CN112038959B - 一种箱式变电站 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种箱式变电站，包括箱体和变压器，变压器设置在箱体内，箱式变电站还包括引风机、送气管和排气管，引风机置于箱体外，引风机进口连接大气，引风机出口通过送气管连接设置于箱体内的排气管，排气管上设有若干排气口，箱体侧面或顶面设置若干通风出气口。送气管的中段埋设于地下，送气管埋设于地下的部分均具有斜度，在送气管的最低点处设置连接管内与外部土壤的排水阀，排气管上设置若干泄放阀，泄放阀作为排气管的排气口。送气管中段内填充有金属丝絮。送气管中段包括一段盘管，在气流路径上，盘管位于排水阀与引风机之间。引风机进口设有除尘组件。

Description

一种箱式变电站

技术领域

本发明涉及变电站领域，具体是一种箱式变电站。

背景技术

箱式变电站是一种电网的末端变压设备，常常设置在用户场所的一旁，从电网上获取高压电后进行变压然后输送给用户端直接使用。

现有技术中，箱式变电站对于安装环境有严苛的要求，其中的防潮与防尘大多通过设置位置的选择来调控，限制了箱式变电站的使用地。在湿气较大的环境下使用箱式变电站容易导致危险，而灰尘进入箱体后，也可能粘附于变压器上影响设备性能。箱式变电站需要完善的散热方式来带走运行时的热量，而现有技术中都只是将外部的空气引入箱体内进行散热，在夏天时，周围环境空气温度较高，散热效果不佳，需要大大提高送风量。

发明内容

本发明的目的在于提供一种箱式变电站，以解决现有技术中的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种箱式变电站，包括箱体和变压器，变压器设置在箱体内，箱式变电站还包括引风机、送气管和排气管，引风机置于箱体外，引风机进口连接大气，引风机出口通过送气管连接设置于箱体内的排气管，排气管上设有若干排气口，箱体侧面或顶面设置若干通风出气口。

箱体内变压器运行时散发的热量需要及时带走，通过引风机从外界往箱体内引入新鲜空气，并从通风出气口排出，带有工作时的热量，有效保证变压器稳定运行。引风机经由送气管输送的空气可以通过排气管有目的地吹向一些特定位置，例如大热量的位置，设置方式与角度可以灵活易调。

进一步的，送气管的中段埋设于地下，送气管埋设于地下的部分均具有斜度，在送气管的最低点处设置连接管内与外部土壤的排水阀，排气管上设置若干泄放阀，泄放阀作为排气管的排气口。

加入泄放阀后，送气管内会有憋压，即送气管内气体的压力高于外界大气压，高于外界压力的数值与泄放阀的开度相关，此处默认引风机的出风压力可以随着背压升高而升高，相当于将引风机作为压缩机使用，在送气管内的憋压只是大气压的数倍之内时，常见的风机即可满足使用需求。

空气从进入引风机至从泄放阀排出过程的热力变化过程，先行忽略掉热力过程析水，以全干空气为对象进行分析：

将泄放阀的开度调小，可以增大送气管内憋压，即引风机的出气压力高度大气压一定数值，成为用于变电站散热用空气的压缩过程，压缩过程较快，空气在引风机内与外界的热量交换较少，近似认为为绝热压缩过程，经历绝热压缩过程后，空气温度升高、压力升高、体积减小，压缩后的气体在送气管内流动，由于温度较高且周围是土壤，土壤温度在夏天时是低于空气温度的，而夏天也是变电站最需要散热的时节，压缩后的气体在送气管中段经历定压降温过程，以送气管内憋压进行稳压，然后等压降温过程，压力不变，温度降低，单位摩尔数量的空气的体积减少，之后气体流动至排气管内，在泄放阀处经历快速的泄放过程，由于泄放短暂且没有辅助热量交换，所以，近似认为是绝热膨胀过程，气体温度进一步降低、压力降低、体积增大。相比于空气只是流经地下然后直接出流往箱体内，先行压缩，再行膨胀的换热过程可以使得用于散热的空气温度降低幅度较大，没有憋压而只是散热空气流经地下，由于地面空气与土壤温度的温差有限，所以换热量有限，虽然温度相比于直接将室温空气吹往箱体内进行散热已经降低了，但幅度不大，而使用本发明的结构，通过在排气管出口上设置泄放阀从而让送气管内存在憋压，空气先行压缩升温后，增大气体与土壤的温度差，从而增大换热量，之后进行绝热膨胀进一步降低温度，从而让吹进箱体内的散热空气温度大大低于箱体外的室温空气，冷空气对箱体内的变压器进行散热，散热效果良好。

