CN110211771A - 一种输变电变压器用风冷却器及其控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种输变电变压器用风冷却器及其控制方法，所述风冷却器包括换热器以及与换热器配合的风机，所述换热器包括两个以上并联的散热单元，所述散热单元包括散热单元进油口、芯体和散热单元出油口，所述芯体为板翅式结构。所述输变电变压器用风冷却器包括换热器以及与所述换热器配合的风机。本发明所述的输变电变压器用风冷却器的换热器采用多组易于安装拆卸的小型散热单元，采用模块化设计，实现了高效紧凑式换热，在满足性能的前提下，相对于传统管翅式结构风冷却器，重量可降低50％以上，体积可减少25％以上，同时可实现不借助大型起吊设备，人工在线安装拆卸散热单元，极大地提高了可维护性，间接提高了变压器的运行稳定性。
Description
技术领域
本发明涉及输变电变压器散热技术领域，具体涉及一种输变电变压器用风冷却器及其控制方法。
背景技术
风冷却器是输变电变压器的关健组部件之一，对输变电变压器经济、稳定、安全运行具有重要作用。大型输变电变压器热损耗大，目前其风冷却器普遍采用管翅式结构，现有结构主要存在以下不足：1)目前的管翅式风冷却器为整体式结构，大型变压器用风冷却器重约2600kg，一旦出现泄漏等问题，必须借助大型吊具整体拆卸进行维修或更换，维修效率低，维修成本高；如维修不及时，将影响变压器的稳定、安全运行；2)管翅式结构冷却器散热效率不高，大容量风冷却器需要采用双回路甚至三回路冷却结构，通过增加冷却行程来增大冷却容量和进出口油温差，这势必造成风冷却器体积大，重量重，也给变压器风冷却器标准化设计带来不便；3)管翅式结构的扰流丝在油流的长时间持续冲击下，可能会出现断落、脱落的情况，存在安全隐患；4)管翅式结构还存在易锈蚀、内部存在不可避免的杂质等方面的问题。
发明内容
本发明针对以上问题的提出，而研究设计一种换热器。本发明采用的技术手段如下：
一种输变电变压器用风冷却器，包括换热器以及与换热器配合的风机，其特征在于：所述换热器包括两个以上散热单元，还包括进油腔和出油腔，所述进油腔处设有总进油口，所述出油腔处设有总出油口，所述散热单元包括散热单元进油口、芯体和散热单元出油口，所述芯体为板翅式结构，所述芯体包括间隔设置的油通道层和空气通道层，所述油通道层和空气通道层内均设有翅片，所述散热单元进油口与所述油通道层的一端连通，所述散热单元出油口与油通道层的另一端连通，所述的两个以上散热单元的散热单元进油口均与进油腔连通，所述的两个以上散热单元的散热单元出油口均与出油腔连通，所述进油腔通过进油管与变压器的出油口连通，所述出油腔通过出油管与变压器的回油口连通。
进一步地，所述散热单元包括芯体和分别设置在芯体两端的进油连接箱和出油连接箱，所述进油连接箱和出油连接箱均与油通道层连通，所述散热单元进油口设置于进油连接箱上，所述散热单元出油口设置于出油连接箱上，单个散热单元重量不大于25kg。
进一步地，所述芯体的油通道层内设有锯齿型翅片，所述芯体的空气通道层内设有波纹型翅片，所述锯齿型翅片的波高为2.5-6.5mm，所述波纹型翅片的波高为9-24mm。
进一步地，所述进油连接箱包括第一箱体和第一连接颈，所述第一连接颈的端口作为散热单元进油口，所述出油连接箱包括第二箱体和第二连接颈，所述第二连接颈的端口作为散热单元出油口，所述第一连接颈和第二连接颈均为90度弯折管状结构，使得所述散热单元进油口和散热单元出油口朝向散热单元的同一侧。
