CN201041765Y

CN201041765Y - 蒸发冷却非均相式电力变压器

Info

Publication number: CN201041765Y
Application number: CNU2007201202171U
Authority: CN
Inventors: 谢世英
Original assignee: SHENZHEN AOTEXUN ELECTRICAL EQUIPMENT CO Ltd
Current assignee: Shenzhen Aodian High-handed Electric Co., Ltd.
Priority date: 2007-05-21
Filing date: 2007-05-21
Publication date: 2008-03-26
Anticipated expiration: 2017-05-21

Abstract

本实用新型涉及一种蒸发冷却非均相式电力变压器，为解决现有变压器在冷却技术中存在的各种问题，本实用新型的变压器包括箱体、装于箱体内的变压器器身、以及装于箱体内的蒸发冷却介质，其中，冷却介质的蒸发温度在30－123℃之间，变压器器身浸于所述蒸发冷却介质中，并设置有用于对从所述箱体内蒸发流出的气态介质进行冷却、使之凝结为液态并回流到所述箱体内的冷却器。变压器工作时，所述冷却介质的蒸发、冷凝全过程无需外加动力，可形成良好、高效的自动循环冷却，并可降低变压器的运行温度，提高变压器的运行效率。而其中使用的冷却介质(A·HFC－8160)的环保特性好，大大优于传统技术中使用的六氟化硫介质。

Description

蒸发冷却非均相式电力变压器

技术领域

本实用新型涉及电力变压器，更具体地说，涉及一种蒸发冷却非均相式电力变压器。

背景技术

当前具有代表性的电力变压器主要有油浸冷却变压器、环氧树脂干式变压器、以及SF₆(六氟化硫)气体变压器，三者分别代表了液体、固体、气体三种不同冷却方式的变压器。

其中，油浸变压器采用变压器油为冷却介质，其电气性能良好，但导热性能差，油质使用时间略久后就会沉淀，维护工作量大。变压器油易吸潮，耐温也低，只能在105℃以下才能安全运行。此外，变压器油易燃烧，这是最大的缺点，所以这种变压器难于进入都市的供电系统和对防火要求高的场地，例如石油、化工、电站厂房内部等。

环氧树脂干式变压器以环氧树脂为主绝缘，它是一种难燃的变压器，近年来多用于都市环境；由于其主绝缘很厚，所以散热很困难。这种变压器是采用自然通风冷却或者增设强迫空气冷却，冷却效率差，因此体积较大，材料用量也大，相对的效率也较低，价格较贵。另一问题是环氧树脂是不能降解的，因此这种干式变压器退役后就难以处理，会造成环保问题。

SF₆气体变压器中使用了SF₆气体，其绝缘性能和灭电弧性能良好，且不燃烧；但是它的导热性能很差，运行时有压力，使变压器箱体成了一个压力容器，密封要求也高，所以制造难度大，产品价格昂贵。最大的问题是其温室效应太大，GWP＝23900。按照《京都议定书》，温室效应大于1000时，就要限制其排放量。

可见，上述三种变压器都存在各自的缺点，不能完全满足当今建设发展的需要。

在朱英浩院士主编的《新编变压器实用技术问答》一书(辽宁科学技术出版社，1999年7月1日出版)中，介绍了一种蒸发冷式变压器，如图1所示，其中，101是变压器器身，102是喷淋器，103是压缩机，104是冷却器，105是回液管，106是出气管，107是泵，108是冷液槽，109是液滴，110是SF₆气体，111是FC-75液体。

该变压器中采用了典型的喷淋式蒸发冷却方式。在投入电网前，先充满SF₆气体，投入电网之后，泵107将液体FC-75抽入喷淋器102中，由喷淋器将FC-75喷向变压器器身101；FC-75吸收变压器器身的热耗，使自己的温度升高，在相应的压力下蒸发成气体；然后沿出气管106升入冷却器104中，在此被冷凝后变成液体，再经回液管105流回冷液槽108中。如此循环，即可使变压器获得冷却。图中压缩机103提供驱使SF₆气体循环流动的动力。

从图1及上面的描述可以看出，这种变压器仍有不少缺点：

(1)这种冷却方式要应用液体FC-75和气体SF₆，冷却循环中所需的液体和气体需要依靠泵和压缩机才能循环，所以是一种强迫循环方式。

(2)由于其中的冷却液是从变压器器身的上顶往下喷淋，使温度分布很不均匀，上顶和下底温差会高达40℃。

(3)因其中使用了压力SF₆气体，使得变压器箱体变成压力容器，而且SF₆气体一旦泄露出来，其分解物会与水化合而成为有毒的物质，对设备和人身都是非常有害的。

(4)虽然SF₆气体对臭氧层的破坏力ODP＝0.00，但是其温室效应GWP＝23900，在大气层中的寿命ALT＝3200，根据《京都议定书》(KyotoProtocol)规定，当GWP超过1000值时，就要限制其排放量，并且要求发达国家首先将温室气体的排放量冻结在20世纪90年代的水平。

