要求5的高低温区差异化电力变压器冷却装置，其特征在于，所述导热层采用导热材料制成，低温冷却回流管、高温冷却进流管、低温毛细管以及高温毛细管也采用导热材料制成。

7.如权利要求6的高低温区差异化电力变压器冷却装置，其特征在于，低温冷却回流管、压力泵、降温装置、高温冷却进流管通过相应的管道互相连接。

8.如权利要求7的高低温区差异化电力变压器冷却装置，其特征在于，冷却剂输出管连接有外部强降温装置，外部强降温装置设置有冷却剂存储罐，降温后的冷却剂暂存在冷却剂存储罐中，冷却剂存储罐设置有与冷却剂进液管相连接的出液口。