进一步地，所述进油腔包括相互连通的第一通道和第二通道，所述出油腔包括相互连通的第三通道和第四通道，所述第一通道、第二通道、第三通道和第四通道的壳体首尾依次垂直固定连接，形成矩形的介质流通框架，所述总进油口设置于第一通道的外壳上，所述总出油口设置于第三通道的外壳上，所述第一通道与第四通道之间以及第二通道与第三通道之间均设有通道封板，所述散热单元进油口一端固定在第二通道的外壳上使得油通道层与第二通道连通，所述散热单元出油口一端固定在第四通道的外壳上使得油通道层与第四通道连通。
进一步地，所述散热单元进油口外设有第一固定法兰，所述散热单元出油口外侧设有第二固定法兰，所述散热单元进油口通过第一固定法兰固定在第二通道的外壳上，所述散热单元出油口通过第二固定法兰固定在第四通道的外壳上，所述散热单元进油口的端面与第二通道的外壳之间以及散热单元出油口的端面与第四通道的外壳之间均设有O形密封圈，所述散热单元安装于介质流通框架的进风侧，所述冷却介质进入连接箱上设有散热单元排放塞，用于排放被冷却介质或气体，所述冷却介质进入连接箱和出油连接箱上均设有把手。
进一步地，两个以上的风机设置于换热器的出风侧，所述风机与换热器之间设有空气分流箱，所述空气分流箱内设有至少一个分流隔板，所述分流隔板将空气分流箱内部空间分割为通风道，每个风机的位置与一个通风道对应。
进一步地，所述进油管上设有变压器出油温度传感器和排气塞，所述进油管与换热器之间设有进油蝶阀，所述出油管上设有排油塞和油流继电器，所述出油管与总出油口之间设有油泵，所述空气通道层的进风处设有进风温度传感器，所述风机的出风处设有出风温度传感器，所述变压器出油温度传感器、进风温度传感器和出风温度传感器均与控制系统相连，所述控制系统设置于控制箱内，所述控制箱内还设有低温加热器，所述控制箱固定于空气分流箱的下方。
一种本发明所述的输变电变压器用风冷却器的控制方法，监测变压器出油温度和空气通道层的进风温度，根据监测得到的温度值与变压器的额定工况出油温度和设计进风温度的关系，调节风机运行数量，控制冷却强度。
进一步地，根据以下公式调整风机运行数量：
ni＝ne×(to1-ta1)/(toe-tae)
其中，to1为变压器的实时出油温度；
toe为变压器的额定工况出油温度；
ta1为空气通道层的实时进风温度；
tae为空气通道层的设计进风温度；
ne为额定工况下风机运行数量；
ni为不同工况下风冷却器风机运行数量。
与现有技术比较，本发明所述的输变电变压器用风冷却器的散热器采用多组易于安装拆卸的小型散热单元，单个散热单元重量不大于25kg，采用模块化设计，实现了高效紧凑式换热，在满足性能的前提下，相对于传统管翅式结构风冷却器，重量可降低50％以上，体积可减少25％以上，同时可实现不用借助大型起吊设备，人工就能在线安装拆卸散热单元，极大地提高了风冷却器的可维护性，间接提高了变压器的运行稳定性。此外，本发明的风冷却器可根据变压器运行环境条件(环境空气温度)和运用工况(变压器热损耗大小)，动态调节风冷却器风机的转速和运行数量，减少辅助功率消耗，降低噪音，提高了变压器对环境的适应能力，满足变压器节能、环保的要求。
附图说明
图1是本发明实施例的结构示意图。
图2是本发明实施例所述的换热器与风机的配合关系示意图。
图3是本发明实施例所述的换热器的结构示意图。
图4是本发明实施例所述的散热单元的结构示意图。
图5是图4的俯视图(局部剖视)。
图6是本发明实施例所述的散热单元与介质流通框架连接处的结构示意图。
图7是本发明实施例所述的芯体的结构示意图。
图8是本发明实施例所述的锯齿型翅片的结构示意图。
图9是本发明实施例所述的波纹型翅片的结构示意图。
图10是本发明实施例所述的介质流通框架的结构示意图。
图11是图10的俯视图(局部剖视)。
具体实施方式