此外，除申请号为98200236.X是采用全浸式结构而外、申请号为200610011371.5的专利申请中，公开了不同结构的蒸发冷却式变压器，但其中都要采用SF₆气体加FC-75液体作为混合绝缘，并且都需要外置泵促使冷却液体循环作为绝缘体，前面已经叙述过SF₆气体有主要缺点：即对大气温室效应的严重影响。

实用新型内容

本实用新型要解决现有变压器在冷却技术中存在的各种问题，特别是需使用SF₆气体而造成的对环保不利的问题。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种蒸发冷却非均相式电力变压器，包括箱体、装于所述箱体内的变压器器身、以及装于所述箱体内的蒸发冷却介质，其特征在于，所述冷却介质的蒸发温度在30-123℃之间；所述变压器器身浸于所述蒸发冷却介质中；还包括用于对从所述箱体内蒸发流出的气态介质进行冷却、使之凝结为液态，并回流到所述箱体内的冷却器。

本实用新型中，所述冷却器也可以是波纹箱式冷却器，并装于所述箱体的上方；从所述箱体内蒸发流出的气态介质可进入所述冷却器，在此被冷却为液态并在重力作用下自动滴回所述箱体内。

本实用新型中，所述冷却器也可以是水冷式冷却器，并装于所述箱体的上方；从所述箱体内蒸发流出的气态介质可进入所述冷却器，在此被冷却为液态并在重力作用下自动滴回所述箱体内。其中，所述水冷式冷却器可以是用铜管、铝合金管、或不锈钢管制成的管道式水冷却器。

本实用新型中，可在所述箱体内上部设置占箱体内部空间的15-30％的蒸发空间，所述蒸发空间所处位置的箱体侧壁构成所述冷却器；所述冷却介质蒸发后在所述蒸发空间所处位置的箱体侧壁被冷却为液态并在重力作用下自动滴回。此时，还可进一步在蒸发空间所处位置的箱体侧壁的外部增设冷却器。

本实用新型中，所述冷却器可以是外置式冷却器，其下部通过回液连管与所述箱体下部相通，其上部通过出气管与所述箱体上部相通；从所述箱体内的上部蒸发流出的气态介质可经所述出气管进入所述冷却器，在此被冷却为液态并经回液连管流回所述箱体内的下部。

针对前述设置蒸发空间的方案，所述蒸发空间所处位置的箱体侧壁可用波纹冷却片制成；并可将所述变压器器身倒置于所述箱体中。

由上述技术方案可以看出，本实用新型具有以下优点：

(1)采用蒸发冷却方式，降低了变压器的运行温度，也就降低了变压器导线的电阻温度系数，从而降低了变压器的负载损耗，提高了变压器的运行效率，这是现有变压器都无法做到的特性，所以它是一个节能高的变压器。

(2)在结构设计方面，按照蒸发冷却非均相理论，全面的开发了蒸发冷却的性能，即自然沸腾区、核态沸腾区，使之蒸发冷却效率能够全面的充分的发挥，因此提出了五种结构设计。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本实用新型作进一步说明，附图中：

图1是现有技术中的一种美国制造的蒸发冷却电力变压器的结构示意图；

图2A是本实用新型实施例一中变压器采用波纹箱式冷却器空气自冷方案的结构示意图；

图2B是图2A的左视图；

图3A是本实用新型实施例二中变压器采用管道式水冷却方案的结构示意图；

图3B是图3A的左视图；

图4A是本实用新型实施例三中变压器采用全浸没、自循环冷却方案的结构示意图；

图4B是图4A的左视图；

图5A是本实用新型实施例四中变压器采用分离式冷却方案的结构示意图；

图5B是图5A的左视图；

图6A是本实用新型实施例五中变压器采用钟罩式冷却方案的结构示意图；

图6B是图6A的左视图；

图7是高压绝缘套管及引出线的结构示意图；

图8是铝合金冷却管的结构示意图；

图9是压力控制的电路原理图。

具体实施方式

传统电力变压器的冷却都是基于显热的方式，本实用新型引入了介质在换热过程中发生相变，使其冷却效率大大提高。在换热过程中，介质从液相吸收热能变为气相，当温度降低到介质在相应压力下的蒸发温度点时，气相介质放出潜热冷凝为液滴，这个过程称之为蒸发冷却。

在应用蒸发冷却技术时，根据变压器特性和结构的不同，本实用新型研究了蒸发冷却非均相沸腾的方式。蒸发冷却非均相，是指介质的蒸发、冷凝全过程无需外加动力，并且介质的流动方向为非定向。从后面的实施例中可以看出，用于装设变压器器身的箱体正如一个大池子，将变压器器身完全浸入液态冷却介质中，构成非常理想的非均相蒸发结构。