再进一步的分析散热空气的水分状况：

当变电站周围环境的湿度较大时，其水汽分压可能处于饱和蒸气压曲线右侧附近，水汽分压根据气体中水分含量（即湿度），等比例取自气体总压，如果让这种状态的空气进入箱体内，很可能对变压器的电气部分产生不利影响，而通过本发明，在压缩过程上以及等压降温过程时，水汽达到饱和分压，接触上饱和蒸气压曲线时开始析出水分并沿着饱和蒸气压曲线移动，析出的液态水积攒在送气管的最低点，定期打开排水阀进行排水，绝热膨胀阶段所对应的湿度分压曲线，会让湿度分压重新离开饱和蒸气压曲线，在室温附近处的饱和蒸气压曲线较为平坦，所以，可以很方便地让湿度分压斜度大于饱和蒸气压曲线在此处的斜度，远离饱和蒸气压曲线后，散热空气在箱体内也就不容易析出水分了，充分保护变压器等电气部件。

作为优化，送气管中段包括一段盘管，在气流路径上，盘管位于排水阀与引风机之间。

盘管增加空气在地下的存留长度与时间，增大与土壤的换热量。

作为优化，盘管外表设有若干换热片。换热片增大送气管与土壤的接触面积，从而能让送气管与土壤温度更加接近，为送气管内提供更贴近土壤温度的换热表面。送气管整段包括盘管、换热片选用铜材质或铝材质导热效果更佳。

作为优化，送气管中段内填充有金属丝絮。金属丝絮存在在送气管内后，空气流经送气管内时具有大大增加的换热面积，可以使得热力过程S2的降温更多，而且，如果空气在送气管内析出水分，那么金属丝絮也是为析出的水分提供一个附着点，使得析出充分，并且，阻止送气管的上升段内气流上升时裹挟一部分雾状水汽达到排气管内，起到阻水的作用。金属丝絮可以是纤细的金属丝揉搓成的若干个小球投放在送气管内，也可以是多孔金属制成的圆柱条段插放在送气管内。

作为优化，引风机进口设有除尘组件。除尘组件可以除去空气中的灰尘，防止其进入箱体内脏乱变压器环境或者进入送气管内产生内壁附着与灰尘堆积。

进一步的，引风机进气口竖直朝上，除尘组件包括外管、螺旋片、内管，外管、螺旋片、内管的轴线均竖直，内管的下端连接至引风机进气口，内管上端敞开，外管上下端敞开，外管下部套设在内管上部，外管上部管内设置螺旋片，螺旋片固定在外管内壁上。

从外管上端被吸入的空气，被螺旋片压迫成螺旋状前进，继而由于离心作用，空气中的灰尘等颗粒物旋转至外圈贴紧在外管的内壁上，从而无法从内管上端进入至引风机的进气口处，灰尘等颗粒物沿着外管内壁下落直至从外管下端排出除尘组件，从内管上端进入的空气是经历过一次除尘的空气了，而通过此种形式的除尘结构，可以大大减小进风阻力，以较小的进风阻力获得较大的除尘效果。外管可以是外部的一个支架托举在内管上端，也可以是通过几根支架杆直接与内管固定在一起。

