CN110906769B - 一种基于相变介质的蒸发冷却电力变压器冷凝器装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于相变介质的蒸发冷却电力变压器冷凝器装置，蒸发冷却电力变压器的箱体内充满具有相变特点的液态绝缘冷却介质，冷凝器装置与箱体相连通，包括储液罐，其包括可容置具有相变特点的液态绝缘冷却介质的储液空间及位于储液空间上方的供绝缘冷却介质受热膨胀及形成蒸汽的蒸汽空间；进液管道和出液管道，用于连通箱体和储液空间；散热器，与蒸汽空间相连通，用于对蒸汽进行冷凝形成冷凝液并回流至储液空间；压力阻尼器，与散热器相连通，用于调节控制蒸发冷却电力变压器的运行压力。通过实施本发明，使绝缘冷却介质蒸汽能及时有效冷凝后回流到箱体内，实现绝缘冷却介质蒸发—冷凝—蒸发自循环，并确保蒸发冷却电力变压器可靠稳定运行。

Description

一种基于相变介质的蒸发冷却电力变压器冷凝器装置
技术领域
本发明涉及变压器技术领域，尤其涉及一种基于相变介质的蒸发冷却电力变压器冷凝器装置。
背景技术
当前使用的35kV及以上液浸式电力变压器主要为油浸式电力变压器。油浸式电力变压器通过矿物绝缘油或高燃点油或植物油等液态绝缘冷却介质的对流、传导等传统的散热手段进行冷却。当油浸式电力变压器变压器运行时，变压器温度上升，通过安装在变压器箱体上的片式散热器散热，同时液态绝缘冷却介质受热膨胀，通过变压器箱体上部的油枕调节箱体内压力。
油浸式电力变压器的油枕及散热器结构无法满足蒸发冷却电力变压器内部绝缘冷却介质蒸发—冷凝—蒸发的自循环需求。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于，针对现有液浸式电力变压器散热技术中液浸式电力变压器箱体内必须充满绝缘冷却介质的冷却结构，无法满足蒸发冷却电力变压器内部绝缘冷却介质蒸发——冷凝——蒸发的自循环需求，提供一种新型的基于相变介质的蒸发冷却电力变压器冷凝器装置。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种基于相变介质的蒸发冷却电力变压器冷凝器装置，所述蒸发冷却电力变压器的箱体内充满具有相变特点的液态绝缘冷却介质，所述冷凝器装置与所述箱体相连通，所述冷凝器装置包括：
储液罐，所述储液罐包括可容置具有相变特点的液态绝缘冷却介质的储液空间、以及位于所述储液空间上方的供绝缘冷却介质受热膨胀及形成蒸汽的蒸汽空间；
进液管道和出液管道，用于连通所述箱体和所述储液空间；
散热器，与所述蒸汽空间相连通，用于对蒸汽进行冷凝形成冷凝液，并回流至所述储液空间；
压力阻尼器，与所述散热器相连通，用于调节控制所述蒸发冷却电力变压器的运行压力。
优选地，在本发明所述的基于相变介质的蒸发冷却电力变压器冷凝器装置中，所述储液空间为所述蒸发冷却电力变压器停运且所处环境温度为年最低温度时，可供绝缘冷却介质液面位于所述储液罐中间位置的空间。
优选地，在本发明所述的基于相变介质的蒸发冷却电力变压器冷凝器装置中，所述储液空间对应的所述储液罐侧部开设有进液口，底部开设有出液口；
所述进液口通过所述进液管道与所述箱体顶部相连通，所述出液口通过所述出液管道与所述箱体底部相连通。
优选地，在本发明所述的基于相变介质的蒸发冷却电力变压器冷凝器装置中，所述进液口的位置高于所述出液口的位置，所述储液罐的内底面向所述出液口方向倾斜。
优选地，在本发明所述的基于相变介质的蒸发冷却电力变压器冷凝器装置中，所述散热器包括散热器主体、所述散热器主体和所述蒸汽空间相连通的进气管道、以及所述散热器主体和所述储液罐底部相连通的第一回流管道；
所述蒸汽空间的蒸汽通过所述进气管道进入到所述散热器主体进行冷凝，释放热量，冷凝液通过所述第一回流管道回流至所述储液罐底部。
优选地，在本发明所述的基于相变介质的蒸发冷却电力变压器冷凝器装置中，所述冷凝器装置还包括用于指示所述储液罐中绝缘冷却介质液位的液位计；