因此，本实用新型将利用了上述技术方案的变压器其定名为“蒸发冷却非均相式电力变压器”。其中，在全密封的箱体内灌以在常温下呈液态的介质，介质浸没变压器器身，当变压器带上负荷后，会在器身的铁芯和线圈中产生电磁损耗，这些损耗转换为热耗，将周围的液态介质加热，部分液态介质受热后逐渐产生气泡。该气泡的流向是：从高压区流向低压区，从高温区流向低温区。所以，将冷却器设置在低压、低温区，可使流至冷却器的介质(气液两相)在此放热，并冷凝为液滴，再回流至箱体内。如此循环，即可使变压器获得有效的冷却。

在下面的表1中，将本实用新型变压器与传统变压器的主要性能作了一个对比。

表1：蒸发冷却变压器非均相式与干变、油变、SF₆气体变压器的性能比较

	蒸发冷却非均相式变压器	干式变压器	油变压器	SF₆气体变压器
	蒸发冷却非均相式变压器	干式变压器	油变压器	SF₆气体变压器	绝缘等级	B/F	B/F/H	A	E/B
冷却介质	氟碳化合物	空气	变压器油	SF₆气体	绝缘等级	B/F	B/F/H	A	E/B
冷却介质	氟碳化合物	空气	变压器油	SF₆气体	防燃性	不燃、灭火	阻燃	可燃	不燃
防潮性	好	差	一般	差	防燃性	不燃、灭火	阻燃	可燃	不燃
防潮性	好	差	一般	差	密封性	全密封	敞开	半密封、全密封	全密封
运行时内部压力	0.02MPa-0.015MPa	无	半密封：无0.02MPa-0.015MPa	0.1-0.6MPa	密封性	全密封	敞开	半密封、全密封	全密封
运行时内部压力	0.02MPa-0.015MPa	无	半密封：无0.02MPa-0.015MPa	0.1-0.6MPa	强迫冷却方式	自循环	风扇	空气自冷风扇、泵	泵
生态环保特性	对臭氧层的破坏力：ODP(CFC11＝1)0.000对大气层的温室效应GWP(CO₂＝1)500在大气层的寿命ALT(1TH)＝4	变压器退役后环氧树脂不能降解，造成环境污染	小	SF₆气体分解物与水结生合生成腐蚀性极强的氢氟酸，剧毒，对人身和设备均有损害。环保特性：对臭氧层的破坏力：ODP(以CFC11＝1)＝0.000对大气层的温室效应GWP(以CO₂＝1)＝23900在大气中的寿命ALT(1TH)＝3200	强迫冷却方式	自循环	风扇	空气自冷风扇、泵	泵
生态环保特性		变压器退役后环氧树脂不能降解，造成环境污染	小		损耗	小	大	较小	较大
绕组温升限随(K)	65^*	125/155	65	65	损耗	小	大	较小	较大
绕组温升限随(K)	65^*	125/155	65	65	过载能力	强	弱	一般	弱
噪声	低	高	较低	较低	过载能力	强	弱	一般	弱
噪声	低	高	较低	较低	耐老化	绝缘不易老化	易老化	易老化	易老化
防尘性	好	差	好	好	耐老化	绝缘不易老化	易老化	易老化	易老化
防尘性	好	差	好	好	维护工作	少	少	一般	多
使用地点	户内、户外	户内	户外	户内、户外	维护工作	少	少	一般	多
使用地点	户内、户外	户内	户外	户内、户外	使用寿命	30年	20年	20年	20年
出厂价格^*	较高	高	低	高	使用寿命	30年	20年	20年	20年
出厂价格^*	较高	高	低	高	服役期间运营成本	低	较高	较高	高

*：蒸发冷却变压器应用的介质最高使用温度是400℃，此处表中所说的温升限值65K，是指为了降低变压器的负载损耗，从降低铜线的电阻温度出发，限其温升限值65K.

*：参照目前国际通用计算变压器价格法，即总拥有费用法TOC(Total Owning Cost)。

本实用新型的以下实施例中，使用了一种名为A·HFC-8160的蒸发冷却介质，A·HFC-8160是一种氟矿石作为原料提炼的液体，原料产地主要在中国，本产品已由深圳奥特迅高压电器有限公司化工部制造成功。作为商品，命名为A·HFC-8160，A代表奥特迅，其化学分子式为C_mF_nH_xO_y，其中m＝4～10、n＝10～20、x＝0～4、y＝0～4，其子结构可以是直链、支链、或环状的一种或多种的结合。当改变m、n、x、y时，即可调节液体的蒸发温度，介电常数及分子量，而耐电压强度均在≥40kV，下面列出一些品种的特性。

分子式	蒸发温度℃	介电常数	耐压强度kV/2.5mm	分子量	比重克/厘米25℃
分子式	蒸发温度℃	介电常数	耐压强度kV/2.5mm	分子量	比重克/厘米25℃	C₆F₁₂	30	1.72	＞40	290	1.7
C₆F₁₄	58	1.75	＞40	310	1.72	C₆F₁₂	30	1.72	＞40	290	1.7
C₆F₁₄	58	1.75	＞40	310	1.72	C₈F₁₈	104	1.79	＞40	320	1.75
C₈F₁₆O	101	1.81	＞40	415	1.85	C₈F₁₈	104	1.79	＞40	320	1.75
C₈F₁₆O	101	1.81	＞40	415	1.85	C₇F₁₄	77.5	1.86	＞40	425	1.86
C₉F₂₀	123	1.89	＞40	435	1.89	C₇F₁₄	77.5	1.86	＞40	425	1.86

