CN115172014A - 一种高压变压器油冷散热方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及变压变电技术领域，特别涉及一种高压变压器油冷散热方法及装置，用于解决现有技术中高频高压变压器散热装置存在散热慢、体积大、成本高的问题。本发明高压变压器油箱内部增加冷凝器通过水冷方式进行热交换，油箱内部的油通过传导和对流将热量传递至冷凝器中的水，冷凝器中的水通过管道循环将热量带出高压变压器油箱。本发明解决了同等大功率容量变压器在小体积、成本控制等因素下油箱散热问题，本发明有效降低温升，提高变压器磁芯使用效率，同时提高整体使用寿命，从而提高整个电源的可靠性。

Description

一种高压变压器油冷散热方法及装置

技术领域

本发明涉及变压变电技术领域，特别涉及一种高压变压器油冷散热方法及装置。

背景技术

在高压开关电源中，高频高压变压器是进行能量储存和传输的重要部件，也是电源系统中的核心关键元件。高压变压器绕制结构复杂、分布参数不好处理、长期工作温升较高，常采用油冷工艺，变压器一旦发生故障，维修较为复杂，我国变压器制造业通常采用油冷或风冷工艺，在外部没有冷却系统的环境中，变压器长期工作，热量传不出去，导致变压器磁芯温升过高，极易出现磁饱和现象，且烧毁线圈，极大程度上降低了变压器的使用寿命。随着科技的发展，电源越来越小型化成为发展趋势，对变压器的可靠性有了更严的要求，针对以上现状，有必要提出一种油冷散热的优化方法，能有效降低变压器内部磁芯温升，提高变压器使用寿命。

现有技术中，同等大功率容量高频高压变压器使用油冷方式，变压器在持续工作过程中，油温不断升高，当油温升高至与变压器温度同等状态下，靠外部环境冷却速率慢，导致变压器效率低且可靠性差，为降低温升，提高变压器的可靠性，通常采用在外部加强风冷却或放大油冷体积，造成变压器整体体积大、成本高。

综上所述，现有技术中高频高压变压器散热装置存在散热慢、体积大、成本高的问题。

发明内容

针对上述问题，本发明提供一种高压变压器油冷散热方法及装置，目的在于解决同等大功率容量变压器在小体积、成本控制等因素下油箱散热问题，本发明有效降低温度升高，提高变压器磁芯使用效率，同时提高整体使用寿命，从而提高整个电源的可靠性。

一种高压变压器油冷散热方法，所述散热方法包括：

高压变压器油箱内部增加冷凝器通过水冷方式进行热交换，油箱内部的油通过传导和对流将热量传递至冷凝器中的水，冷凝器中的水通过管道循环将热量带出高压变压器油箱。

进一步的，油箱外壳采用6061铝加工方式。

进一步的，冷凝器采用紫铜圆管加铝翅片复合方式组成。

进一步的，油箱内部增加风机进行搅动，内部形成油循环。

进一步的，冷凝器外部连接有用于水循环的管道，管道在油箱外部连接有水泵和换热器；

冷凝器内部设置有螺旋状的双孔管道，水从双孔管道的一孔流入从另一孔流出。

一种高压变压器油冷散热装置，所述散热装置包括：

设置于油箱内部的冷凝器，用于高压变压器油箱内部通过水冷方式进行热交换，油箱内部的油通过传导和对流将热量传递至冷凝器中的水；

管道，用于将冷凝器中的水通过管道循环把热量带出高压变压器油箱。

进一步的，油箱外壳采用6061铝加工方式。

进一步的，所述冷凝器采用紫铜圆管加铝翅片复合方式组成。

进一步的，所述油箱内部增加风机进行搅动，内部形成油循环。

进一步的，冷凝器外部连接有用于水循环的管道，管道在油箱外部连接有水泵和换热器；

冷凝器内部设置有螺旋状的双孔管道，水从双孔管道的一孔流入从另一孔流出。

本发明解决了因油箱内部温度过高，导致热量传递效率慢，降低了大功率容量状态下变压器体积。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所指出的结构来实现和获得。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1示出了本发明实施例油箱内部安装示意图。

图2示出了本发明实施例油箱外部示意图。

图3示出了本发明实施例冷凝器示意图。

图4示出了本发明实施例风机示意图。

图5示出了本发明实施例油箱内部温度传导示意图。

附图标记：1、油箱；2、冷凝器；3、风机。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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、完整地说明，显然，所描述的实施例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。

