CN112687450A - 一种开变一体机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种开变一体机，包括壳体、铁芯、高压开关，铁芯设置在壳体内，高压开关在壳体内与铁芯通过直接连接，高压开关另一个接线柱穿过壳体壁面作为对外连接位置，壳体内充满冷却工质。壳体外表面设置散热片。壳体包括主壳、分流管、合流管、散热管，分流管的数量与高压开关数量相同，分流管底端分别连接在主壳上端，分流管上端汇合集中到合流管上，合流管的端部折弯向下并连接散热管，散热管贴附在主壳外表面，散热管底端为回流口，回流口插入主壳底部一侧，开变一体机还包括循环泵，循环泵设置在主壳内底部，循环泵的进口连接回流口，循环泵出口往主壳内底部泵送冷却工质，散热片与壳体连接的根部穿过散热管插接在主壳侧面。

Description

一种开变一体机

技术领域

本发明涉及变压器技术领域，具体为一种开变一体机。

背景技术

变压器和高压开关是电力系统中常用的器件，现有技术中，都是两者单独生产，然后现场安装到一起，现场安装与调试过程显著复杂化，而且，高压开关与变压器的连接可靠性得不到进一步提升。

变压器在运行过程中会发出大量热量，高压开关执行通断动作时会有局部电弧，需要可靠消除与限制。如何在结合了高压开关与变压器的结构基础上进一步提升装置散热性能，也是现有技术需要进一步考虑并解决的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种开变一体机，以解决上述背景技术中提出的问题。

为了解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：

一种开变一体机，即变压器与高压开关的一体式器件，开变一体机包括壳体、铁芯、高压开关，铁芯设置在壳体内，高压开关在壳体内与铁芯通过管型母线直接连接，高压开关的另一个接线柱穿过壳体壁面作为对外连接位置，壳体内充满冷却工质。铁芯即为作为变压器变压功能实现的结构，铁芯和大部分的高压开关存在在壳体内，也就是变压器与高压开关一体式设计，接线位置置入壳体内部，简化现场组装步骤，现场只需要将高压侧线缆接上高压开关在外的接线柱上，将铁芯上引出的低压侧接线柱接上电网低压侧即可。开关变压器一体化设备根据设备结构组合特点进行重新定义配电装置名称，改变传统电力设备布置连接方式，重新制定设备电气试验的标准、参数等；由于采用成熟技术以及连接组装采用模块化设计、工厂预制式生产，提高产品的质量，从真正意义上做到秒维护。冷却工质即以传统的变压器油为主要组分的流动介质，用于包裹铁芯和高压开关在壳体内的部分，将两者的发热量吸走并传递到壳体上通过壳体外壁进行散热。

进一步的，铁芯中的中性点采用全绝缘方式。全绝缘的中性点设置方式，可以防止在变压器发生技术问题时，中性点不会被高压损坏，而传统的分级绝缘方式是无法完全确保中性点安全的。

进一步的，壳体外表面设置散热片。散热片扩大壳体与周围空气的接触面积，提升散热效果。

进一步的，散热片采用强制风冷散热。传统的变压器表面设置被动散热的翅片结构，周围空气的流动依据自然风，散热系数有限，而且变压器周围的空间空气被加热后并没有新的空气进入，用于散热的空气温度上升影响散热温差。

进一步的，壳体包括主壳、分流管、合流管、散热管，分流管的数量与高压开关数量相同，分流管底端分别连接在主壳上端，分流管上端汇合集中到合流管上，合流管的端部折弯向下并连接散热管，散热管贴附在主壳外表面，散热管底端为回流口，回流口插入主壳底部一侧，开变一体机还包括循环泵，循环泵设置在主壳内底部，循环泵的进口连接回流口，循环泵出口往主壳内底部泵送冷却工质，散热片与壳体连接的根部穿过散热管插接在主壳侧面。循环流动的冷却工质可以对铁芯及高压开关产生更好的热量吸收作用，冷却工质与金属表面的换热也变为强制对流，换热系数更高，而且高热量位置的冷却工质流动到散热管处与散热片接触更加充分，热量搬运彻底。循环泵与变压器铁芯和高压开关使用同一控制，一体机通电运行时，循环泵也运行，不得停机。

进一步的，冷却工质包括变压器油组分和精馏水组分。变压器油组分大大高于精馏水组分，作为冷却工质的主要组分，变压器油用于导热以及高压开关通断位置处的灭弧，高压开关无需其它的灭弧措施，而精馏水组分则是能够大大提升散热能力，精馏水是纯净的水体，里面不含电解质，故而是高度绝缘的物质，尽管绝缘能力比不上变压器油，但是因为含量很少，所以不会对于冷却工质的绝缘性能产生影响，而含量很少的精馏水提升散热性能的原理，水的沸点在大气压下是一百摄氏度，而随着压强的降低，水沸点也会相应降低，流动起来的流体，根据流体力学中的伯努利方程可知，流速越大则压强越小，故而，经过铁芯及高压开关发热引起冷却工质温度上升，配合冷却工质进入狭小的分流管引起的流速大大增大，流速增大压强降低，冷却工质中液态的精馏水组分汽化，也称空化作用，汽化需要吸收大量汽化热，汽化组分吸收的热量-汽化热是从液态组分中汲取的，汲取大量热量后，液态组分保持低温，与发热部件保持较大温差，从而对于发热部件的冷却作用更显著，分流管造成过流截面减小流速增大而引起压强减小，可以预见的是，在需要显著散热的位置处构造狭小通道，就能利用空化作用来提升冷却工质的冷却能力，而汽化组分在流过散热管的过程中，会与低温的散热片发生接触从而再次液化，液化过程放出大量热量，该热量直接作用在散热片上，散热片在将热量传递后外部由强制对流的空气带走。

进一步的，冷却工质中的精馏水组分质量比例为0.3～0.6％。精馏水组分太多的话，尽管组分内已经去除了电解质，但是，电解平衡的氢离子和氢氧根离子还是可以作为导电离子使用的，因此，精馏水的电阻比不上绝缘性更佳的变压器油，精馏水组分过多影响冷却工质的绝缘性，而精馏水组分过少的话，空化作用提升的散热效果有限。

进一步的，分流管的入流位置设置丝网，丝网孔径小于0.5毫米。丝网将流过他的液体割裂，扰乱流动状态，防止精馏水组分液态成团进行流动，成团的精馏水会降低局部的绝缘性，尽管已经通过减少精馏水量进行了控制，但是多一道保险进一步防止局部位置发生导电，而且精馏水组分分散为微团弥散开来，也能在后续位置多点发生空化作用，在大范围内提升吸热效果。

进一步的，开变一体机还包括螺旋叶片，散热管内还设有蒸汽管，蒸汽管与散热管竖直同轴设置，蒸汽管两端敞开，蒸汽管侧壁通过连接杆连接至散热管内壁上进行支撑，螺旋叶片设置在散热管内部的上端，螺旋叶片将流入散热管的流体转为螺旋向下的运动。螺旋叶片将汽化组分与液态组分螺旋离心分离，密度大的液态组分从外环向下流动，而汽化组分则从蒸汽管上端进入蒸汽管，向下运动的过程中，汽化组分与横插穿过蒸汽管的散热片发生充分接触，让充分的汽化组分在散热片根部液化放热，以便后续再次进入主壳内进行空化作用。

进一步的，蒸汽管包括保速段和增压段，保速段高于增压段，保速段直径小于增压段。保速段直径较小，汽化组分的流速仍然较高，而到了增压段后，过流直径变大，流速减小，压强降低，压强降低和低温的散热片的存在同时作用在汽化组分上，增加凝结条件。

与现有技术相比，本发明所达到的有益效果是：本发明通过高压开关与变压器的一体式设计，整体原厂预制生产，简化现场布置步骤，提高产品质量的同时还增强了变压器与高压开关的连接稳固性；一体机外表强制风冷，提升表面散热能力；冷却工质内加入微量精馏水，狭小位置流速提升引起降压，配合发热部件的热量传递到冷却工质内，微量的精馏水发生汽化作用，汽化过程以潜热形式吸走大量热量，在循环到散热片位置时，降温增压，汽化组分凝结放热，热量搬运量大大高于热传导方式。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明壳体的结构示意图；

图3是本发明壳体内冷却工质的流动示意图；

图4为图1中的视图A；

图5为图1中的视图B；

图6为蒸汽管位置的降温增压凝结原理示意图。

图中：1-壳体、11-主壳、12-分流管、13-合流管、14-散热管、15-蒸汽管、151-保速段、152-增压段、16-回流口、2-铁芯、3-高压开关、4-冷却工质、41-液态组分、42-汽化组分、5-散热片、6-循环泵、7-螺旋叶片。

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，一种开变一体机，开变一体机包括壳体1、铁芯2、高压开关3，铁芯2设置在壳体1内，高压开关3在壳体1内与铁芯2通过管型母线直接连接，高压开关3的另一个接线柱穿过壳体1壁面作为对外连接位置，壳体1内充满冷却工质4。铁芯2即为作为变压器变压功能实现的结构，铁芯2和大部分的高压开关3存在在壳体1内，也就是变压器与高压开关一体式设计，接线位置置入壳体1内部，简化现场组装步骤，现场只需要将高压侧线缆接上高压开关3在外的接线柱上，将铁芯2上引出的低压侧接线柱接上电网低压侧即可。开关变压器一体化设备根据设备结构组合特点进行重新定义配电装置名称，改变传统电力设备布置连接方式，重新制定设备电气试验的标准、参数等；由于采用成熟技术以及连接组装采用模块化设计、工厂预制式生产，提高产品的质量，从真正意义上做到秒维护。冷却工质4即以传统的变压器油为主要组分的流动介质，用于包裹铁芯2和高压开关3在壳体1内的部分，将两者的发热量吸走并传递到壳体1上通过壳体1外壁进行散热。

铁芯2中的中性点采用全绝缘方式。全绝缘的中性点设置方式，可以防止在变压器发生技术问题时，中性点不会被高压损坏，而传统的分级绝缘方式是无法完全确保中性点安全的。

壳体1外表面设置散热片5。散热片5扩大壳体1与周围空气的接触面积，提升散热效果。

散热片5采用强制风冷散热。传统的变压器表面设置被动散热的翅片结构，周围空气的流动依据自然风，散热系数有限，而且变压器周围的空间空气被加热后并没有新的空气进入，用于散热的空气温度上升影响散热温差。

如图2所示，壳体1包括主壳11、分流管12、合流管13、散热管14，分流管12的数量与高压开关3数量相同，分流管12底端分别连接在主壳11上端，分流管12上端汇合集中到合流管13上，合流管13的端部折弯向下并连接散热管14，散热管14贴附在主壳11外表面，散热管14底端为回流口16，回流口16插入主壳11底部一侧，开变一体机还包括循环泵6，循环泵6设置在主壳11内底部，循环泵6的进口连接回流口16，循环泵6出口往主壳1内底部泵送冷却工质4，散热片5与壳体1连接的根部穿过散热管14插接在主壳11侧面。如图3所示，循环流动的冷却工质4可以对铁芯2及高压开关3产生更好的热量吸收作用，冷却工质4与金属表面的换热也变为强制对流，换热系数更高，而且高热量位置的冷却工质4流动到散热管14处与散热片5接触更加充分，热量搬运彻底。

冷却工质4包括变压器油组分和精馏水组分。变压器油组分大大高于精馏水组分，作为冷却工质4的主要组分，变压器油用于导热以及高压开关3通断位置处的灭弧，高压开关3无需其它的灭弧措施，而精馏水组分则是能够大大提升散热能力，精馏水是纯净的水体，里面不含电解质，故而是高度绝缘的物质，尽管绝缘能力比不上变压器油，但是因为含量很少，所以不会对于冷却工质4的绝缘性能产生影响，而含量很少的精馏水提升散热性能的原理，可以参见图3、4，水的沸点在大气压下是一百摄氏度，而随着压强的降低，水沸点也会相应降低，流动起来的流体，根据流体力学中的伯努利方程可知，流速越大则压强越小，故而，经过铁芯2及高压开关3发热引起冷却工质4温度上升，配合冷却工质4进入狭小的分流管12引起的流速大大增大，流速增大压强降低，冷却工质4中液态的精馏水组分汽化，也称空化作用，汽化需要吸收大量汽化热，汽化组分42吸收的热量-汽化热是从液态组分41中汲取的，汲取大量热量后，液态组分41保持低温，与发热部件保持较大温差，从而对于发热部件的冷却作用更显著，分流管12造成过流截面减小流速增大而引起压强减小，可以预见的是，在需要显著散热的位置处构造狭小通道，就能利用空化作用来提升冷却工质的冷却能力，而汽化组分42在流过散热管14的过程中，会与低温的散热片5发生接触从而再次液化，液化过程放出大量热量，该热量直接作用在散热片5上，散热片5在将热量传递后外部由强制对流的空气带走。

冷却工质4中的精馏水组分比例为0.3～0.6％以质量计。精馏水组分太多的话，尽管组分内已经去除了电解质，但是，电解平衡的氢离子和氢氧根离子还是可以作为导电离子使用的，因此，精馏水的电阻比不上绝缘性更佳的变压器油，精馏水组分过多影响冷却工质4的绝缘性，而精馏水组分过少的话，空化作用提升的散热效果有限。