下面将结合附表对其性能作详细的说明，其中表2显示了该介质的物理化学特性，表3显示了其环保特性，表4显示了其热导系数，表5显示了该介质在化学溶剂的溶解性，表6显示气体在该介质中的溶解度，表7显示了该介质与金属、塑料、弹性材料的相容性。

这种介质是已知最稳定的化合物之一，它对许多物质是一种不良溶剂，与水和油都不能混合，不侵蚀绝缘材料和金属材料，它的液体是不能燃烧的，并且还有灭火的性能。热稳定性非常高，即使加热到400℃，也不会分解。作为冷却剂，A·HFC-8160是一种无色、无臭、无毒、无腐蚀性的液体，即使用手多次去接触它，皮肤上也毫无刺激。它可以无限期地储存在清洁的金属容器中而不会发生变化。

A·HFC-8160的粘滞性和表面张力极低，所以能在变压器绕组的匝间和铁芯冲片的缝隙中流动，并且在线圈表面很容易地沾湿。它的分子量很高，所以它的气体密度也很高，蒸发冷却效果好。

A·HFC-8160在液态时具有相当高的介电强度，用标准油杯试验，电击穿强度＞40KV。在应用上更为重要的特点是它的气体也具有很高的介电强度，气体和蒸发气体的介电强度和压力的变化成比例关系，一般是随压力上升而增加，因此A·HFC-8160在1Kg/cm2的表压力下，其蒸发气体的介电强度可与变压器油相比。在＜35KV时未发现有电晕现象。

A·HFC-8160的蒸发点可在30-123℃的范围调节。因此它可以选择空气和水作为二次冷却介质。A·HFC-8160的凝固点可低到-88℃，因此它可以在-55℃的地区运行。

此外，这种介质还有以下特点：(1)由于它的低粘滞度、高密度、高体积膨胀，可提供很好的热力对流。(2)由于它的表面张力低，所以在热表面很容易使受热蒸发成的气泡上升到液面并浮出液面。(3)由于它的高热导和高的热力特性，使之能很好的吸收热能。(4)由于它的粘度很低，所以流动起来很通畅，需要推动介质流动的功率是很小的，因此很容易建立自循环系统。(5)由于它在发生电弧时，在液体和气体中产生的自身热耗很小，因此产生的腐蚀性也是很小的。(6)在设备运行温度范围内，它的冷却效率特别好，例如100℃的碳阻在空气中自冷，带走的热耗为1W；若用A·HFC-8160浸没方式冷却，温度同样是100℃，所带走的电阻热负荷就达到5W。

试验表明，冷却1个2200W热耗的设备，如果用SF₆(六氟化硫)气体来冷却，需要5.5公斤、体积为1672cm³；而采用A·HFC-8160介质冷却时，只需要2.3公斤，体积只有885.6cm³。A·HFC-8160提供了实现蒸发冷却式变压器的关键技术，使产品制造成为可能，并能充分发挥其优越性。

表2、A·HFC-8160的物理化学特性

A·HFC-8160物、化、电特性
A·HFC-8160物、化、电特性		分子量	200～500
蒸发点℃	50～110	分子量	200～500
蒸发点℃	50～110	凝固点℃	≤-88
密度克/厘米(25℃)	1.4～1.8	凝固点℃	≤-88
密度克/厘米(25℃)	1.4～1.8	(-54℃)	≤1.96
粘度厘泊(25℃)	0.6～0.9	(-54℃)	≤1.96
粘度厘泊(25℃)	0.6～0.9	(-54℃)	1.1～1.4

A·HFC-8160物、化、电特性
A·HFC-8160物、化、电特性		蒸气压托	22～31
热力特性卡/克℃	0.22～0.25	蒸气压托	22～31
热力特性卡/克℃	0.22～0.25	在蒸发点的蒸发热卡/克	20～60
导热率瓦/厘米(℃/厘米)	0.0004～0.00063	在蒸发点的蒸发热卡/克	20～60
导热率瓦/厘米(℃/厘米)	0.0004～0.00063	膨胀系数	0.0012～0.0014
表面张力MN/M	15～20	膨胀系数	0.0012～0.0014
表面张力MN/M	15～20	介电强度KV/2.5mm	＞40
介电常数1KVHz	1.8～2.2	介电强度KV/2.5mm	＞40
介电常数1KVHz	1.8～2.2	介电损失1KVHz	0.0001～0.0003
体积电阻欧姆/厘米	10^14-16	介电损失1KVHz	0.0001～0.0003

表3、A·HFC-8160的环保性质

A·HFC-8160的环保性质
A·HFC-8160的环保性质		臭氧层破坏力ODP	0.00
致全球气候变暖力GWP	500	臭氧层破坏力ODP	0.00
致全球气候变暖力GWP	500	大气中寿命ALT(年)	4
毒性	无	大气中寿命ALT(年)	4
毒性	无	闪点	无
重金属检查	无	闪点	无

