CN1862719A

CN1862719A - 一种蒸发冷却变压器

Info

Publication number: CN1862719A
Application number: CN 200510086888
Authority: CN
Inventors: 张国强; 郭卉; 顾国彪
Original assignee: Institute of Electrical Engineering of CAS
Current assignee: Institute of Electrical Engineering of CAS
Priority date: 2005-11-17
Filing date: 2005-11-17
Publication date: 2006-11-15

Abstract

本发明涉及一种导流管式蒸发冷却变压器，包括铁心[10]、低压线圈[20]、高压线圈[30]、引线[50]、导流管[120]或散热通道[130]、上盖[140]、下盖[150]以及由进气管[70]、集气管[80]、汇流管[90]、回液管[100]、冷凝器[60]组成的蒸发冷却系统。其特征在于线圈内侧或外侧设置导流管[120]或散热通道[130]，导流管[120]或散热通道[130]内加入冷却介质[40]，导流管[120]上部或散热通道[130]上部通过上盖[140]与进气管[70]下部相连，进气管[70]上部与集气管[80]下部相连，集气管[80]上部与冷凝器[60]相连，冷凝器[60]下部与汇流管[90]上部相连，汇流管[90]下部与回液管[100]相连。铁心[10]采用空气冷却。本发明可大大地降低蒸发冷却介质的使用量，降低了蒸发冷却变压器的成本。

Description

一种蒸发冷却变压器

技术领域

本发明涉及一种变压器，特别涉及导流管式蒸发冷却变压器。

背景技术

目前，绝大部分变压器所采用的冷却方式是空冷、油冷等。随着容量的不断增大，上述冷却方式的弊病越来越明显，蒸发冷却技术(也可称为相变降温技术、沸腾换热技术等)是对上述冷却方式的重大改进，能使变压器的运行温度大大降低，经济性和安全性得到显著提高。

申请号为99237863.x的实用新型专利提出的蒸发冷却电力变压器和申请号为98200236.x的实用新型专利提出的新型蒸发冷却变压器采用氟的化合物为冷却介质，将冷却介质代替变压器油放置在油箱中，变压器的铁心和线圈均置于蒸发冷却介质中，由冷却介质吸收变压器的热量发生汽化，产生相变吸热，经冷凝器冷却再液化，如此反复循环。且该冷却介质具有消防性，克服了油浸式变压器、干式变压器和气体绝缘变压器的不足，冷却效果好，可靠性高。但是，由于目前氟氯烃化合物的使用受到了环保的限制，这类变压器只能改用符合环保要求的蒸发冷却介质，同时由于符合环保要求的蒸发冷却介质价格昂贵，使得蒸发冷却变压器的价格也变得非常昂贵。因此，虽然蒸发冷却变压器能够有效克服油浸式变压器、干式变压器和气体绝缘变压器的缺点，但因蒸发冷却介质必须更换为满足环保要求的、昂贵的新型介质，其经济性不再乐观。

日本东芝公司、日立公司、三菱电机和富士电机曾于1988年至1995年在国际刊物(IEEE Transactions on Power Delivery)上发表文章，提出一种气体绝缘变压器(EGIT)，即用氟碳化合物代替变压器油充当冷却介质，绝缘介质为SF6气体。其优点是不可燃、并且由于在线圈周围设置了专用的冷却通道，冷却介质仅在通道内循环，较浸润式蒸发冷却变压器而言，可大大地节省昂贵的蒸发冷却介质。但其缺点在于冷却通道为横向，为了实现冷却介质在通道内的循环，必须采用泵驱动，此外还需要设置压力均衡器，导致结构复杂。该EGIT已经进行了样机的试验。

发明内容

为克服现有技术蒸发冷却变压器在经济性方面的不足，本发明提出了一种蒸发冷却变压器，在变压器线圈的内侧、外侧或中间沿圆周设置一系列导流管，在导流管内放入冷却介质，或在线圈的散热通道内放入冷却介质，即由线圈的散热通道充当导流管。变压器发热较少的铁心采用空气冷却。冷却介质可以是单一的蒸发冷却介质，或者是两种或两种以上的蒸发冷却介质的混合介质，也可以是一种或一种以上的蒸发冷却介质和其他液体介质的混合介质。导流管或散热通道的总容积较小，可以达到减少昂贵的蒸发冷却介质用量的目的，从而提高蒸发冷却变压器的经济性，且导流管或散热通道内的液体依靠重力作用，可实现密闭无泵自循环。

本发明由铁心、线圈、导流管(或散热通道)、引线以及蒸发冷却系统组成。

本发明的蒸发冷却系统由进气管、集气管、汇流管、回液管以及冷凝器组成。

本发明的导流管材料可以是不锈钢、金属、环氧、酚醛、尼龙、塑料、橡胶、木材、纸制品、玻璃钢、石油化工制品等。

本发明的蒸发冷却介质包括以下三个系列：

1)Vertrel系列，包括：XF(HFC 43-10mee)、XM(HFC 43-10/甲醇)、XE(HFC 43-10/乙醇)、XP(HFC 43-10/IPA)、MCA(HFC 43-10/t-DCE)、MCA+(HFC43-10/t-DCE/环戊烷)、SMT(HFC 43-10/t-DCE/甲醇)、XMS(HFC 43-10/t-DCE/环戊烷/甲醇)、XMS+(HFC 43-10/t-DCE/环戊烷/甲醇)、X-DA(HFC 43-10/表面活性剂/抗静电剂)、X-B3(HFC 43-10/乙二醇丁醚)、Xsi(HFC 43-10/OS-10)、XH、X-P10等。