如图1至图11所示，一种输变电变压器用风冷却器，包括换热器7以及与所述换热器7配合的风机10，所述换热器7包括两个以上散热单元701，还包括进油腔和出油腔，多组散热单元701并联，所述进油腔处设有总进油口703-1，所述出油腔处设有总出油口703-10，所述散热单元701包括散热单元进油口701-6、芯体701-4和散热单元出油口701-7，所述芯体701-4为板翅式结构，所述芯体701-4包括间隔设置的油通道层701-4-1和空气通道层701-4-2，所述油通道层701-4-1和空气通道层701-4-2内均设有翅片，所述散热单元进油口701-6与所述油通道层701-4-1的一端连通，所述散热单元出油口701-7与油通道层701-4-1的另一端连通，所述的两个以上散热单元701的散热单元进油口701-6均与进油腔连通，所述的两个以上散热单元701的散热单元出油口701-7均与出油腔连通，也就是说，所有散热单元701的散热单元进油口701-6均与进油腔连通，散热单元出油口701-7均与出油腔连通。所述进油腔的总进油口703-1通过进油管4与变压器1的油箱连通，所述出油腔的总出油口703-10通过出油管14与变压器1的油箱连通。
如图2所示，两个以上的风机10设置于换热器7的出风侧，所述风机10与换热器7之间设有空气分流箱8，所述空气分流箱8内设有至少一个分流隔板801，所述分流隔板801将空气分流箱8内部空间分割为通风道，每个风机10的位置与一个通风道对应，所述介质流通框架703的出风侧依次安装空气分流箱8和风机10。将所述空气分流箱8分隔成与配套风机10数量相同的通风道，保证各风机进风互不干涉。所述风机10的数量可根据冷却容量增减，所述风机10采用外转子结构和铝制叶片。
如图7所示，所述油通道层701-4-1由隔板701-4-3和侧封条701-4-6围成，所述油通道层701-4-1内设有锯齿型翅片(如图8所示)，形成小波高锯齿型翅片直通形通道；所述空气通道层701-4-2由隔板701-4-3和端封条701-4-5围成，所述空气通道层701-4-2内设有波纹型翅片(如图9所示)，形成大波高波纹型翅片波纹形通道，所述小波高锯齿型翅片直通形通道与大波高波纹型翅片波纹形通道的介质流通方向相互垂直。所述锯齿型翅片的波高为2.5-6.5mm，所述波纹型翅片的波高为9-24mm，波高为翅片的高度，锯齿型翅片的波高与油通道层701-4-1的宽度相对应，波纹型翅片的波高与空气通道层701-4-2的宽度相对应，所述芯体两侧设有侧护板701-4-4。所述芯体采用这种翅片组合设计结构，在保证所述风冷却器高效换热性能的前提下，相对于传统管翅式结构风冷却器，提高了所述空气通道的耐污脏能力，并方便清洁。
如图4至图6所示，所述散热单元701包括芯体701-4和分别设置在芯体701-4两端的进油连接箱701-1和出油连接箱701-5，所述进油连接箱701-1和出油连接箱701-5均与油通道层701-4-1连通，所述散热单元进油口701-6设置于进油连接箱701-1上，所述散热单元出油口701-7设置于出油连接箱701-5上，单个散热单元重量不大于25kg，保证装卸的易操作性和散热效果。
所述进油连接箱701-1包括第一箱体701-1-1和第一连接颈701-12，所述第一连接颈701-1-2的端口作为散热单元进油口701-6，所述出油连接箱701-5包括第二箱体701-5-1和第二连接颈701-5-2，所述第二连接颈的端口701-5-2作为散热单元出油口701-7，所述第一连接颈701-1-2和第二连接颈701-5-2均为90度弯折管状结构，使得所述散热单元进油口701-6和散热单元出油口701-7朝向散热单元701的同一侧。
