CN115654555B - 变压器余热储热系统 - Google Patents
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Abstract
变压器余热储热系统，属于变压器余热回收技术领域。本发明针对变压器余热不能被有效利用，造成能源浪费的问题。包括储热罐内设置一储热区和二储热区；若油温处于第一温度预设区间，通过控制器控制阀门一和阀门三开启，使变压器油进入一号换热循环管路与一储热区内的储热介质换热；若油温处于第二温度预设区间，通过控制器控制阀门二和阀门三开启，使变压器油进入二号换热循环管路与二储热区内的储热介质换热；若油温低于第二温度预设区间的下限，或者两个储热区均完成储热，或者一个储热区完成储热，油温处于另一个储热区的温度预设区间以外，则通过控制器控制阀门三开启，使变压器油直接进入变压器油回油管路。本发明实现了变压器余热再利用。
Description
技术领域
本发明涉及变压器余热储热系统，属于变压器余热回收技术领域。
背景技术
变压器运行过程中负载损耗产生的热量经变压器油带出。经统计，变压器油温最高可达40℃以上，最低不低于10℃，若将变压器油直接通过散热器与空气进行热交换，不进行任何利用，将造成能源的极大浪费。由于变电站供暖负荷要求不高，在变压器正常工作情况下，其产生的损耗足以作为热源用来对变电站建筑进行采暖，由此，将极大的降低变电站能耗。
通常，变压器余热量的产出在全年的分布变化不大，而变电站建筑在温暖季节没有供热需求；因此需要对余热资源进行存储，来解决余热和供热负荷之间时间上的不匹配。另外，即便在供暖季节，由于变压器油温升不稳定，其余热也不宜直接用于供热。
因此，需要对变压器余热进行存储并进行相应的处理，来实现跨季节供热，并满足不同负荷端的供热要求。
发明内容
针对变压器余热不能被有效利用，造成能源浪费的问题，本发明提供一种变压器余热储热系统。
本发明的一种变压器余热储热系统，包括储热罐，储热罐内设置一储热区和二储热区；
一储热区内设置变压器油一号换热循环管路，一号换热循环管路的入油口A连接四通的一号口a，四通的二号口b连接变压器油输油管路出口B；四通的三号口c连接变压器油回油管路入口C，一号换热循环管路的出油口连接变压器油回油管路入口C；
二储热区内设置变压器油二号换热循环管路，二号换热循环管路的入油口D连接四通的四号口d，二号换热循环管路的出油口连接变压器油回油管路入口C；
一储热区内的储热介质出口E连接三通的一号口e,三通的二号口p连接供热管路，供热管路上通过设置热泵向取暖终端供热；供热管路的回水口连接一储热区内的储热介质入口；
二储热区内的储热介质出口F连接三通的三号口f,供热管路的回水口同时连接二储热区内的储热介质入口；
一号换热循环管路的入油口A处设置阀门一，二号换热循环管路的入油口D处设置阀门二，变压器油回油管路入口C处设置阀门三；
在储热状态下，采用温度传感器采集变压器油输油管路出口B处的油温：
若油温处于第一温度预设区间，通过控制器控制阀门一和阀门三开启，使变压器油进入一号换热循环管路与一储热区内的储热介质换热；当一储热区内的储热介质达到第一目标温度，关闭阀门一，一储热区储热完成；
若油温处于第二温度预设区间，通过控制器控制阀门二和阀门三开启，使变压器油进入二号换热循环管路与二储热区内的储热介质换热；当二储热区内的储热介质达到第二目标温度，关闭阀门二，二储热区储热完成；
若油温低于第二温度预设区间的下限，或者两个储热区均完成储热，或者一个储热区完成储热，油温处于另一个储热区的温度预设区间以外，则通过控制器控制阀门三开启，使变压器油直接进入变压器油回油管路；
第一温度预设区间的温度范围为35至40℃，第二温度预设区间的温度范围为28至35℃。
根据本发明的变压器余热储热系统，三通的一号口e与一储热区内的储热介质出口E之间设置阀门四，三通的三号口f与二储热区内的储热介质出口F之间设置阀门五，三通的二号口p与热泵之间设置阀门六；
控制器获取采暖区域的当前供暖目标温度，将当前供暖目标温度与第一目标温度和第二目标温度进行比较，选择温度差值小的储热区作为热源，控制阀门四与阀门六对应开启或阀门五与阀门六对应开启，实现向采暖区域供热；作为热源的储热区的储热介质入口和储热介质出口之间形成循环通路。
根据本发明的变压器余热储热系统，所述一号换热循环管路和二号换热循环管路均为由下至上的螺线管式结构。
根据本发明的变压器余热储热系统，所述一号换热循环管路和二号换热循环管路均为由下至上的蛇形线结构；并且一号换热循环管路和二号换热循环管路的外表面设置散热片。
根据本发明的变压器余热储热系统，变压器油回油管路上设置多个散热器，控制器根据变压器油回油管路入口C处的油温确定散热器的开启数量。
根据本发明的变压器余热储热系统，变压器油输油管路上设置流速控制装置，通过控制器控制流速控制装置使变压器油流速小于2m/s。