所述液位计的一端与所述储液空间相连通，另一端与所述散热器和所述压力阻尼器之间的管道相连通。
优选地，在本发明所述的基于相变介质的蒸发冷却电力变压器冷凝器装置中，所述压力阻尼器还用于对所述散热器未及时冷凝的蒸汽进行冷凝形成冷凝液；
所述冷凝器装置还包括所述压力阻尼器和所述储液罐底部相连通的第二回流管道，用于回流冷凝液至所述储液罐底部。
优选地，在本发明所述的基于相变介质的蒸发冷却电力变压器冷凝器装置中，所述冷凝器装置还包括与所述压力阻尼器相连接的压力传感器，用于监测所述蒸发冷却电力变压器的内部压力。
优选地，在本发明所述的基于相变介质的蒸发冷却电力变压器冷凝器装置中，所述冷凝器装置还包括与所述压力阻尼器相连接的压力释放阀，用于所述蒸发冷却电力变压器的内部压力超出安全设计值范围时，通过开启释放压力以保护所述蒸发冷却电力变压器的安全。
通过实施本发明，具有以下有益效果：
本发明提出了一种基于相变介质的蒸发冷却电力变压器冷凝器装置，通过在蒸发冷却电力变压器箱体上部安装冷凝器装置，使绝缘冷却介质蒸汽能及时有效冷凝，变为液体后再回流到箱体内，实现绝缘冷却介质蒸发—冷凝—蒸发的自循环，同时将蒸发冷却电力变压器运行产生的热量传递到外部，进行散热，并确保蒸发冷却电力变压器在各工况下运行时内部压力控制在安全设计值范围内，确保蒸发冷却电力变压器可靠、稳定运行。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
图1是本发明基于相变介质的蒸发冷却电力变压器冷凝器装置的正视图；
图2是本发明基于相变介质的蒸发冷却电力变压器冷凝器装置的侧视图；
图3是本发明基于相变介质的蒸发冷却电力变压器冷凝器装置的俯视图。
具体实施方式
为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本发明的具体实施方式。
由于现有液浸式电力变压器的散热结构无法满足蒸发冷却电力变压器内部绝缘冷却介质蒸发—冷凝—蒸发的自循环需求，因此需要根据蒸发冷却电力变压器绝缘冷却介质相变的特点，重新设计满足绝缘冷却介质蒸发—冷凝—蒸发自循环需求的专用冷凝器装置。
如图1-3所示，本发明构造了一种基于相变介质的蒸发冷却电力变压器冷凝器装置，蒸发冷却电力变压器的箱体内充满具有相变特点的液态绝缘冷却介质。相变是指从一种物理相态转变为另一种物理相态的过程。该具有相变特点的液态绝缘冷却介质在正常情况下为液相，当受热后会蒸发，转变为汽相。
在本实施例中，冷凝器装置2与箱体相连通，该冷凝器装置2包括：储液罐20、进液管道21、出液管道22、散热器23以及压力阻尼器24。
对于储液罐20，其包括可容置具有相变特点的液态绝缘冷却介质的储液空间202、以及位于储液空间202上方的供绝缘冷却介质受热膨胀及形成蒸汽的蒸汽空间203。其中，储液空间202为蒸发冷却电力变压器停运且所处环境温度为年最低温度时，可供绝缘冷却介质液面位于储液罐20中间位置的空间。在一些实施例中，绝缘冷却介质液面可位于储液罐20中间以上或以下的位置处，只要满足能够高于蒸发冷却电力变压器套管升高座顶部，并与箱体完成对流循环，且在储液罐20内部上端保证留有一定体积的空腔，作为绝缘冷却介质受热膨胀及形成蒸汽的蒸汽空间203即可。
对于进液管道21和出液管道22，其用于连通箱体和储液空间202。其中，相应地，储液空间202对应的储液罐20侧部开设有进液口200，底部开设有出液口201，进液口200通过进液管道21与箱体顶部相连通，出液口201通过出液管道22与箱体底部相连通，保证储液罐内的绝缘冷却介质可以与蒸发冷却电力变压器箱体内的绝缘冷却介质形成对流循环。并且，进液管道21和出液管道22存在位置上的高度差，即进液口200的位置高于出液口201的位置，同时储液罐20的内底面不平行于底面而是有一定的倾斜角度，内底面向出液口201方向倾斜，便于绝缘冷却介质流动和减少绝缘冷却介质的用量。
