CN110783066A - 地源冷泵式温度控制变压器散热装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种地源冷泵式温度控制变压器散热装置，其包括变压器冷却油箱、地源冷泵机组、循环回路、温度控制系统，地源冷泵机组包括蒸发器和冷凝器，循环回路包括连通设置的地上循环回路部分和地下循环回路部分，地上循环回路部分设置在蒸发器和变压器冷却油箱之间，地下循环回路部分与冷凝器连接且两者置于地面以下；温度控制系统包括温度‑扬程控制系统以及分别安装在地上循环回路部分和地下循环回路部分上的两个冷却油循环泵和若干个温度传感器；温度‑扬程控制系统通过分析温度传感器传输的数据对冷却油循环泵的扬程进行调整以保证冷却油的温度正常。本发明在能耗、智能化程度、散效果等方面得到显著提高。
Description
技术领域
本发明属于电力工程技术领域，涉及一种变压器散热装置，尤其是一种地源冷泵式温度控制变压器散热装置。
背景技术
变压器运行时，绕组和铁心中的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。对室内小容量变压器，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。大容量变压器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，并采取油浸自冷、油浸风冷、强迫油循环冷却等冷却措施。
油浸自冷是大多数配电变压器和110kV及以下电力变压器常采用的方式，由于变压器容量较小，光滑油箱表面就足以将油冷却；如果需要油箱表面可以做成皱纹形以增加散热面，或加装片式或扁管散热器，使油在散热器中循环流动；大容量变压器油箱表面应加设辐射散热器。
油浸风冷是用鼓风机或小风扇将冷空气吹过散热器，以增强散热效果。这种冷却方式的变压器有两种额定容量。在自然通风下额定容量较小，在鼓风冷却下额定容量则较大。
强迫油循环冷却(强迫导向油循环风冷或水冷)(ODAF或ODWF)将热变压器油用油泵送往外部冷却器，通过吹风冷却或用水冷却，通常多为水冷却。该技术目前是针对高电压等级(330kV级及500kV级产品)变压器常用的冷却措施。
以上是目前变压器冷却措施常采用的措施，工程普及性较高，但也存在着诸多问题：
1、需要外部冷却装置给变压器油降温，冷却效率低。由于防火绝缘性等要求，变压器油在散热管路中需要和冷却风、冷却水等做到绝对意义的物理隔绝，由于热传导路径增多，变压器向低温热源散热效率低。
2、智能化程度低。传统的降温措施是当变压器油温超过一定阈值是启动油泵将其传送至外部冷却装置，需要人工操作或半智能化的操作手段进行控制。
3、能耗高。当变压器温度超过一定阈值时才会启动散热油泵，此时为了避免变压器油温过快增长，往往需要外部热交换加快，会采取很大的油泵扬程或者高档位的吹风机，能耗很大。
4、变压器寿命降低。由于物理降温速度慢，当变压器油温超过阈值时才启动降温，会使变压器在相当长的一段时间内维持在高温下工作，导致变压器的使用寿命周期降低。
发明内容
本发明的目的在于解决上述技术问题而提供一种能耗低、智能化程度高、一体化设计安装、全寿命周期成本低的地源冷泵式温度控制变压器散热装置。