根据本发明的变压器余热储热系统，储热介质为40％溶液浓度的乙二醇防冻液。
本发明的有益效果：本发明设计了一套储热系统，用来将变压器余热存储后在供暖期对变压器所在的变电站建筑供暖，既降低了变电站能耗，又满足了变电站供暖需求，在避免长距离传输的基础上实现了能量的再利用。
本发明按变压器余热的温度区间，将储热区分为两个温度段进行热量存储，对变电站建筑供暖时，可根据当前供暖目标温度，选择对应的储热区作为供热源，以减少热泵额外消耗的能量。本发明通过对温度的采集与对阀门的控制，可实现两储热区储热与供热的自由切换。变压器余热经存储后再作为热源进行供热，可方便对供暖温度进行控制，实现对取暖建筑稳定供热。
附图说明
图1是本发明所述变压器余热储热系统的结构示意图；
图2是本发明所述变压器余热储热系统的控制原理图。
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的前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，但不作为本发明的限定。
具体实施方式一、结合图1和图2所示，本发明提供了一种变压器余热储热系统，包括储热罐10，储热罐10内设置一储热区和二储热区；
一储热区内设置变压器油一号换热循环管路11，一号换热循环管路11的入油口A连接四通的一号口a，四通的二号口b连接变压器油输油管路出口B；四通的三号口c连接变压器油回油管路入口C，一号换热循环管路的11出油口连接变压器油回油管路入口C；
二储热区内设置变压器油二号换热循环管路12，二号换热循环管路12的入油口D连接四通的四号口d，二号换热循环管路12的出油口连接变压器油回油管路入口C；
一储热区内的储热介质出口E连接三通的一号口e,三通的二号口p连接供热管路，供热管路上通过设置热泵向取暖终端供热；供热管路的回水口连接一储热区内的储热介质入口；
二储热区内的储热介质出口F连接三通的三号口f,供热管路的回水口同时连接二储热区内的储热介质入口；
一号换热循环管路11的入油口A处设置阀门一，二号换热循环管路12的入油口D处设置阀门二，变压器油回油管路入口C处设置阀门三；
在储热状态下，采用温度传感器采集变压器油输油管路出口B处的油温：
若油温处于第一温度预设区间，通过控制器控制阀门一和阀门三开启，使变压器油进入一号换热循环管路11与一储热区内的储热介质换热；当一储热区内的储热介质达到第一目标温度，关闭阀门一，一储热区储热完成；
若油温处于第二温度预设区间，通过控制器控制阀门二和阀门三开启，使变压器油进入二号换热循环管路12与二储热区内的储热介质换热；当二储热区内的储热介质达到第二目标温度，关闭阀门二，二储热区储热完成；
若油温低于第二温度预设区间的下限，或者两个储热区均完成储热，或者一个储热区完成储热，油温处于另一个储热区的温度预设区间以外，则通过控制器控制阀门三开启，使变压器油直接进入变压器油回油管路；
第一温度预设区间的温度范围为35至40℃，第二温度预设区间的温度范围为28至35℃。
本实施方式基于四通和三通所能连通的管网，将变压器油输油管路与两个储热区同时连通，并将变压器油输油管路、一号换热循环管路和二号换热循环管路与变压器油回油管路同时形成回路，使变压器油在余热利用状态和非利用状态均形成循环回路，直接进入变压器油回油管路的变压器油可采用常规方式进行散热，包括开启一定数量的散热器实现散热。两个储热区内的储热介质通过管路与供热管路同时连接形成回路，可实现对热源的选择。
本实施方式根据变压器油温度范围对温度预设区间选定为35至40℃，和28至35℃，使变压器油的温度高于常态下储热介质的温度，避免储热介质向变压器油传递热量的情况发生。
目前，变电站建筑95％以上采用电暖气采暖，变电站供暖热负荷要求不高，变压器正常工作情况下，所产生的损耗足以提供热量用来对变电站建筑进行采暖。根据普查情况，变压器油温最高可达40℃以上(一般在10月、4月时)，最低不低于10℃(12月、1月时)。变压器油温是由变压器当时电负荷功率、环境温度和投入使用变压器散热器数量综合因素影响的。
热回收热泵的原理是以热泵消耗一定的高品位能(高温蒸汽或电能)来驱动工质，使其在热泵系统内以相变热形式吸收冷却水中所携带的低品位能(废热)，将这两部分能量一起通过热泵工质的热力循环，输送至高温环境中去。
进一步，三通的一号口e与一储热区内的储热介质出口E之间设置阀门四，三通的三号口f与二储热区内的储热介质出口F之间设置阀门五，三通的二号口p与热泵之间设置阀门六；
控制器获取采暖区域的当前供暖目标温度，将当前供暖目标温度与第一目标温度和第二目标温度进行比较，选择温度差值小的储热区作为热源，控制阀门四与阀门六对应开启或阀门五与阀门六对应开启，实现向采暖区域供热；作为热源的储热区的储热介质入口和储热介质出口之间形成循环通路。