表4、A·HFC-8160的热导系数

流体	状态	温度()	热导系数(HTU/hr·ft·)
流体	状态	温度()	热导系数(HTU/hr·ft·)	A·HFC-8160	液体	-70	0.0890
-62.5	0.0876					-70	0.0890
-62.5	0.0876	-35.5	0.0836
+76.75	0.0813	-35.5	0.0836
+76.75	0.0813	+212	0.0705
蒸汽(一个大气压)	214	+212	0.0705			0.0080
	214	250	0.0112			0.0080
	300	250	0.0112		0.0251

表5、A·HFC-8160在化学溶剂的容解性(mg/100ml，20℃)

液体	A·HFC-8160在液体中	液体在A·HFC-8160中
液体	A·HFC-8160在液体中	液体在A·HFC-8160中	丙酮	4.8	1.2
苯	2.6	3.8	丙酮	4.8	1.2
苯	2.6	3.8	三氟化笨	微溶	微溶
甲笨醇	0.2	0.4	三氟化笨	微溶	微溶
甲笨醇	0.2	0.4	四氯化碳	20.2	36.5

液体	A·HFC-8160在液体中	液体在A·HFC-8160中
液体	A·HFC-8160在液体中	液体在A·HFC-8160中	氯笨	1.8	3.2
三氯甲烷	7.7	4.5	氯笨	1.8	3.2
三氯甲烷	7.7	4.5	环乙烷	0.9	2.4
三氯乙烷	微	微	环乙烷	0.9	2.4
三氯乙烷	微	微	乙醚	微	微
己酸盐	7.5	6.5	乙醚	微	微
己酸盐	7.5	6.5	庚烷	25.5	11.6
异丙烯基醇	4.1	1.3	庚烷	25.5	11.6
异丙烯基醇	4.1	1.3	甲醇	1.0	0.1
发烟硫酸	5.4	2.3	甲醇	1.0	0.1
发烟硫酸	5.4	2.3	石油	微	微
甲苯	2.9	4.1	石油	微	微
甲苯	2.9	4.1	松节油	5.3	1.0
二甲苯	3.0	3.0	松节油	5.3	1.0
二甲苯	3.0	3.0	水	不溶	不溶

表6、气体在A·HFC-8160中的溶解度

气体	温度(℃)	溶解(Mol％)
气体	温度(℃)	溶解(Mol％)	氨	25	0.44
氯	25	Ca10	氨	25	0.44
氯	25	Ca10	氮	10.6	0.354
	14.0	0.352	氮	10.6	0.354
	14.0	0.352		20.4	0.35
	25.0	0.349		20.4	0.35
	25.0	0.349		30.4	0.347
空气	0/25/80	0.48/0.46/0.42		30.4	0.347
空气	0/25/80	0.48/0.46/0.42	氟	25	0.14
氩	4.5	0.532	氟	25	0.14
氩	4.5	0.532		11.6	0.521
	19.4	0.508		11.6	0.521

气体	温度(℃)	溶解(Mol％)
气体	温度(℃)	溶解(Mol％)		25	0.5
	31	0.491		25	0.5
	31	0.491	氧	5.6	0.554
	14.3	0.54	氧	5.6	0.554
	14.3	0.54		25.0	0.52
	31.5	0.5		25.0	0.52
	31.5	0.5	二氧化碳	4.0	2.606
	9.5	2.363	二氧化碳	4.0	2.606
	9.5	2.363		18.0	2.179
	24.9	2		18.0	2.179
	24.9	2		25	1.996
	31.2	1.85		25	1.996
	31.2	1.85	SF₆	+35	15.5
	-25	7.3	SF₆	+35	15.5

表7、A·HFC-8160与金属、塑料、弹性材料的相容性

金属	时间(天)	温度()	结果
金属	时间(天)	温度()	结果	不锈钢18-8	10	230	不变
冷轧钢	10	230	不变	不锈钢18-8	10	230	不变
冷轧钢	10	230	不变	铝52S	10	230	不变
硅钢片	10	230	不变	铝52S	10	230	不变
硅钢片	10	230	不变	在冷轧板上银焊	10	230	不变
锡焊(95％锡，5％锌)	10	230	不变	在冷轧板上银焊	10	230	不变
锡焊(95％锡，5％锌)	10	230	不变	铜	10	230	不变
黄铜	10	230	不变	铜	10	230	不变
黄铜	10	230	不变	铜/盐合金C172	10	230	不变
镁合金A232B	10	230	不变	铜/盐合金C172	10	230	不变
镁合金A232B	10	230	不变	钨	10	230	不变
塑料				钨	10	230	不变
塑料				丙烯酸	10	230	不变
聚乙烯	10	230	不变	丙烯酸	10	230	不变