作为优化，变压器的若干铁芯绕一竖直轴线呈圆周阵列排布，箱体为圆柱体，排气管为环状并置于箱体的底部，排气管上作为排气口的泄放阀也呈圆周均布，通风出气口位于箱体侧面顶部。

一般输电线缆是三相的，变压器需要三个铁芯进行分相变压，在一些末端用电场合，可能只配备了两相电，需要的铁芯数量会降低，总之，根据具体设备使用地的需求，将变压器的铁芯环形阵列。铁芯环形阵列后，散热均匀。

作为优化，泄放阀的出气方向为倾斜朝上且倾斜方向相同。螺旋上升的气流，与铁芯的接触更加充分，散热效果更佳。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明通过引风机往箱体内送入大量的用于散热的空气；送气管的大部分埋设于地下，可以使用地冷进行换热，降低进入箱体内空气的温度；散热空气在排气管末端通过泄放阀排出，从而在送气管以及排气管内压力高于周围大气，散热空气经由引风机进入送气管时先行被压缩，温度升高后进入地下进行换热，高压低温环境除去散热空气中的水分，并截留下来，末尾从泄放阀膨胀泄放而出的空气是进一步的低温低湿度的空气，不仅散热效果充分，而且可靠保护箱体内的电气部件；引风机入口的除尘组件可以大比例地除去散热空气中的灰尘与颗粒物，防止进入后续送气管或箱体内造成灰尘污染，除尘组件的进气阻力较低，不影响进气风量。

附图说明

为了使本发明的内容更容易被清楚地理解，下面根据具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明。

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明的流程示意图；

图3为本发明用于冷却的空气的热力状态变化PT图；

图4为本发明用于冷却的空气的热力状态变化PV图；

图5为本发明除尘组件的结构示意图；

图6为本发明变压器铁芯呈环形阵列排布时箱体内空气的流动示意图。

图中：1-箱体、2-变压器、3-引风机、4-送气管、41-盘管、42-换热片、5-排水阀、6-排气管、7-泄放阀、8-除尘组件、81-外管、82-螺旋片、83-内管、84-支架杆。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，箱式变电站，包括箱体1和变压器2，变压器2设置在箱体1内，箱式变电站还包括引风机3、送气管4和排气管6，引风机3置于箱体1外，引风机3进口连接大气，引风机3出口通过送气管4连接设置于箱体1内的排气管6，排气管6上设有若干排气口，箱体1侧面或顶面设置若干通风出气口。

箱体1内变压器2运行时散发的热量需要及时带走，通过引风机3从外界往箱体1内引入新鲜空气，并从通风出气口排出，带有工作时的热量，有效保证变压器2稳定运行。引风机3经由送气管4输送的空气可以通过排气管6有目的地吹向一些特定位置，例如大热量的位置，设置方式与角度可以灵活易调。

如图1、2所示，送气管4的中段埋设于地下，送气管4埋设于地下的部分均具有斜度，在送气管4的最低点处设置连接管内与外部土壤的排水阀5，排气管6上设置若干泄放阀7，泄放阀7作为排气管6的排气口。

加入泄放阀7后，送气管4内会有憋压，即送气管4内气体的压力高于外界大气压，高于外界压力的数值与泄放阀7的开度相关，此处默认引风机3的出风压力可以随着背压升高而升高，相当于将引风机3作为压缩机使用，在送气管4内的憋压只是大气压的数倍之内时，常见的风机即可满足使用需求。