为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
一种地源冷泵式温度控制变压器散热装置，包括变压器冷却油箱、地源冷泵机组和循环回路，地源冷泵机组包括蒸发器和冷凝器，循环回路包括连通设置的地上循环回路部分和地下循环回路部分，地上循环回路部分设置在蒸发器和变压器冷却油箱之间，地下循环回路部分与冷凝器连接且两者置于地面以下；
还包括温度控制系统，温度控制系统包括温度-扬程控制系统以及分别安装在地上循环回路部分和地下循环回路部分上的两个冷却油循环泵和若干个温度传感器；温度-扬程控制系统通过分析温度传感器传输的数据对冷却油循环泵的扬程进行调整以保证冷却油的温度正常。
进一步地，地上循环回路部分中冷却油由蒸发器流向变压器冷却油箱的管线为地上进液管线、冷却油由变压器冷却油箱流向蒸发器的管线为地上出液管线；地下循环回路部分中冷却油流入冷凝器的管线为地下进液管线、冷却油由冷凝器流出的管线为地下出液管线。
进一步地，在地上循环回路部分设有两个温度传感器且该两个温度传感器靠近变压器冷却油箱设置并分别位于地上进液管线和地上出液管线上；在地下循环回路部分设有两个温度传感器且该两个温度传感器靠近冷凝器设置并分别位于地下进液管线和地下出液管线上。
进一步地，在地上出液管线上沿着冷却油的流动方向依次设有蝶阀Ⅰ、止回阀Ⅰ、温度传感器Ⅰ、压力表Ⅰ和冷却油循环泵Ⅰ；在地上进液管线上沿着冷却油的流动方向依次设有冷却油过滤器Ⅰ、蝶阀Ⅱ、温度传感器Ⅱ、冷却油过滤器Ⅱ和蝶阀Ⅲ。
进一步地，在地上进液管线和地上出液管线之间还设有一检修蝶阀，该检修蝶阀一端设置在压力表Ⅰ和冷却油循环泵Ⅰ之间、另一端设置在冷却油过滤器Ⅰ和蝶阀Ⅱ之间。
进一步地，在地下循环回路部分上沿着冷却油的流动方向依次设有温度传感器Ⅲ、压力表Ⅱ、蝶阀Ⅳ、冷却油过滤器Ⅲ、冷却油循环泵Ⅱ、止回阀Ⅱ、蝶阀Ⅴ和温度传感器Ⅳ。
进一步地，在蝶阀Ⅳ和冷却油过滤器Ⅲ之间地下循环回路部分采用S形排列。
本发明的有益效果是：相比传统变压器散热装置，本发明提供的变压器散热装置在能耗、智能化程度、散效果等方面得到显著提高；提高了变压器的寿命及运维人员操作的便利性。
附图说明
图1为本发明地源冷泵式温度控制变压器散热装置的结构示意图；
图2为本发明中地上循环回路部分的结构示意图；
图3为本发明中地源冷泵机组的结构示意图；
图4为本发明中地下循环回路部分的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明：
参见图1至图4，一种地源冷泵式温度控制变压器散热装置包括变压器冷却油箱1、地源冷泵机组3、循环回路和温度控制系统；变压器冷却油箱1靠近变压器机组设置并用于为变压器机组散热降温；地源冷泵机组3包括蒸发器31和冷凝器32，循环回路包括连通设置的地上循环回路部分2和地下循环回路部分4，地上循环回路部分2设置在蒸发器31和变压器冷却油箱1之间，地下循环回路部分4与冷凝器32连接且两者置于地面以下；温度控制系统包括温度-扬程控制系统5以及分别安装在地上循环回路部分2和地下循环回路部分4上的两个冷却油循环泵和若干个温度传感器；温度-扬程控制系统包括处理器，处理器接收温度传感器采集的温度数据并对温度数据进行处理分析，将分析后的结果与预先设定的阈值进行对比，根据对比结果向冷却油循环泵发出指令并控制冷却油循环泵进行扬程调整以保证冷却油的温度正常。