在其他一些实施例中，为了维修方便，可在进液管道21和出液管道22上设置阀门，当需要维修时，可通过关闭阀门阻断箱体与储液罐20的联通。并且，为了储液罐20的拆卸方便，也可在储液罐20底部设置阀门，通过开启阀门放出储液罐20中的液体，在此不再赘述。
对于散热器23，其与蒸汽空间203相连通，用于对蒸汽进行冷凝形成冷凝液，并回流至储液空间202。具体地，该散热器23包括散热器主体230、与散热器主体230和蒸汽空间203相连通的进气管道231、以及与散热器主体230和储液罐20底部相连通的第一回流管道232。蒸汽空间203的蒸汽通过进气管道231进入到散热器主体230进行冷凝，释放热量，冷凝液通过第一回流管道232回流至储液罐20底部。在一些实施例中，散热器可以是片式散热器。
对于压力阻尼器24，其与散热器23相连通，用于调节控制蒸发冷却电力变压器的运行压力。在一些实施例中，压力阻尼器24还用于对散热器23未及时冷凝的蒸汽进行冷凝形成冷凝液，因此该冷凝器装置2还包括与压力阻尼器24和储液罐20底部相连通的第二回流管道26，用于回流冷凝液至储液罐20底部，进一步实现绝缘冷却介质蒸发—冷凝—蒸发的自循环。
为了读取储液罐20中绝缘冷却介质的液位，设计了液位计25，液位计25的一端与储液空间202相连通，另一端与散热器23和压力阻尼器24之间的管道相连通。在一些实施例中，液位计25为静压式液位计或磁翻板式液位计。
为了对蒸发冷却电力变压器的内部压力进行监测，本发明的冷凝器装置2还包括与压力阻尼器24相连接的压力传感器27，用于监测蒸发冷却电力变压器的内部压力。同时，为了防止蒸发冷却电力变压器内部运行压力过大，还设计了与压力阻尼器24相连接的压力释放阀28，用于蒸发冷却电力变压器的内部压力超出安全设计值范围时，通过开启释放压力以保护蒸发冷却电力变压器的安全。在一些实施例中，可通过压力传感器27监测到蒸发冷却电力变压器的内部压力超出安全设计值范围时，发送信号至控制装置，控制装置控制开启压力释放阀28。
具体的，蒸发冷却电力变压器内部绝缘冷却介质注液高度到达储液罐20中间位置，储液罐20内部上端留有一定体积的空腔，作为绝缘冷却介质受热膨胀及形成蒸汽的蒸汽空间203。蒸发冷却电力变压器运行时，具有相变特点的绝缘冷却介质吸热相变，蒸发转变成蒸汽，蒸汽经由进液管道21进入到储液罐20，再经由进气管道231道进入到散热器23中进行冷凝，释放热量，同时散热器23通过热交换将热量散发到空气中，冷凝的液体通过第一回流管道232回流到储液罐20底部，再通过出液管道22流回到蒸发冷却电力变压器箱体重新参与散热。随环境温度的升高或变压器负荷的增加，蒸发冷却电力变压器运行温度升高，汽化的绝缘冷却介质增加，未及时冷凝的蒸汽经过散热器23和压力阻尼器24的连接管道进入到压力阻尼器24内部，通过压缩更进一步的冷凝，冷凝的液体经通过第二回流管道26流回储液罐20底部，再通过出液管道22流回到蒸发冷却电力变压器箱体，形成对流，重新参与散热。
当蒸发冷却电力变压器在特殊工况时，绝缘冷却介质冷凝速率低于汽化速率，且压力阻尼器24达到极限，蒸发冷却电力变压器的内部压力超出安全设计值时，压力释放阀28开启，释放压力以保护蒸发冷却电力变压器的安全。
在一些实施例中，可通过螺丝或螺栓等可拆卸连接的方式，将安装支架固定在箱盖上，或可通过焊接等固定连接方式，将安装支架固定在箱盖或箱壁上，安装支架承托该蒸发冷却电力变压器冷凝器装置位于箱体的上方。
综上所述，本发明提出了一种基于相变介质的蒸发冷却电力变压器冷凝器装置，通过在蒸发冷却电力变压器箱体上部安装冷凝器装置，使绝缘冷却介质蒸汽能及时有效冷凝，变为液体后再回流到箱体内，实现绝缘冷却介质蒸发—冷凝—蒸发的自循环，同时将蒸发冷却电力变压器运行产生的热量传递到外部，进行散热，并确保蒸发冷却电力变压器在各工况下运行时内部压力控制在安全设计值范围内，确保蒸发冷却电力变压器可靠、稳定运行。
本发明是通过具体实施例进行说明的，本领域技术人员应当明白，在不脱离本发明范围的情况下，还可以对本发明进行各种变换和等同替代。另外，针对特定情形或具体情况，可以对本发明做各种修改，而不脱离本发明的范围。因此，本发明不局限于所公开的具体实施例，而应当包括落入本发明权利要求范围内的全部实施方式。