金属	时间(天)	温度()	结果
金属	时间(天)	温度()	结果	聚丙烯	10	230	不变
聚碳酸脂	10	230	不变	聚丙烯	10	230	不变
聚碳酸脂	10	230	不变	聚脂	10	230	不变
聚甲基丙烯碳酸甲脂	10	230	不变	聚脂	10	230	不变
聚甲基丙烯碳酸甲脂	10	230	不变	聚四氟乙烯包线	10	230	不变
聚四氟乙烯薄膜	10	230	不变	聚四氟乙烯包线	10	230	不变
聚四氟乙烯薄膜	10	230	不变	三聚氰胺压板	10	230	不变
尼龙薄膜	10	230	不变	三聚氰胺压板	10	230	不变
尼龙薄膜	10	230	不变	弹性材料
硅DC997包铜线	30	356	在端头处有微小膨胀	弹性材料
硅DC997包铜线	30	356		硅橡胶	30	356
氟橡胶	30	356		硅橡胶	30	356	不变
氟橡胶	30	356	丁晴橡胶	30	356	不变	不变
体积膨胀			丁晴橡胶	30	356	不变
体积膨胀			聚氯丁橡胶	3	194	无变化
聚硫橡胶	3	194	聚氯丁橡胶	3	194	无变化	无变化
聚硫橡胶	3	194	丁基150	3	194	无变化	无变化
丁二烯	3	194	丁基150	3	194	无变化	无变化
丁二烯	3	194	LS-53(氟硅橡胶)	3	194	无变化	无变化

本实用新型的实施例一如图2A和图2B所示，本实施例中采用的是波纹箱式冷却器空气自冷方案，其中，201是波纹箱式冷却器，202是箱体，203是接地螺栓，204是放气阀，205是分接开关，206是进液、放液阀，207是监控器，208是低压套管，209是视察窗，210是高压套管。

本实施例中的蒸发冷却变压器的外形与油浸冷却变压器基本相似，它的器身是浸没在冷却介质之中。在常温时，介质呈液体状态，箱体的结构为全密封式，冷却器布置在箱体上部，与箱体的上部开口相通。

当变压器带上负载后，由于变压器器身中硅钢片和绕组中产生的损耗转化为热耗，热量被器身周围的介质所吸收，介质的温度逐渐上升，在相应的压力下发生蒸发现象。最开始是处于自然蒸发状态，并产生细微的气泡；当达到介质的蒸发点温度时，开始进入核态沸腾状况，气泡逐渐增大，其质量与液态分子的质量差也逐渐增大；于是，按重力学的原理，质量轻的气泡就向低压区流动，当储存了足够的热能后，就会脱离液面而以气泡的形态浮升，进入到箱体上部的波纹箱式冷却器201中，气态介质在这里将热量传递给冷却器的金属面，自身则冷凝成液滴，并滴回箱体中，即转化为液态。工作过程中，液态介质不断吸收器身产生的热耗，产生相变而成为气态介质，从而对变压器中的发热部件进行冷却，所以这个冷却系统就称为蒸发冷却自循环系统。当介质进入核态沸腾后，换热方式就利用了介质相变的潜热特性，在相应的压力下，使设备的温度基本上恒定。

由于蒸发冷却系统采用了自循环方式，无需外置动力，所以可提高运行的可靠性。由于箱体上部安装了波纹箱式冷却器201，因此，分接开关205、低压套管208、高压套管210均装于变压器的侧面，放气阀204及监控器207则箱体的上方。而进液、放液阀206则装于箱体的下方。视察窗209装于箱体的侧面，高度与器身平齐，以便观察介质液面及介质蒸发的情况。

本实用新型的实施例二如图3A和图3B所示，其中，301是用铜管、铝合金或不锈钢管做成的水冷冷却器，302是变压器箱体，303是接地螺栓，304是放气阀，305是分接开关，306是进、出液阀，307是监控器，308是低压套管，309是视察窗，310是高压套管。

本实施例的结构与实施例一基本上是相同的，只是将其中变压器顶部的波纹箱式冷却器201用管道式水冷却器301代替，这是专门为水电站(或者水源很容易取得的地方)设计的，它可以利用水作为二次冷却介质，即由流动的水来带走热量，从而促进气态介质在此凝结为液滴。因为水冷却的效率高于空气冷却，所以从图3A与图2A比较可以看出，图3A变压器的高度显然比图2A低了许多，也就是说本实施例更能节省空间，而且本实施例中的变压器运行的温度更低。

本实用新型的实施例三如图4A和图4B所示，其中采用了全浸没、自循环冷却系统方案，其中，401是高压套管，402是低压套管，403是温度信号计，404是温度显示器，405是箱体，406是放气阀，407是进、出液阀，408是变压器器身，409是线圈，410是监控器，411是分接开关。

这种结构中，变压器器身408仍然是浸没在介质中，高压套管401和低压套管402安装在箱体的顶盖上。分接开关411吊挂在箱体的上方，从分接开关11以上，是空出来的空腔，作为预留的蒸发空间。箱体405是用波纹板组焊成的，使得结构更具整体性，箱体的刚度也大为增强。