所述散热单元进油口701-6外设有第一固定法兰701-8，所述散热单元出油口701-7外侧设有第二固定法兰701-9，所述散热单元进油口701-6通过第一固定法兰701-8固定在第二通道703-5的外壳上，所述散热单元出油口701-7通过第二固定法兰701-9固定在第四通道703-4的外壳上，所述散热单元进油口701-6的端面与第二通道703-5的外壳之间以及散热单元出油口701-7的端面与第四通道703-4的外壳之间均设有O形密封圈704，所述散热单元701通过紧固件702横向安装在介质流通框架703的进风侧，使得散热单元并联位于整个换热器7的进风侧，所述介质流通框架703的进风侧设有用于安装散热单元的散热单元安装座板703-8，所述散热单元安装座板703-8的外侧设有散热单元防护板703-7，所述冷却介质进入连接箱701-1上设有散热单元排放塞701-3，用于排放被冷却介质或气体，所述冷却介质进入连接箱701-1和出油连接箱701-5上均设有把手701-2。
如图10和图11所示，所述进油腔包括相互连通的第一通道703-2和第二通道703-5，所述出油腔包括相互连通的第三通道703-9和第四通道703-4，所述第一通道703-2、第二通道703-5、第三通道703-9和第四通道703-4的壳体首尾依次垂直固定连接，形成矩形的介质流通框架703，所述介质流通框架703上设有介质排放塞703-11，总进油口703-1设置于第一通道703-2的外壳上，总出油口702-10设置于第三通道703-9的外壳上，所述第一通道与第四通道之间设有将第一通道703-2与第四通道703-4密封隔开的第一通道封板703-13，第二通道703-5与第三通道703-9之间设有将第二通道703-5和第三通道703-9密封隔开的第二通道封板703-12，第四通道703-4与第一通道703-2连接的一端以及第二通道703-5与第三通道703-9连接的一端均设有侧通道封板703-3，所述散热单元进油口701-6一端固定在第二通道703-5的外壳上使得油通道层701-4-1与第二通道703-5连通，所述散热单元出油口701-7一端固定在第四通道703-4的外壳上使得油通道层701-4-1与第四通道703-4连通。
本实施例中，所述进油连接箱701-1、出油连接箱701-5和芯体701-4均为铝制，所述进油连接箱701-1的端口上和出油连接箱701-5的端口上设有O型密封圈安装槽，所述芯体701-4采用铝板翅式结构，由多层油通道层701-4-1和空气通道层701-4-2真空钎焊而成，相对于传统翅片管内的扰流翅片，无焊渣，无焊剂，不会发生扰流翅片脱落问题，散热单元排放塞701-3和把手701-2为在线拆卸和安装所述散热单元提供了方便。所述总进油口703-1、介质流通框架703、散热单元安装座板703-8、散热单元防护板703-7、总出油口703-10、第一通道封板703-13和第二通道封板703-12等零部件均为铝制，各零部件焊接成一体。
本实施例中，所述总进油口703-1朝上，通过进油管4与变压器1的油箱的上部连通，所述总出油口703-10朝下，通过出油管2与变压器1的油箱的下部连通。所述换热器7通过设置在第二通道的外壳上和第四通道的外壳上的换热器安装座703-6固定在变压器1上。
本实施例中，所述进油管4上设有变压器出油温度传感器5和排气塞401，所述进油管与换热器7之间设有进油蝶阀6，所述出油管2上设有排油塞201和油流继电器14，所述出油管2与总出油口703-10之间设有油泵13，所述空气通道层701-4-2的进风处设有进风温度传感器3，所述风机10的出风处设有出风温度传感器9，所述变压器出油温度传感器5、进风温度传感器3和出风温度传感器9均与控制系统相连。本实施例的油流路径为：从变压器流出的高温冷却油经进油管、进油蝶阀流入换热器的介质流通框架703的第一通道上和第二通道，并通过焊接在第二通道上的散热单元安装座板的通油口分流进入并联的多组散热单元701进行热交换，冷却后的冷却油通过焊接第四通道上的散热单元安装座板的通油口汇流再次进入介质流通框架703的第四通道和第三通道，并依次经出油蝶阀12、油泵13、出油管2流回变压器。本实施例散热单元701横向设置，也就是说，第一通道703-2和第三通道703-9均为横向，第二通道703-5和第四通道703-4均为纵向，油流路径在散热单元内为横向流动，在换热器内整体为自上而下流动。