Claims (9)

1.一种基于相变介质的蒸发冷却电力变压器冷凝器装置，其特征在于，所述蒸发冷却电力变压器的箱体内充满具有相变特点的液态绝缘冷却介质，所述冷凝器装置(2)与所述箱体相连通，所述冷凝器装置(2)包括：
储液罐(20)，所述储液罐(20)包括可容置具有相变特点的液态绝缘冷却介质的储液空间(202)、以及位于所述储液空间(202)上方的供所述箱体内的绝缘冷却介质受热膨胀及形成蒸汽的蒸汽空间(203)；
进液管道(21)，用于连通所述箱体顶部和所述蒸汽空间，用于供所述箱体内具有相变特点的液态绝缘冷却介质吸热相变产生的蒸汽进入到所述蒸汽空间(203)；
出液管道(22)，用于连通所述箱体底部和所述储液空间(202)，以供所述储液空间(202)内的液态绝缘冷却介质与所述箱体内的液态绝缘冷却介质形成对流循环；
散热器(23)，与所述蒸汽空间(203)相连通，用于对蒸汽进行冷凝形成冷凝液，并回流至所述储液空间(202)；
压力阻尼器(24)，与所述散热器(23)相连通，用于调节控制所述蒸发冷却电力变压器的运行压力。
2.根据权利要求1所述的基于相变介质的蒸发冷却电力变压器冷凝器装置，其特征在于，所述储液空间(202)为所述蒸发冷却电力变压器停运且所处环境温度为年最低温度时，可供绝缘冷却介质液面位于所述储液罐(20)中间位置的空间。
3.根据权利要求1所述的基于相变介质的蒸发冷却电力变压器冷凝器装置，其特征在于，所述储液空间(202)对应的所述储液罐(20)侧部开设有进液口(200)，底部开设有出液口(201)；
所述进液口(200)通过所述进液管道(21)与所述箱体顶部相连通，所述出液口(201)通过所述出液管道(22)与所述箱体底部相连通。
4.根据权利要求3所述的基于相变介质的蒸发冷却电力变压器冷凝器装置，其特征在于，所述进液口(200)的位置高于所述出液口(201)的位置，所述储液罐(20)的内底面向所述出液口(201)方向倾斜。
5.根据权利要求1所述的基于相变介质的蒸发冷却电力变压器冷凝器装置，其特征在于，所述散热器(23)包括散热器主体(230)、与所述散热器(23)主体和所述蒸汽空间(203)相连通的进气管道(231)、以及与所述散热器(23)主体和所述储液罐(20)底部相连通的第一回流管道(232)；
所述蒸汽空间(203)的蒸汽通过所述进气管道(231)进入到所述散热器(23)主体进行冷凝，释放热量，冷凝液通过所述第一回流管道(232)回流至所述储液罐(20)底部。
6.根据权利要求1所述的基于相变介质的蒸发冷却电力变压器冷凝器装置，其特征在于，所述冷凝器装置(2)还包括用于指示所述储液罐(20)中绝缘冷却介质的液位的液位计(25)；
所述液位计(25)的一端与所述储液空间(202)相连通，另一端与所述散热器(23)和所述压力阻尼器(24)之间的管道相连通。
7.根据权利要求1所述的基于相变介质的蒸发冷却电力变压器冷凝器装置，其特征在于，所述压力阻尼器(24)还用于对所述散热器(23)未及时冷凝的蒸汽进行冷凝形成冷凝液；
所述冷凝器装置(2)还包括所述压力阻尼器(24)和所述储液罐(20)底部相连通的第二回流管道(26)，用于回流冷凝液至所述储液罐(20)底部。
8.根据权利要求1所述的基于相变介质的蒸发冷却电力变压器冷凝器装置，其特征在于，所述冷凝器装置(2)还包括与所述压力阻尼器(24)相连接的压力传感器(27)，用于监测所述蒸发冷却电力变压器的内部压力。
9.根据权利要求1所述的基于相变介质的蒸发冷却电力变压器冷凝器装置，其特征在于，所述冷凝器装置(2)还包括与所述压力阻尼器(24)相连接的压力释放阀(28)，用于所述蒸发冷却电力变压器的内部压力超出安全设计值范围时，通过开启释放压力以保护所述蒸发冷却电力变压器的安全。
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