高压变压器领域中，高频高压变压器是进行能量储存和传输的重要部件，也是电源系统中的核心关键元件。变压器运行时，绕组和铁心中的损耗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。高压变压器绕制结构复杂、分布参数不好处理、长期工作温升较高，常采用油冷工艺，变压器一旦发生故障，维修较为复杂，我国变压器制造业通常采用油冷或风冷工艺，在外部没有冷却系统的环境中，变压器长期工作，热量传不出去，导致变压器磁芯温升过高，极易出现磁饱和现象，且烧毁线圈，极大程度上降低了变压器的使用寿命。随着科技的发展，电源越来越小型化成为发展趋势，对变压器的可靠性有了更严的要求，针对以上现状，有必要提出一种油冷散热的优化方法，能有效降低变压器内部磁芯温升，提高变压器使用寿命。

现有技术中高频高压变压器散热装置存在散热慢、体积大、成本高的问题。

为此，本发明提出了一种高压变压器油冷散热方法及装置，包括一种高压变压器油冷散热方法和一种高压变压器油冷散热装置。

第一方面，本发明提供了一种高压变压器油冷散热方法，所述散热方法包括：

高压变压器油箱1内部增加冷凝器2通过水冷方式进行热交换，油箱1内部的油通过传导和对流将热量传递至冷凝器2中的水，冷凝器2中的水通过管道循环将热量带出高压变压器油箱1。

具体实施例中，如图1所示，油箱1内部设置有冷凝器2和风机3，油箱1内部的油通过传导和对流将热量传递至冷凝器2中的水，进而通过水循环将热量带出高压变压器油箱1，以达到高压变压器散热的目的。

本发明整机设备体积小、重量轻，冷热交换提高变压器的使用寿命。

本实施例中，油箱1外壳采用6061铝加工方式。

具体实施例中，如图2所示，油箱1外壳采用6061铝板整体精加工方式，对比传统碳钢油箱1焊接形式，整体加工杜绝焊接可能出现的虚焊、漏焊风险，同时检测密封性费时费力，造成成本浪费，整体加工保证油箱1的密封性，又能提高加工效率，可以提高导热速率，铝的导热系数238W/(m·k)，而碳钢的导热系数46.5W/(m·k)，导热系数是传统碳钢油箱15倍，同时铝油箱1外部保留传统散热齿形式，增加与外部空气接触面积，既减轻油箱1整体重量，又增加油箱1与空气散热面积，与内部水冷构成双重散热方式，从而更好的提高导热速率。

本实施例中，冷凝器2采用紫铜圆管加铝翅片复合方式组成。

具体实施例中，如图3所示，紫铜导热系数386.4W/(m·k)，翅片增加导热面积，每个翅片间距约2mm进行紧密排布，使油箱1内部热量能够充分通过翅片传递到紫铜圆管，圆管内部通水进行冷却，从而降低油箱1内部温度，同时管道外部预留标准水管螺纹接口，保证了其通用性，又降低使用与维修成本。

本实施例中，油箱1内部增加风机3进行搅动，内部形成油循环。

具体实施例中，如图4所示，在油箱1内部增加风机3进行搅动，风机3选择耐油、抗腐蚀性PE材质，降低油箱1内部重量，同时保证风机3使用寿命，风机3搅动保证了油箱1内部油能充分的翻滚，使油箱1内部整体受热均匀，同时也保证了油箱1内部温度均衡达到良好的散热效果。如图5所示，油箱1内部温度传导示意图，内部油循环加快了温度传导效率，油与冷凝器2不断循环撞击，增加了对流的效果，提高了散热效率。

本实施例中，冷凝器2外部连接有用于水循环的管道，管道在油箱1外部连接有水泵和换热器；

冷凝器2内部设置有螺旋状的双孔管道，水从双孔管道的一孔流入从另一孔流出。

具体实施例中，水循环的管道上连接有水泵，水泵可以加速水的循环，带出更多热量，提高散热效果。

水循环的管道上连接的换热器，可以将循环的水降低温度，使进入油箱1的水的温度更低，在水的比热容不变的情况下，更高的温差能带走更多的热量，从而提高了散热效率。

螺旋状可以增加冷凝器2内部的双孔管道的长度，提高冷凝器2与油的接触面积，增加热交换效果。

双孔管道使油箱1只需要一个入口，减少了同时保留进水管口和出水管口的工艺，更方便的进行密封。同时双孔管道中的进水方向和出水方向在内部平行且方向相反，出水的热量可以传递给进水，等价于提高了散热面积，增加了热交换效果，进而提升了整体的散热效率。