本实施例的风冷却器与变压器的安装接口与传统风冷却器保持一致，因采用换热器，并合理匹配高效低噪外转子轴流风机，在满足其它性能(传热、辅助功耗等)的前提下，相对于传统管翅式结构风冷却器，重量可降低50％以上，体积可减少25％以上；所述换热器采用多组散热单元，所述散热单元单件涉及重量一般不超过25kg，且安装在介质流通框架703的进风侧，这样就可实现不用借助大型起吊设备，人工就能在线安装拆卸所述散热单元，而不需拆卸整个风冷却器，极大地提高了风冷却器的可维护性。所述介质流通框架703全部采用铝合金材料焊接而成，相对于传统管翅式风冷却器油腔道采用普通钢材而言，在无油状态下，不会产生锈蚀现象，储存运输中不需要充气防腐。
一种本发明所述的输变电变压器用风冷却器的控制方法，监测变压器出油温度和空气通道层的进风温度，本实施例具体由变压器出油温度传感器5和进风温度传感器3监测得到，根据监测得到的温度值与变压器的额定工况出油温度和设计进风温度的关系，调节风机运行数量，控制冷却强度。
控制系统包括上述在线监测传感器监测数据的采集记录、存储等相关硬件设备，数据分析和指令软件，低温加热器以及照明灯具等，控制系统设置于控制箱11内，所述控制箱11安装在所述空气分流箱8下方。通过控制箱11，把风机10、传感器、处理器和执行机构整合起来。控制箱11内将风机运行数量设定为0、n1、n2、……ne多个级别，并内置风冷却器性能配套计算时获得的若干公式，经运算获得：
ni＝ne×(to1-ta1)/(toe-tae)
其中：
to1为实时出油温度；
toe为额定工况出油温度；
ta1为实时进风温度；
tae为设计进风温度；
ne为额定工况下风机运行数量；
ni为不同工况下风冷却器风机运行数量，不同工况下风机运行数量分别为0、n1、n2、……ne。
按上述公式，并设定合理逻辑，多级调节风机运行数量，实现对空气流量的控制，从而控制冷却强度，避免过度冷却。所述低温加热器，当环境温度(风冷却器进风温度)低于温度设定值时自动启动，大于环境温度设定值时自动停止，减少辅助功率消耗，降低噪音，提高了变压器对环境的适应能力，满足变压器节能、环保的要求。
以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。
Claims (10)
1.一种输变电变压器用风冷却器，包括换热器以及与换热器配合的风机，其特征在于：所述换热器包括两个以上散热单元，还包括进油腔和出油腔，所述进油腔处设有总进油口，所述出油腔处设有总出油口，所述散热单元包括散热单元进油口、芯体和散热单元出油口，所述芯体为板翅式结构，所述芯体包括间隔设置的油通道层和空气通道层，所述油通道层和空气通道层内均设有翅片，所述散热单元进油口与所述油通道层的一端连通，所述散热单元出油口与油通道层的另一端连通，所述的两个以上散热单元的散热单元进油口均与进油腔连通，所述的两个以上散热单元的散热单元出油口均与出油腔连通，所述进油腔通过进油管与变压器的出油口连通，所述出油腔通过出油管与变压器的回油口连通。