如图3、4所示，是空气从进入引风机3至从泄放阀7排出过程的热力变化过程图，图3为压力-温度关系图，图4为压力-体积关系图，其中图3上额外绘制了饱和蒸气压的曲线作为后续的析出水分的分析依据，一些节点上直接写入了具体数值，例如空气起始状态近似为常压101.3kPa、室温25℃，室温下水的饱和蒸气压为3.17kPa，意义为在此温度下，如果气体中水汽的分压高于此数值时，将析出液态水，气体中水汽的分压与空气湿度相关，湿度越大，含水量越大，则分压越高，越容易析出水分，其余的特征数值还有：100℃时水的饱和蒸气压为101.3kPa，水的临界温度约为373℃，即水温高于此温度后，不管环境压力多高，水也无法保持液态而变为气态，在图3的PT图上，空气中水汽分压位于饱和蒸气压曲线左侧时，析出水分，位于右侧时，保持气态。

下面，根据图3、4进行散热空气的热力变化过程分析，先行忽略掉热力过程析水，以全干空气为对象进行分析：

将泄放阀7的开度调小，可以增大送气管4内憋压，即引风机3的出气压力高度大气压一定数值，成为用于变电站散热用空气的压缩过程，压缩过程较快，空气在引风机3内与外界的热量交换较少，近似认为为绝热压缩过程，图3、4中的热力变化过程S1，经历绝热压缩过程S1后，空气温度升高、压力升高、体积减小，压缩后的气体在送气管4内流动，由于温度较高且周围是土壤，土壤温度在夏天时是低于空气温度的，而夏天也是变电站最需要散热的时节，压缩后的气体在送气管4中段经历定压降温过程，以送气管4内憋压进行稳压，然后等压降温过程在图3、4上显示为过程S2，压力不变，温度降低，单位摩尔数量的空气的体积减少，之后气体流动至排气管6内，在泄放阀7处经历快速的泄放过程，由于泄放短暂且没有辅助热量交换，所以，近似认为是绝热膨胀过程，显示为图3、4上的过程S3，过程S3后，气体温度进一步降低、压力降低、体积增大。相比于空气只是流经地下然后直接出流往箱体1内，先行压缩，再行膨胀的换热过程可以使得用于散热的空气温度降低幅度较大，没有憋压而只是散热空气流经地下，由于地面空气与土壤温度的温差有限，所以换热量有限，虽然温度相比于直接将室温空气吹往箱体1内进行散热已经降低了，但幅度不大，而使用本发明的结构，通过在排气管6出口上设置泄放阀7从而让送气管4内存在憋压，空气先行压缩升温后，增大气体与土壤的温度差，从而增大换热量，之后进行绝热膨胀进一步降低温度，从而让吹进箱体1内的散热空气温度大大低于箱体1外的室温空气，冷空气对箱体1内的变压器2进行散热，散热效果良好。

再进一步的分析散热空气的水分状况：

当变电站周围环境的湿度较大时，其水汽分压可能处于饱和蒸气压曲线右侧附近，水汽分压根据气体中水分含量（即湿度），等比例取自气体总压，即图3中的“湿度 分压”曲线，如果让这种状态的空气进入箱体1内，很可能对变压器2的电气部分产生不利影响，而通过本发明，在压缩过程S1上以及等压换热过程S2时，水汽达到饱和分压，接触上饱和蒸气压曲线时开始析出水分并沿着饱和蒸气压曲线移动（由于水汽分压较小且析出的不多，所以忽略掉由于组分消减导致的总气体热力曲线S2/S3上的变形），析出的液态水积攒在送气管4的最低点，定期打开排水阀5进行排水，绝热膨胀阶段S3所对应的湿度分压曲线，会让湿度分压重新离开饱和蒸气压曲线，在室温附近处的饱和蒸气压曲线较为平坦，所以，可以很方便地让湿度分压斜度大于饱和蒸气压曲线在此处的斜度，远离饱和蒸气压曲线后，散热空气在箱体1内也就不容易析出水分了，充分保护变压器2等电气部件。热力过程S1、S3的斜度与送气管4内的憋压相关，通过泄放阀7的开度可以控制。