本实施方式中将两储热区对应的第一目标温度和第二目标温度与当前供暖目标温度进行比较来确定作为当前热源的储热区，选择与当前供暖目标温度最接近的储热区作为热源，可节约热泵的能量消耗，从而进一步节约能源。
作为示例，结合图1所示，所述一号换热循环管路11和二号换热循环管路12均为由下至上的螺线管式结构。
通过对变压器油流速的控制，可使变压器油在螺线管式结构换热循环管路中按设定速度流动，使变压器油的余热与储热介质进行充分的交换。螺线管式结构的管路在储热区内可实现极大程度的分散排布，并且分散均匀，可避免造成热量分布的不均衡。
作为示例，所述一号换热循环管路11和二号换热循环管路12均为由下至上的蛇形线结构；并且一号换热循环管路11和二号换热循环管路12的外表面设置散热片。
蛇形线结构的循环管路类似于北方传统的暖气片结构，具有散热效果好的优势，在其上均匀设置散热片，可进一步提高其散热能力。
再进一步，变压器油回油管路上设置多个散热器，控制器根据变压器油回油管路入口C处的油温确定散热器的开启数量。
散热器是用来保障变压器在正常内部温度下工作的装置，一台变压器两侧会有数组并联的散热器，散热器可按照变压器内部温度的实际情况分组开启或关闭。也就是说，当需要理想的变压器油温时，可根据变压器电负荷功率、环境温度情况来控制散热器开关实现。
再进一步，变压器油输油管路上设置流速控制装置，通过控制器控制流速控制装置使变压器油流速小于2m/s。
选用LWGY-15C型涡轮流量(流速)计。LWGY型涡轮流量计是一种速度型流量测量仪表，用于测量流经封闭管道中流体的流量，特别适用于较低粘度流体的流量测量。
作为示例，储热介质为40％溶液浓度的乙二醇防冻液。采用40％溶液浓度的乙二醇防冻液来代替水与变压器油进行换热，可保证在室外温度低至-40℃时，不会发生冻结，从而避免管道冻裂的危险。
虽然在本文中参照了特定的实施方式来描述本发明，但是应该理解的是，这些实施例仅仅是本发明的原理和应用的示例。因此应该理解的是，可以对示例性的实施例进行许多修改，并且可以设计出其他的布置，只要不偏离所附权利要求所限定的本发明的精神和范围。应该理解的是，可以通过不同于原始权利要求所描述的方式来结合不同的从属权利要求和本文中所述的特征。还可以理解的是，结合单独实施例所描述的特征可以使用在其它所述实施例中。
Claims (6)
1.一种变压器余热储热系统，其特征在于包括储热罐（10），储热罐（10）内设置一储热区和二储热区；
一储热区内设置变压器油一号换热循环管路（11），一号换热循环管路（11）的入油口A连接四通的一号口a，四通的二号口b连接变压器油输油管路出口B；四通的三号口c连接变压器油回油管路入口C，一号换热循环管路（11）的出油口连接变压器油回油管路入口C；
二储热区内设置变压器油二号换热循环管路（12），二号换热循环管路（12）的入油口D连接四通的四号口d，二号换热循环管路（12）的出油口连接变压器油回油管路入口C；
一储热区内的储热介质出口E连接三通的一号口e,三通的二号口p连接供热管路，供热管路上通过设置热泵向取暖终端供热；供热管路的回水口连接一储热区内的储热介质入口；
二储热区内的储热介质出口F连接三通的三号口f,供热管路的回水口同时连接二储热区内的储热介质入口；
一号换热循环管路（11）的入油口A处设置阀门一，二号换热循环管路（12）的入油口D处设置阀门二，变压器油回油管路入口C处设置阀门三；
在储热状态下，采用温度传感器采集变压器油输油管路出口B处的油温：
若油温处于第一温度预设区间，通过控制器控制阀门一和阀门三开启，使变压器油进入一号换热循环管路（11）与一储热区内的储热介质换热；当一储热区内的储热介质达到第一目标温度，关闭阀门一，一储热区储热完成；
若油温处于第二温度预设区间，通过控制器控制阀门二和阀门三开启，使变压器油进入二号换热循环管路（12）与二储热区内的储热介质换热；当二储热区内的储热介质达到第二目标温度，关闭阀门二，二储热区储热完成；
若油温低于第二温度预设区间的下限，或者两个储热区均完成储热，或者一个储热区完成储热，油温处于另一个储热区的温度预设区间以外，则通过控制器控制阀门三开启，使变压器油直接进入变压器油回油管路；
第一温度预设区间的温度范围为35至40℃，第二温度预设区间的温度范围为28至35℃；
三通的一号口e与一储热区内的储热介质出口E之间设置阀门四，三通的三号口f与二储热区内的储热介质出口F之间设置阀门五，三通的二号口p与热泵之间设置阀门六；
控制器获取采暖区域的当前供暖目标温度，将当前供暖目标温度与第一目标温度和第二目标温度进行比较，选择温度差值小的储热区作为热源，控制阀门四与阀门六对应开启或阀门五与阀门六对应开启，实现向采暖区域供热；作为热源的储热区的储热介质入口和储热介质出口之间形成循环通路。
2.根据权利要求1所述的变压器余热储热系统，其特征在于，
所述一号换热循环管路（11）和二号换热循环管路（12）均为由下至上的螺线管式结构。