2.根据权利要求1所述的输变电变压器用风冷却器，其特征在于：所述散热单元包括芯体和分别设置在芯体两端的进油连接箱和出油连接箱，所述进油连接箱和出油连接箱均与油通道层连通，所述散热单元进油口设置于进油连接箱上，所述散热单元出油口设置于出油连接箱上，单个散热单元重量不大于25kg。
3.根据权利要求2所述的输变电变压器用风冷却器，其特征在于：所述芯体的油通道层内设有锯齿型翅片，所述芯体的空气通道层内设有波纹型翅片，所述锯齿型翅片的波高为2.5-6.5mm，所述波纹型翅片的波高为9-24mm。
4.根据权利要求3所述的输变电变压器用风冷却器，其特征在于：所述进油连接箱包括第一箱体和第一连接颈，所述第一连接颈的端口作为散热单元进油口，所述出油连接箱包括第二箱体和第二连接颈，所述第二连接颈的端口作为散热单元出油口，所述第一连接颈和第二连接颈均为90度弯折管状结构，使得所述散热单元进油口和散热单元出油口朝向散热单元的同一侧。
5.根据权利要求4所述的输变电变压器用风冷却器，其特征在于：所述进油腔包括相互连通的第一通道和第二通道，所述出油腔包括相互连通的第三通道和第四通道，所述第一通道、第二通道、第三通道和第四通道的壳体首尾依次垂直固定连接，形成矩形的介质流通框架，所述总进油口设置于第一通道的外壳上，所述总出油口设置于第三通道的外壳上，所述第一通道与第四通道之间以及第二通道与第三通道之间均设有通道封板，所述散热单元进油口一端固定在第二通道的外壳上使得油通道层与第二通道连通，所述散热单元出油口一端固定在第四通道的外壳上使得油通道层与第四通道连通。
6.根据权利要求5所述的输变电变压器用风冷却器，其特征在于：所述散热单元进油口外设有第一固定法兰，所述散热单元出油口外侧设有第二固定法兰，所述散热单元进油口通过第一固定法兰固定在第二通道的外壳上，所述散热单元出油口通过第二固定法兰固定在第四通道的外壳上，所述散热单元进油口的端面与第二通道的外壳之间以及散热单元出油口的端面与第四通道的外壳之间均设有O形密封圈，所述散热单元安装于介质流通框架的进风侧，所述冷却介质进入连接箱上设有散热单元排放塞，用于排放被冷却介质或气体，所述冷却介质进入连接箱和出油连接箱上均设有把手。
7.根据权利要求1至6中任意一项所述的输变电变压器用风冷却器，其特征在于：两个以上的风机设置于换热器的出风侧，所述风机与换热器之间设有空气分流箱，所述空气分流箱内设有至少一个分流隔板，所述分流隔板将空气分流箱内部空间分割为通风道，每个风机的位置与一个通风道对应。
8.根据权利要求7所述的输变电变压器用风冷却器，其特征在于：所述进油管上设有变压器出油温度传感器和排气塞，所述进油管与换热器之间设有进油蝶阀，所述出油管上设有排油塞和油流继电器，所述出油管与总出油口之间设有油泵，所述空气通道层的进风处设有进风温度传感器，所述风机的出风处设有出风温度传感器，所述变压器出油温度传感器、进风温度传感器和出风温度传感器均与控制系统相连，所述控制系统设置于控制箱内，所述控制箱内还设有低温加热器，所述控制箱固定于空气分流箱的下方。
9.一种权利要求1至8中任意一项所述的输变电变压器用风冷却器的控制方法，其特征在于：监测变压器出油温度和空气通道层的进风温度，根据监测得到的温度值与变压器的额定工况出油温度和设计进风温度的关系，调节风机运行数量，控制冷却强度。
10.根据权利要求9所述的输变电变压器用风冷却器的控制方法，其特征在于：根据以下公式调整风机运行数量：
ni＝ne×(to1-ta1)/(toe-tae)
其中，to1为变压器的实时出油温度；
toe为变压器的额定工况出油温度；
ta1为空气通道层的实时进风温度；
tae为空气通道层的设计进风温度；
ne为额定工况下风机运行数量；
ni为不同工况下风冷却器风机运行数量。
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