如图1所示，送气管4中段包括一段盘管41，在气流路径上，盘管41位于排水阀5与引风机3之间。

盘管41增加空气在地下的存留长度与时间，增大与土壤的换热量。

盘管41外表设有若干换热片42。换热片42增大送气管4与土壤的接触面积，从而能让送气管4与土壤温度更加接近，为送气管4内提供更贴近土壤温度的换热表面。送气管4整段包括盘管41、换热片42选用铜材质或铝材质导热效果更佳。

送气管4中段内填充有金属丝絮。金属丝絮存在在送气管4内后，空气流经送气管4内时具有大大增加的换热面积，可以使得热力过程S2的降温更多，而且，如果空气在送气管4内析出水分，那么金属丝絮也是为析出的水分提供一个附着点，使得析出充分，并且，阻止送气管4的上升段内气流上升时裹挟一部分雾状水汽达到排气管6内，起到阻水的作用。金属丝絮可以是纤细的金属丝揉搓成的若干个小球投放在送气管4内，也可以是多孔金属制成的圆柱条段插放在送气管4内。

如图5所示，引风机3进口设有除尘组件8。除尘组件8可以除去空气中的灰尘，防止其进入箱体1内脏乱变压器2环境或者进入送气管4内产生内壁附着与灰尘堆积。

如图5所示，引风机3进气口竖直朝上，除尘组件8包括外管81、螺旋片82、内管83，外管81、螺旋片82、内管83的轴线均竖直，内管83的下端连接至引风机3进气口，内管83上端敞开，外管81上下端敞开，外管81下部套设在内管83上部，外管81上部管内设置螺旋片82，螺旋片82固定在外管81内壁上。

从外管81上端被吸入的空气，被螺旋片82压迫成螺旋状前进，继而由于离心作用，空气中的灰尘等颗粒物旋转至外圈贴紧在外管81的内壁上，从而无法从内管83上端进入至引风机3的进气口处，灰尘等颗粒物沿着外管81内壁下落直至从外管81下端排出除尘组件8，从内管83上端进入的空气是经历过一次除尘的空气了，而通过此种形式的除尘结构，可以大大减小进风阻力，以较小的进风阻力获得较大的除尘效果。外管81可以是外部的一个支架托举在内管83上端，也可以是通过几根支架杆84直接与内管83固定在一起。

如图6所示，变压器2的若干铁芯绕一竖直轴线呈圆周阵列排布，箱体1为圆柱体，排气管6为环状并置于箱体1的底部，排气管6上作为排气口的泄放阀7也呈圆周均布，通风出气口位于箱体1侧面顶部。

一般输电线缆是三相的，变压器2需要三个铁芯进行分相变压，在一些末端用电场合，可能只配备了两相电，需要的铁芯数量会降低，总之，根据具体设备使用地的需求，将变压器2的铁芯环形阵列。铁芯环形阵列后，散热均匀。

泄放阀7的出气方向为倾斜朝上且倾斜方向相同。螺旋上升的气流，与铁芯的接触更加充分，散热效果更佳。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

Claims (2)

1.一种箱式变电站，包括箱体（1）和变压器（2），所述变压器（2）设置在箱体（1）内，其特征在于：所述箱式变电站还包括引风机（3）、送气管（4）和排气管（6），所述引风机（3）置于箱体（1）外，引风机（3）进口连接大气，引风机（3）出口通过送气管（4）连接设置于箱体（1）内的排气管（6），排气管（6）上设有若干排气口，箱体（1）侧面或顶面设置若干通风出气口；

所述送气管（4）的中段埋设于地下，送气管（4）埋设于地下的部分均具有斜度，在送气管（4）的最低点处设置连接管内与外部土壤的排水阀（5），所述排气管（6）上设置若干泄放阀（7）；

所述送气管（4）中段包括一段盘管（41），在气流路径上，所述盘管（41）位于排水阀（5）与引风机（3）之间；

所述送气管（4）中段内填充有金属丝絮。

2.根据权利要求1所述的一种箱式变电站，其特征在于：所述盘管（41）外表设有若干换热片（42）。

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