2)ASAHIKLIN系列，包括：AE-3000，AE-3100E，AK225等。

3)全氟叔胺系列，包括：全氟三乙胺(简称FY-131)、全氟三丙胺、全氟三丁胺(简称FY-111)、全氟三戊胺(简称FY-121)、全氟环醚(简称FY-04)，以及美国3M公司的以下牌号的注册产品：FC-40、FC-43、FC-70、FC-71、FC-72、FC-722、FC-77、FC-84、FC-87、FC-104、FC-3283、FC-5312、H-27、H-125、H-100、H-400、H-190、HFE-7100、PF-5060、PF-5080、FX-3250等。

以上三个系列的蒸发冷却介质均具有无色、无味、无毒(或低毒)、不燃烧等特点。

本发明与蒸发冷却介质混合的其他液体可以是变压器油、超高压变压器油、电容器油、电缆油、桐油、亚麻仁油、蓖麻油、烷基苯(AB)、烷基萘、异丙基联苯(即IPB或Wemcol)、二芳基乙烷(PXE)、偏苯三羧酸三2-乙基己酯(简称TOTM)、磷酸酯类绝缘油[(RO)3P＝0]、α液(阿尔法矽液)、聚α烯、Midel7131以及硅油等。

混合介质的用量原则是：蒸发冷却介质用量为全部介质体积的0.5～100％，相应的，其他液体的用量为全部介质体积的99.5～0％。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的描述。

图1是本发明单相变压器的具体实施方式之一的结构示意图。

图1中：10铁心、20低压线圈、30高压线圈、40冷却介质、50引线、60冷凝器、70进气管、80集气管、90汇流管、100回液管、110支架、120导流管。

图2是本发明单相变压器的具体实施方式之二的结构示意图。

图2中：10铁心、20低压线圈、30高压线圈、40冷却介质、50引线、60冷凝器、70进气管、80集气管、90汇流管、100回液管、110支架、130散热通道、140上盖、150下盖。

具体实施方式

本发明蒸发冷却变压器由铁心10、低压线圈20、高压线圈30、冷却介质40、引线50、冷凝器60、进气管70、集气管80、汇流管90、回液管100、支架110、导流管120或散热通道130、上盖140和下盖150组成。

本发明具体实施方式之一如图1所示，该示意图中的变压器为单相变压器，在该变压器的低压线圈20的内侧沿圆周放置一系列空心导流管120，低压线圈20和高压线圈30之间、高压线圈30外侧亦分别沿圆周放置一系列空心导流管120，导流管120内放入冷却介质40，冷却介质40可以是单一的蒸发冷却介质，或者是两种或两种以上的蒸发冷却介质的混合介质，也可以是一种或一种以上的蒸发冷却介质和其他液体介质的混合介质。导流管120的上部与进气管70下部相连，进气管70上部与集气管80下部相连，集气管80上部与冷凝器60相连，冷凝器60下部与汇流管90上部相连，汇流管90下部与各导流管120下部的回液管100相连。支架110起到支撑冷凝器60的作用。

对于采用层式线圈、泊式线圈和饼式线圈的变压器，为了进一步加强冷却效果，还可以在线圈的内部沿圆周放置一系列的导流管120。导流管120的截面形状除圆形外，还可为任意形状。

对于采用浇注、压注、浸渍或注塑成型技术加工的线圈而言，导流管120与线圈可以通过浇注、压注、浸渍或注塑成一体，对于没有采用浇注、压注、浸渍或注塑成型技术加工的线圈而言，导流管120与线圈之间可以用紧固件紧固连接。

本发明具体实施方式之一中的导流管120的上下部是直接与进气管70和回液管100相连，实际上导流管120的上下部还可以通过其他相同或不同材料的连接管件与进气管70和回液管100相连。

本发明具体实施方式之二如图2所示，该示意图中的变压器为单相变压器，且线圈为浇注线圈，在浇注成一体的线圈内部设置了一系列散热通道130，在本发明中该散热通道130可充当导流管的作用。本发明在线圈的上部设置了上盖140，线圈下部设置了下盖150，散热通道130内放入冷却介质40，冷却介质40可以是单一的蒸发冷却介质，或者是两种或两种以上的蒸发冷却介质的混合介质，也可以是一种或一种以上的蒸发冷却介质和其他液体介质的混合介质。线圈上盖140上部与进气管70下部相连，进气管70上部与集气管80下部相连，集气管80上部与冷凝器60相连，冷凝器60下部与汇流管90上部相连，汇流管90下部与线圈下盖150下部的回液管100相连。支架110起到支撑冷凝器60的作用，引线从线圈侧面引出。