地上循环回路部分2中内部冷却油由蒸发器31流向变压器冷却油箱1的管线为地上进液管线、内部冷却油由变压器冷却油箱1流向蒸发器31的管线为地上出液管线；地下循环回路部分中内部冷却油流入冷凝器的管线为地下进液管线、内部冷却油由冷凝器流出的管线为地下出液管线。
在地上循环回路部分2设有两个温度传感器且该两个温度传感器靠近变压器冷却油箱设置并分别位于地上进液管线和地上出液管线上；在地下循环回路部分4设有两个温度传感器且该两个温度传感器靠近冷凝器设置并分别位于地下进液管线和地下出液管线上。
在地上出液管线上沿着冷却油的流动方向依次设有蝶阀Ⅰ201、止回阀Ⅰ202、温度传感器Ⅰ203、压力表Ⅰ204和冷却油循环泵Ⅰ205；在地上进液管线上沿着冷却油的流动方向依次设有冷却油过滤器Ⅰ206、蝶阀Ⅱ207、温度传感器Ⅱ208、冷却油过滤器Ⅱ209和蝶阀Ⅲ210。
在地上进液管线和地上出液管线之间还设有一检修蝶阀211，该检修蝶阀211一端设置在压力表Ⅰ204和冷却油循环泵Ⅰ205之间、另一端设置在冷却油过滤器Ⅰ206和蝶阀Ⅱ207之间。
在地下循环回路部分4上沿着冷却油的流动方向依次设有温度传感器Ⅲ401、压力表Ⅱ402、蝶阀Ⅳ403、冷却油过滤器Ⅲ404、冷却油循环泵Ⅱ405、止回阀Ⅱ406、蝶阀Ⅴ407和温度传感器Ⅳ408。其中在蝶阀Ⅳ403和冷却油过滤器Ⅲ404之间地下循环回路部分采用S形排列，S形排列有利于快速散热。
本发明提供的地源冷泵式温度控制变压器散热装置在运行时具体的过程如下：
变压器机组开始运行，温度传感器Ⅰ203、温度传感器Ⅱ208实时监测变压器冷却油箱1进出口处油温变化，温度-扬程控制系统5实时将采样到的温度数据进行分析，并输出指令控制冷却油循环泵Ⅰ205在合适的扬程进行工作，冷却油循环泵Ⅰ205接收到温度—扬程控制系统5关于扬程变化的指令后开始执行扬程的增大或缩小的命令。特别的是温度传感器Ⅰ203检测到冷却油油温超过一定阈值或温度传感器Ⅰ203和温度传感器Ⅱ208检测到的油温差值超过一定阈值时，温度-扬程控制系统5发出警报，使冷却油循环泵Ⅰ205保持在较高扬程运转。冷却油循环泵Ⅰ205执行某个扬程调整的命令后，进入到地源冷泵机组3的冷却油数量将会变化，地源冷泵机组3将同步调整冷却油在地下循环回路部分4中的相关操作。
同样地，在地下循环回路部分4中，温度传感器Ⅲ401检测到冷却油油温超过一定阈值或温度传感器Ⅲ401和温度传感器Ⅳ408检测到的油温差值超过一定阈值时，将数据传输至温度-扬程控制系统5，由温度-扬程控制系统5分析是否需要修正冷却油循环泵Ⅱ405的扬程并将指令传输给冷却油循环泵Ⅱ405，远程遥控冷却油循环泵Ⅱ405调整扬程，由冷却油循环泵Ⅱ405驱动冷却油在地下循环回路部分4中循环的速度，并以此调节热交换的频率，从而控制油温变化。
从地下循环回路部分4中流出的冷却油再次进入地源冷泵机组3中，经地源冷泵机组3内的运转流回到变压器冷却油箱1，由温度传感器Ⅰ203再次采集温度实时数据并传输至温度-扬程控制系统5。重复以上步骤的操作，直至冷却油的油温恢复到正常水平。
根据计算可确定一个保持变压器油温在恒温时冷却油循环泵Ⅰ205、冷却油循环泵Ⅱ405的扬程值，在油温正常阶段可在此扬程下保持常态化的低功耗运行。
在循环回路中装设有冷却油过滤器Ⅰ206、冷却油过滤器Ⅱ209和冷却油过滤器Ⅲ404，三者的作用都是过滤冷却油中的有害杂质。