第二方面，本发明提供了一种高压变压器油冷散热装置，所述散热装置包括：

设置于油箱1内部的冷凝器2，用于高压变压器油箱1内部通过水冷方式进行热交换，油箱1内部的油通过传导和对流将热量传递至冷凝器2中的水；

管道，用于将冷凝器2中的水通过管道循环把热量带出高压变压器油箱1。

本实施例中，油箱1外壳采用6061铝加工方式。

本实施例中，所述冷凝器2采用紫铜圆管加铝翅片复合方式组成。

本实施例中，所述油箱1内部增加风机3进行搅动，内部形成油循环。

本实施例中，冷凝器2外部连接有用于水循环的管道，管道在油箱1外部连接有水泵和换热器；

冷凝器2内部设置有螺旋状的双孔管道，水从双孔管道的一孔流入从另一孔流出。

具体实施例中，冷凝器2在油箱1内部不仅要保证油箱1与冷凝器2密封工艺，同时也需保证油箱1内部整体受热均匀。

为使本领域的技术人员能更好的理解本发明，结合附图对本发明的原理阐述如下：

变压器在持续工作状态下，本身会产生一定的热量，随着工作时间长温度不断积累升高，促使磁芯的磁通密度性能趋向饱和，影响产品性能。

产生导热的必要条件是物理的内部存在温度差，因而热量由高温部分向低温部分传递，在发生导热时，沿热流方向上个点的温度是不同，呈现出一种温度场，对于稳定导热，温度场也是稳定温度场，在稳定温度场中，各点的温度不随时间的变化而变化。

为提高导热速率，油箱1外壳采用6061铝加工方式，铝的导热系数238W/(m·k)，同时在油箱1内部增加冷凝器2通过水冷方式进行热交换，冷凝器2采用紫铜圆管加铝翅片复合方式组成，紫铜导热系数386.4W/(m·k)，翅片增加导热面积，热量通过翅片传递到紫铜圆管，圆管内部通水进行冷却，从而降低油箱1内部温度。

本发明有益效果包括：

1)整机设备体积小、重量轻，

2)提高磁芯使用效率；

3)冷热交换提高变压器的使用寿命。

高频变压器使用功率不同，功率大体积较大，通常采用外部冷却的方式带走自身热量，冷凝器2在油箱1内部不仅要保证油箱1与冷凝器2密封工艺，同时也需保证油箱1内部整体受热均匀，内部油循环尤为重要，因此在油箱1内部增加风机3进行搅动，既保证了油能充分的翻滚，同时也保证了油箱1内部温度均衡达到良好的散热效果。

尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：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；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (8)

1.一种高压变压器油冷散热方法，所述散热方法包括：

高压变压器油箱(1)内部增加冷凝器(2)通过水冷方式进行热交换，油箱(1)内部的油通过传导和对流将热量传递至冷凝器(2)中的水，冷凝器(2)中的水通过管道循环将热量带出高压变压器油箱(1)；

油箱(1)内部增加风机(3)进行搅动，内部形成油循环。

2.根据权利要求1所述的一种高压变压器油冷散热方法，其特征在于，

油箱(1)外壳采用6061铝加工方式。

3.根据权利要求1所述的一种高压变压器油冷散热方法，其特征在于，

冷凝器(2)采用紫铜圆管加铝翅片复合方式组成。

4.根据权利要求1－3中任意一项所述的一种高压变压器油冷散热方法，其特征在于，

冷凝器(2)外部连接有用于水循环的管道，管道在油箱(1)外部连接有水泵和换热器；

冷凝器(2)内部设置有螺旋状的双孔管道，水从双孔管道的一孔流入从另一孔流出。

5.一种高压变压器油冷散热装置，所述散热装置包括：

设置于油箱(1)内部的冷凝器(2)，用于高压变压器油箱(1)内部通过水冷方式进行热交换，油箱(1)内部的油通过传导和对流将热量传递至冷凝器(2)中的水；

管道，用于将冷凝器(2)中的水通过管道循环把热量带出高压变压器油箱(1)；

所述油箱(1)内部增加风机(3)进行搅动，内部形成油循环。

6.根据权利要求5所述的一种高压变压器油冷散热装置，其特征在于，

油箱(1)外壳采用6061铝加工方式。

7.根据权利要求5所述的一种高压变压器油冷散热装置，其特征在于，

所述冷凝器(2)采用紫铜圆管加铝翅片复合方式组成。

8.根据权利要求5－7中任意一项所述的一种高压变压器油冷散热装置，其特征在于，

冷凝器(2)外部连接有用于水循环的管道，管道在油箱(1)外部连接有水泵和换热器；

冷凝器(2)内部设置有螺旋状的双孔管道，水从双孔管道的一孔流入从另一孔流出。

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