本发明实施方式之二中的线圈上盖140和下盖150的制作材料可以是不锈钢、金属、环氧、酚醛、尼龙、塑料、橡胶、木材、纸制品、玻璃钢、石油化工制品等。

本发明实施方式之二中的线圈上盖140、下盖150与线圈之间连接在一起，线圈上盖140、下盖150与进气管70和回液管100之间连接在一起，连接方式可以是浇注，也可以粘连，还可以通过机械方式装配在一起。

以上具体实施方式中的进气管和回液管100的制作材料可以是不锈钢、金属、环氧、酚醛、尼龙、塑料、橡胶、木材、纸制品、玻璃钢、石油化工制品等。

线圈中散热通道130的数量为任意，散热通道130的横截面形状为任意。

以上具体实施方式中的进气管70和回液管100均为单根，实际上，本发明所涉及的进气管70和回液管100的数量还可以为多根，多根之间可以互相连通，也可以不互相连通，多根进气管70和回液管100排列位置任意，即可排在变压器的一侧，也可排在变压器的两侧，且进气管70和回液管100的截面形状任意，进气管70和回液管100可以为长管、弯管、圆管或椭圆管等任意形状。

本发明对于三相变压器的情况与单相变压器类似。

本发明所涉及的线圈除低压线圈、高压线圈外，还可以包括中压、调压、平衡线圈等。

本发明所涉及的变压器采用的绝缘可以是空气绝缘、SF₆气体绝缘、SF₆和其他气体的混合绝缘、环氧浇注绝缘以及带壳体的真空或半真空绝缘，或本发明所述的可与蒸发冷却介质混合的其他液体绝缘介质、绝缘技术的组合应用等。

本发明所涉及的变压器的电压等级从0.4kV到1050kV。

本发明所采用的冷凝器可以是水冷凝器或风冷凝器两类，如果二次冷却媒质为水，则采用水冷凝器；如果二次冷却媒质为空气，则采用空气冷凝器(风冷凝器)。

本发明导流式蒸发冷却变压器的工作原理是：当变压器工作时，铁心10、线圈(包括低压线圈20、高压线圈30或者中压、调压、平衡线圈等)发热，铁心10由周围空气冷却，线圈将热量传递给导流管120或散热通道130内冷却介质40中的蒸发冷却介质，蒸发冷却介质吸热后温度升高，当温度达到内部压力所对应的饱和温度时，蒸发冷却介质开始汽化形成气相和液相的混合物。气相、液相混合的两相流体由于密度小，不断上升，从线圈上部的进气管进入到集气管80内并进入冷凝器中被冷凝器冷凝后形成液体通过汇流管90，流入回液管100中，并最终回到导流管120或散热通道130内，形成周而复始的循环。

本发明利用导流管120或散热通道130内的蒸发冷却介质将热量带走，大大地降低了蒸发冷却介质的使用量，从而降低了蒸发冷却变压器的成本，提高了蒸发冷却介质的经济性。

Claims

1、一种蒸发冷却变压器，包括铁心[10]、低压线圈[20]、高压线圈[30]、引线[50]以及由进气管[70]、集气管[80]、汇流管[90]、回液管[100]、冷凝器[60]组成的蒸发冷却系统，其特征在于变压器的低压线圈[20]的内侧沿圆周放置一系列空心导流管[120，低压线圈[20]和高压线圈[30]之间、高压线圈[30]外侧亦分别沿圆周放置空心导流管[120]；导流管[120]内放入冷却介质[40]；导流管[120]的上部与进气管[70]下部相连，进气管[70]上部与集气管[80]下部相连，集气管[80]上部与冷凝器[60]相连，冷凝器[60]下部与汇流管[90]上部相连，汇流管[90]下部与各导流管[120]下部的回液管[100]相连；或在线圈的散热通道[130]内放入冷却介质；线圈的上部设置上盖[140]，线圈下部设置下盖[150]，散热通道[130]内放入冷却介质[40]，线圈上盖[140]、下盖[150]与线圈之间连接在一起，线圈上盖[140]、下盖[150]与进气管[70]和回液管[100]之间连接在一起。

2、按照权利要求1所述的蒸发冷却变压器，其特征在于冷却介质[40]可以是单一的蒸发冷却介质，或者是两种或两种以上的蒸发冷却介质的混合介质，也可以是一种或一种以上的蒸发冷却介质和其他液体介质的混合介质；混合介质的用量原则是：蒸发冷却介质用量为全部介质体积的0.5～100％，其他液体的用量为全部介质体积的99.5～0％。

3、按照权利要求1所述的蒸发冷却变压器，其特征在于导流管[120]的上、下部还可以通过其他连接管件与进气管[70]和回液管[100]相连；进气管[70]和回液管[100]的数量可以为多根，多根之间可以互相连通，也可以不互相连通；多根进气管[70]和回液管[100]既可排列在变压器的一侧，也可排在变压器的两侧。