本实施例的蒸发冷却系统的原理是一样的，箱体就如一个池子，变压器器身全浸没入于箱体内，液体高度约占3/4，多余的高度部分是不灌介质的，留出的体积作为蒸发空间，占1/4空间。变压器在带负荷运行时，变压器的铁芯和绕组产生的损耗转化为热耗，此热量加热其周围的介质，使得周围的介质温度上升，在相应的压力下发生蒸发现象。箱体内的大部分介质处于自然态蒸发状况，在热负荷的中心的部分介质(处于变压器器身高度2/3以上)会进入核态沸腾状态；气泡受热直径逐渐增大，浮升到液面，并脱离液面而形成气泡浮升到蒸发空间，将热量传给箱壁，在此凝结为液滴，再滴回箱体中。如此循环，可使变压器的温度基本上恒定。

具体实施时，根据不同变压器的冷却需要，蒸发空间的容积可占整个箱体内部空间的15％-30％。另外还可在蒸发空间那一段箱体的外部增设冷却器，例如设置波纹箱式冷却器，以增强冷却效果。

本实用新型的实施例四如图5A和图5B所示，这是一种分离式结构，即箱体与冷却器是分开的，并通过管子将两分离体联通，其中501是高压套管，502是低压套管，503是温度信号计，504是温度显示器，505是箱体，506是放气阀，507是进、出液阀，508是冷却器上段，509是冷却器下段，510是监控器，511是分接开关，512是回液连管，513是出气管。

图中的箱体505与通常全密封变压器的箱体结构基本上是一样的，只是箱体上不带冷却器(片)。冷却器是分离出来的，具体可用铝合金件组合而成，可以做成装配式结构，易于与箱体组合配套。使用铝合金可以制成多种样式，甚至可以组成大型雕塑结构，特别在大都市中心的大容量变电站中，可以树立起标志性的、有亮点的雕塑。本实施例中将分接开关511装在两线圈的弧形外空间，充分利用了两相绕组之间的空档，又可以降低变压器的高度。

本实施例中的变压器带上负荷后，蒸发的介质经出气管513流向冷却器，在冷却器上段508冷却后变为液滴，滴回冷却器下段509；对于经出气管513流出的热液体，则直接流至冷却器下段509；所有冷却后的介质均从回液连管512流回箱体505中，如此自动循环冷却。

本实用新型的实施例五如图6A和图6B所示，本实施例改变较大，基本的设计思路是将变压器器身倒置过来，其中601是上箱体，602是高压套管，603是低压套管，604是波纹箱式冷却器片，605是下箱体，606是监控器，607是分接开关，608是标志牌。

本实施例中，箱体分成上箱体601和下箱体605。变压器的下箱体605承担变压器器身底座、高压套管、低压套管和分接开关的安装。上箱体601的外部装有波纹冷却片，所以它同时是一个冷却器，其四壁和上顶是用波纹箱式冷却器片4焊接而成，正中间有空位，正好装设公司的标志牌6080。

本实施例中，下箱体605不承担冷却器的作用，全部的热交换在上箱体601中进行，上箱体的下段处于自然蒸发区，上段处于核态蒸发区，所以介质只灌到浸没变压器的器身即可，上段一部分及上顶的波纹片是空着的，留作核态蒸发的空间。这种结构非常紧凑，体积小，灌液量也少。

在上述各个实施例中，均可设置压力指示表，压力报警值参考波纹油箱耐受压力值，报警值可以在压力指示表上调节，设定的压力值在10KPa-15KPa可调。当压力达到设定值时，压力指示表会将信号送给控制箱，由控制箱控制电磁阀启动释压；当变压器内部压力降为零(表压)，电磁阀M关闭。在变压器投运初期或者检修后重新投入运行，由于变压器内部存在空气，随着冷却介质的蒸发，变压器内部压力会超过设定值，电磁阀M通常会启动释压，次数一般在2-4次，当变压器内部空气排尽，换热达到平衡后，变压器内部压力会恒定保持在安全范围内。如果电磁阀M出现故障，导致变压器内部压力升高不能正常释压，当压力超过设定值5分钟后压力还没有下降，由控制箱输出过压报警信号。当内部压力超过设定值5KPa后，变压器的安全阀启动释压，当压力释放后，安全阀自动关闭。控制电磁阀启动、关闭的原理如图9所示，其中控制箱主要是控制电磁阀M的启动和关闭，保证变压器内部压力维持在安全范围内，同时输出过温、过压报警信号。

当箱体内压力达到设定值时，K1闭合，J1带电，使其常开接点J12闭合，启动电磁阀M打开阀门释压，同时常开接点J11闭合使继电器J1处于自保持状态。压力下降K1断开，由于继电器J1处于自保持状态，电磁阀M不会关闭，继续释放压力。当压力降到安全点时，K2闭合，使J2带电，J21断开，继电器J1断电而使其常开接点J12打开，电磁阀M停止工作。

在上述实施例中，高压绝缘套管及引出线可采用图7所示的结构，其中，701是接线板，702是塞子，703是导电杆，704是伞裙，705是安装法兰，706是密封垫，707是夹具，708是密封垫，709是与箱盖的焊接，710是绝缘柱，711是高阻绝缘带，712是低阻绝缘带，713是接线板，714是引出线。

通常，引出线与导电杆经旗形接线板连接后是要浸于变压器油中的，本实用新型将这部分裸露的金属先包上低阻绝缘带，使电场均匀，然后再在外层包上高阻绝缘带，高阻绝缘带包的厚度根据变压器的额定电压来确定。

关于铝合金冷却管，如图8所示，其中801是铝合金散热片，802是薄铜管，具体是采用冷压的方法将其压入铝合金散热片中，铜管与铝合金散热片是垂直方向铸造出来的，采用了翅形片的结构，这是为了适应自然空气冷却的轴向空气对流作用而专门设计的，薄铜管与铝合金散热片的散热面积比是1∶(10-15)，正好使两面的散热比相应。

从上述实施例可以看出，本实用新型具有以下优点：

1)节能：本实用新型的蒸发冷却变压器，由于冷却效率高，可使变压器的运行温度大大降低。例如，在设计时可选定介质的蒸发温度为64℃，则满载运行的温度会在70℃左右，它与干式变压器和SF₆(六氟化硫)气体变压器相比，运行温度降低了40～50℃。研究表明，铜导体的运行温度每降低1℃时，其电阻温度系数就降低0.004，所以使用本实用新型的方案时电阻温度系数可以降低16～20％，即变压器的负载损耗可以降低16～20％，此数值是很可观的。

2)过载能力强：本实用新型中，如果将蒸发冷却变压器运行在核态沸腾工作区，由于利用了介质的潜热方式，所以运行的温度基本上是保持不变的。在此工作状态下即使过负载30～40％，变压器的运行温度和相应的压力都保持不变，因此其过载能力非常强。

3)良好的生态环保特性：其中使用的介质A·HFC-8160对大气臭氧层的破坏力ODP＝0.00；对地球的温室效应GWP＝500；在大气中存留的时间ALT＜4。所以该介质是很佳的环保产品。配以A·HFC-8160介质的变压器就具有良好的环保特性。

4)新介质的其他优势：介质A·HFC-8160是无闪点的，即不燃烧，且具有灭火性能。将其应用于变压器时，无需考虑防火功能。由于蒸发冷却变压器是利用变压器自身产生的损耗来促使其冷却循环的，因此不需要外力(即不需要外置泵)。另外，介质A·HFC-8160无毒、无重金属，化学稳定性非常高，长久的运行都不会起什么变化，可靠性非常高，安全性也非常好。

Claims

1.一种蒸发冷却非均相式电力变压器，包括箱体、装于所述箱体内的变压器器身、以及装于所述箱体内的蒸发冷却介质，其特征在于，

所述冷却介质的蒸发温度在30-123℃之间；

所述变压器器身浸于所述蒸发冷却介质中；

还包括用于对从所述箱体内蒸发流出的气态介质进行冷却、使之凝结为液态，并回流到所述箱体内的冷却器。

2.根据权利要求1所述的蒸发冷却非均相式电力变压器，其特征在于，所述冷却器为波纹箱式冷却器，并装于所述箱体的上方；从所述箱体内蒸发流出的气态介质可进入所述冷却器，在此被冷却为液态并在重力作用下自动滴回所述箱体内。

3.根据权利要求1所述的蒸发冷却非均相式电力变压器，其特征在于，所述冷却器为水冷式冷却器，并装于所述箱体的上方；从所述箱体内蒸发流出的气态介质可进入所述冷却器，在此被冷却为液态并在重力作用下自动滴回所述箱体内。

4.根据权利要求3所述的蒸发冷却非均相式电力变压器，其特征在于，所述水冷式冷却器是用铜管、铝合金管、或不锈钢管制成的管道式水冷却器。

5.根据权利要求1所述的蒸发冷却非均相式电力变压器，其特征在于，所述箱体内上部设有占箱体内部空间的15-30％的蒸发空间，所述蒸发空间所处位置的箱体侧壁构成所述冷却器；所述冷却介质蒸发后在所述蒸发空间所处位置的箱体侧壁被冷却为液态并在重力作用下自动滴回。

6.根据权利要求5所述的蒸发冷却非均相式电力变压器，其特征在于，在蒸发空间所处位置的箱体侧壁的外部还设有冷却器。

7.根据权利要求1所述的蒸发冷却非均相式电力变压器，其特征在于，所述冷却器是外置式冷却器，其下部通过回液连管与所述箱体下部相通，其上部通过出气管与所述箱体上部相通；从所述箱体内的上部蒸发流出的气态介质可经所述出气管进入所述冷却器，在此被冷却为液态并经回液连管流回所述箱体内的下部。

8.根据权利要求5所述的蒸发冷却非均相式电力变压器，其特征在于，所述蒸发空间所处位置的箱体侧壁为波纹冷却片制成；所述变压器器身倒置于所述箱体中。