分流管12的入流位置设置丝网，丝网孔径小于0.5毫米。丝网将流过他的液体割裂，扰乱流动状态，防止精馏水组分液态成团进行流动，成团的精馏水会降低局部的绝缘性，尽管已经通过减少精馏水量进行了控制，但是多一道保险进一步防止局部位置发生导电，而且精馏水组分分散为微团弥散开来，也能在后续位置多点发生空化作用，在大范围内提升吸热效果。

如图1、5所示，开变一体机还包括螺旋叶片7，散热管14内还设有蒸汽管15，蒸汽管15与散热管14竖直同轴设置，蒸汽管15两端敞开，蒸汽管15侧壁通过连接杆连接至散热管14内壁上进行支撑，螺旋叶片7设置在散热管14内部的上端，螺旋叶片7将流入散热管14的流体转为螺旋向下的运动。如图5所示，螺旋叶片7将汽化组分42与液态组分41螺旋离心分离，密度大的液态组分从外环向下流动，而汽化组分42则从蒸汽管15上端进入蒸汽管15，向下运动的过程中，汽化组分与横插穿过蒸汽管15的散热片5发生充分接触，让充分的汽化组分7在散热片5根部液化放热，以便后续再次进入主壳11内进行空化作用。

如图6所示，蒸汽管15包括保速段151和增压段152，保速段151高于增压段152，保速段151直径小于增压段152。保速段151直径较小，汽化组分42的流速仍然较高，而到了增压段152后，过流直径变大，流速减小，压强降低，压强降低和低温的散热片5的存在同时作用在汽化组分42上，增加凝结条件。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种开变一体机，其特征在于：所述开变一体机包括壳体(1)、铁芯(2)、高压开关(3)，所述铁芯(2)设置在壳体(1)内，所述高压开关(3)在壳体(1)内与铁芯(2)通过管型母线直接连接，高压开关(3)的另一个接线柱穿过壳体(1)壁面作为对外连接位置，所述壳体(1)内充满冷却工质(4)。

2.根据权利要求1所述的一种开变一体机，其特征在于：所述铁芯(2)中的中性点采用全绝缘方式。

3.根据权利要求1所述的一种开变一体机，其特征在于：所述壳体(1)外表面设置散热片(5)。

4.根据权利要求3所述的一种开变一体机，其特征在于：所述所述散热片(5)采用强制风冷散热。

5.根据权利要求3所述的一种开变一体机，其特征在于：所述壳体(1)包括主壳(11)、分流管(12)、合流管(13)、散热管(14)，所述分流管(12)的数量与高压开关(3)数量相同，分流管(12)底端分别连接在主壳(11)上端，分流管(12)上端汇合集中到合流管(13)上，所述合流管(13)的端部折弯向下并连接散热管(14)，所述散热管(14)贴附在主壳(11)外表面，散热管(14)底端为回流口(16)，所述回流口(16)插入主壳(11)底部一侧，所述开变一体机还包括循环泵(6)，所述循环泵(6)设置在主壳(11)内底部，循环泵(6)的进口连接回流口(16)，循环泵(6)出口往主壳(1)内底部泵送冷却工质(4)，所述散热片(5)与壳体(1)连接的根部穿过散热管(14)插接在主壳(11)侧面。

6.根据权利要求5所述的一种开变一体机，其特征在于：所述冷却工质(4)包括变压器油组分和精馏水组分。

7.根据权利要求6所述的一种开变一体机，其特征在于：所述冷却工质(4)中的精馏水组分比例为0.3～0.6％(以质量计)。

8.根据权利要求6所述的一种开变一体机，其特征在于：所述分流管(12)的入流位置设置丝网，丝网孔径小于0.5毫米。

9.根据权利要求6所述的一种开变一体机，其特征在于：所述开变一体机还包括螺旋叶片(7)，所述散热管(14)内还设有蒸汽管(15)，所述蒸汽管(15)与散热管(14)竖直同轴设置，蒸汽管(15)两端敞开，蒸汽管(15)侧壁通过连接杆连接至散热管(14)内壁上进行支撑，所述螺旋叶片(7)设置在散热管(14)内部的上端，螺旋叶片(7)将流入散热管(14)的流体转为螺旋向下的运动。

10.根据权利要求9所述的一种开变一体机，其特征在于：所述蒸汽管(15)包括保速段(151)和增压段(152)，所述保速段(151)高于增压段(152)，保速段(151)直径小于增压段(152)。

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