预设的压力表Ⅰ204和压力表Ⅱ402实时监测管路内的压力变化情况，并将压力数据传输给温度-扬程控制系统5进行分析，当压力异常时将信号反馈给运维人员进行检修。
在循环回路中除了检修蝶阀211起到检修功能外，其他蝶阀主要作用均是控制冷却油的流入和流出。当整个循环回路中压力表Ⅰ204、压力表Ⅱ402与循环回路按沿程损失计算值不符时，说明循环回路中可能存在冷却油渗漏的可能性，可以通过控制整个循环回路中的蝶阀确定具体渗漏点。
地源冷泵机组3与循环回路采用软连接33，软连接33是一种能实现软管道和硬度较大的地源冷泵机组柔性连接的过渡件，耐用性较强。
综上所述，本发明的内容并不局限在上述的实施例中，本领域的技术人员可以在本发明的技术指导思想之内提出其他的实施例，但这些实施例都包括在本发明的范围之内。
Claims (7)
1.一种地源冷泵式温度控制变压器散热装置，包括变压器冷却油箱、地源冷泵机组和循环回路，其特征在于，地源冷泵机组包括蒸发器和冷凝器，循环回路包括连通设置的地上循环回路部分和地下循环回路部分，地上循环回路部分设置在蒸发器和变压器冷却油箱之间，地下循环回路部分与冷凝器连接且两者置于地面以下；
还包括温度控制系统，温度控制系统包括温度-扬程控制系统以及分别安装在地上循环回路部分和地下循环回路部分上的两个冷却油循环泵和若干个温度传感器；温度-扬程控制系统通过分析温度传感器传输的数据对冷却油循环泵的扬程进行调整以保证冷却油的温度正常。
2.根据权利要求1所述的地源冷泵式温度控制变压器散热装置，其特征在于，地上循环回路部分中冷却油由蒸发器流向变压器冷却油箱的管线为地上进液管线、冷却油由变压器冷却油箱流向蒸发器的管线为地上出液管线；地下循环回路部分中冷却油流入冷凝器的管线为地下进液管线、冷却油由冷凝器流出的管线为地下出液管线。
3.根据权利要求2所述的地源冷泵式温度控制变压器散热装置，其特征在于，在地上循环回路部分设有两个温度传感器且该两个温度传感器靠近变压器冷却油箱设置并分别位于地上进液管线和地上出液管线上；在地下循环回路部分设有两个温度传感器且该两个温度传感器靠近冷凝器设置并分别位于地下进液管线和地下出液管线上。
4.根据权利要求2所述的地源冷泵式温度控制变压器散热装置，其特征在于，在地上出液管线上沿着冷却油的流动方向依次设有蝶阀Ⅰ、止回阀Ⅰ、温度传感器Ⅰ、压力表Ⅰ和冷却油循环泵Ⅰ；在地上进液管线上沿着冷却油的流动方向依次设有冷却油过滤器Ⅰ、蝶阀Ⅱ、温度传感器Ⅱ、冷却油过滤器Ⅱ和蝶阀Ⅲ。
5.根据权利要求4所述的地源冷泵式温度控制变压器散热装置，其特征在于，在地上进液管线和地上出液管线之间还设有一检修蝶阀，该检修蝶阀一端设置在压力表Ⅰ和冷却油循环泵Ⅰ之间、另一端设置在冷却油过滤器Ⅰ和蝶阀Ⅱ之间。
6.根据权利要求1-5中任一项所述的地源冷泵式温度控制变压器散热装置，其特征在于，在地下循环回路部分上沿着冷却油的流动方向依次设有温度传感器Ⅲ、压力表Ⅱ、蝶阀Ⅳ、冷却油过滤器Ⅲ、冷却油循环泵Ⅱ、止回阀Ⅱ、蝶阀Ⅴ和温度传感器Ⅳ。
7.根据权利要求6所述的地源冷泵式温度控制变压器散热装置，其特征在于，在蝶阀Ⅳ和冷却油过滤器Ⅲ之间地下循环回路部分采用S形排列。
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