3.根据权利要求1所述的变压器余热储热系统，其特征在于，
所述一号换热循环管路（11）和二号换热循环管路（12）均为由下至上的蛇形线结构；并且一号换热循环管路（11）和二号换热循环管路（12）的外表面设置散热片。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的变压器余热储热系统，其特征在于，
变压器油回油管路上设置多个散热器，控制器根据变压器油回油管路入口C处的油温确定散热器的开启数量。
5.根据权利要求1所述的变压器余热储热系统，其特征在于，
变压器油输油管路上设置流速控制装置，通过控制器控制流速控制装置使变压器油流速小于2m/s。
6.根据权利要求1所述的变压器余热储热系统，其特征在于，
储热介质为40%溶液浓度的乙二醇防冻液。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| CB03 | Change of inventor or designer information |
Inventor after: Zhang Jian Inventor after: Zhang Kexin Inventor after: Zhang Peng Inventor after: Yu Hao Inventor after: Hou Xiumei Inventor after: Li Zhongyuan Inventor after: Cai Zeshi Inventor after: Li Tong Inventor after: Zhang Hang Inventor after: Xu Minhu Inventor after: Wang Lei Inventor after: Wang Yao Inventor after: Sun Wei Inventor after: Zhang Liang Inventor after: Guo Yuenan Inventor before: Zhang Jian Inventor before: Zhang Kexin Inventor before: Zhang Peng Inventor before: Yu Hao Inventor before: Hou Xiumei Inventor before: Li Zhongyuan Inventor before: Cai Zeshi Inventor before: Li Tong Inventor before: Zhang Hang Inventor before: Xu Minhu Inventor before: Wang Lei Inventor before: Wang Yao Inventor before: Sun Wei Inventor before: Zhang Liang Inventor before: Guo Yuenan |
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| CB03 | Change of inventor or designer information | ||
| TA01 | Transfer of patent application right |
Effective date of registration: 20240117 Address after: 150030, No. 61, building North Street, Xiangfang District, Heilongjiang, Harbin Applicant after: STATE GRID HEILONGJIANG ELECTRIC POWER COMPANY LIMITED, ELECTRIC POWER Research Institute Applicant after: STATE GRID CORPORATION OF CHINA Address before: 150030, No. 61, building North Street, Xiangfang District, Heilongjiang, Harbin Applicant before: STATE GRID HEILONGJIANG ELECTRIC POWER COMPANY LIMITED, ELECTRIC POWER Research Institute |
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| TA01 | Transfer of patent application right | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |