CN202649848U

CN202649848U - 电力变压器表面温度控制装置

Info

Publication number: CN202649848U
Application number: CN 201220010739
Authority: CN
Inventors: 马建伟; 李一宁; 邝石; 胡明德; 张博
Original assignee: Henan University of Science and Technology
Current assignee: Henan University of Science and Technology
Priority date: 2012-01-11
Filing date: 2012-01-11
Publication date: 2013-01-02
Anticipated expiration: 2022-01-11

Abstract

本实用新型涉及电力变压器表面温度控制装置，主变室的底部设有进风通道，进风通道的进风口处安装有一组至少两个水帘风机，主变室的远离进风通道的另一端顶部设有出风通道，出风通道的出风口处安装有一组至少两个轴流风机，出风通道的至少一侧的外壁上设有电动的百叶窗；所述通风散热装置还包括控制装置；控制装置包括可编程逻辑控制器和温度传感器，可编程逻辑控制器输入采样连接温度传感器，输出控制连接所述水帘风机、轴流风机和百叶窗，所述轴流风机和百叶窗联锁同步控制。本实用新型是一种以局部散热为主、整体散热为辅的散热方式，不仅实现传统方法所具有的功能，而且在较高温度下同样能够实现有效的散热功能及节能效果。

Description

电力变压器表面温度控制装置

技术领域

本发明涉及电力变压器表面通风散热和温度智能控制系统，在高温高负荷情况下，能够保证变压器设备安全运行。

背景技术

城市经济的高速增长对电力的需求越来越大,夏季高温时期显得尤为明显，因为空调使用量大，用电负荷为全年中的最高时段，大部分变压器都在接近或超过满负荷的情况下运行。室内布置方式城市变压器，其换热条件受制约较多。夏季高温时主变室表面散热冷却问题已经成为影响变压器出力和安全运行的一个严重因素。靠目前的自然散热方式，在环境温度过高时，影响变压器出力及产生多种故障。

变压器在运行时，产生的热量主要是由其自身的内部损耗造成的，如导线损耗、铁芯损耗和附加损耗等等，其中铁芯和线圈是产生热量最主要的部分。热量向外传播的路径是很复杂的，其主要传播过程：(1)热量由线圈或铁芯内部传到自己被油冷却的表面，这一部分的热是以热传导的方式散出；(2)热量由线圈或铁芯的表面传到变压器油中；(3)线圈或铁芯表面附近的热油经过对流散热方式把热量传到油箱或散热器的内表面；(4)油箱或散热器内表面的热量经传导方式散到外表面；(5)最后所有的热量均以自然对流或强迫对流的方式散到周围的空气中。以上热传递过程中，(1)和(4)分别由导线和变压器壳体材料决定，而可由热设计者改进并改善其传热性能的过程是(2)(3)和(5)，对于(2)和(3)的研究，早在上世纪八十年代，国内外的科研人员已做了大量工作，并得到许多重要结论，但都是以变压器壳体为计算边界，且壳体上的边界条件都是认为给定，对变压器壳体外的情况，即处在热路末端的环节(5)都不予以考虑。从变压器传热过程的热路特征看，变压器整体与变电室内空气之间的换热，以及整个变电站的通风换热，对变压器的可靠、安全工作都具有非常重要的意义。

变压器运行过程中的发热量由变压器的铁损与铜损组成。变压器线圈和铁芯的热量以油为介质, 通过传导和对流的方式传至变压器表面和散热器, 再与空气进行热交换把热量带走。当空气带走的热量和变压器产生的热量相等时, 就达到了一个动态平衡, 此时室温与变压器油温也将维持不变, 这些温度应控制在变压器的设计运行指标以内。室内变压器的降温主要是利用从地面吸气口进入室内相对温度较低的冷空气, 吸收变压器的热量而温度升高, 密度变小, 从屋顶的排气井排出室外, 形成空气对流, 使室温降低, 从而促使变压器油温也降低。由于主变室室内负荷在高温气候条件下急剧增大，而因主变室本身建筑特性的要求又无法使通风口增大太多，单纯采用自然通风和机械强制通风均难以解决主变室内通风降温问题。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种电力变压器表面温度控制装置，用以解决现有的散热方式对发热体散热效果差、能耗高的问题。

为实现上述目的，本实用新型的方案是：一种电力变压器表面温度控制装置，包括用于安装变压器的主变室，主变室中，正对变压器的一端的底部设有进风通道，进风通道的进风口处安装有一组至少两个水帘风机，主变室的远离进风通道的另一端顶部设有出风通道，出风通道的出风口处安装有一组至少两个轴流风机，出风通道的至少一侧的外壁上设有电动的百叶窗；所述电力变压器表面温度控制装置还包括控制装置；控制装置包括可编程逻辑控制器和温度传感器，所述温度传感器安装在变压器顶部，可编程逻辑控制器输入采样连接温度传感器，输出控制连接所述水帘风机、轴流风机和百叶窗，所述轴流风机和百叶窗联锁同步控制；当变压器表面温度高于设定上限温度时，开启水帘风机和轴流风机，关闭百叶窗；当发热体温度低于下限温度时，关闭水帘风机和轴流风机，开启百叶窗。

所述温度传感器为K型热电偶式温度传感器。

通过以上方案中的水帘风机、轴流风机、进风通道和出风通道的布局及高低温度时的控制，能够实现对发热体的有效散热和节能效果（分情况启动风机）。本实用新型是一种以局部散热为主、整体散热为辅的散热方式，不仅实现传统方法所具有的功能，而且在较高温度下同样能够实现有效的散热功能及节能效果。

采用水冷风机，降低进入主变压器室内的空气温度；采用引风管道，直接将冷却后的空气引至变压器下端，通过上升的冷空气流，降低变压器表面温度；设计温度控制系统，保持变压器表面温度在要求的范围内。

给出影响主变室温度的内部结构和外部因素分析。变压器在户外, 其环境温度就是大气温度, 只与所在地区的天气情况有关。而户内变压器的环境温度就是室温,变压器可以说基本上是在一个相对密闭的容器内, 仅通过几个有限的进、排气口来实现空气的进出流动, 热量不能及时被大量带走,新鲜空气也就不能及时大量得到补充, 而变压器的热量又不断产生, 积聚, 引起室温的进一步升高, 从热力学的角度讲, 热量的传递温度与温差的大小成正比, 室温的升高又促使变压器油温的升高。所以主变室的结构相对封闭, 使得室内空气流动性差是室温高的主要原因。主变室的有效进出风面积太小, 使得进入主变室内空气的流量不足, 而且主变室的吸、排气口出于防盗和防小动物的考虑, 加装了防盗网和防小动物网, 再加上防小动物网上附着的灰尘对空气流动的阻碍作用，使得吸、排气口的有效进出风面积进一步减少，是造成主变室室温高的直接原因。变压器在整个主变室内它占的空间大约三分之一, 其表面温度最高(可视为热源)，室内各点的温度和距发热点的距离有关而且不是线性关系, 因此, 只有使进入室内的冷空气尽可能的流经变压器及其散热器的表面, 才能取得最好的传热效果。但实际上,一部分冷空气在距变压器较远的地方流过并直接排出室外, 造成热传递效率低, 也是主变室室温高的原因之一。夏季的环境温度普遍较高，高空中的热岛效应非常明显, 新鲜冷空气不能及时补充，利用烟囱效应的温差作用形成的自然对流就很难满足降温的需要。

智能温度控制系统设计。室内变压器的正常运行与室内温度密切相关，而影响室内温度的因素主要有变压器运行发热、进风量、进风温度、排风温度等。为了保持室内温度在设定温度范围内，单单依赖常规设计进行通风散热满足不了要求，而且室外环境温度对散热效果也有较大影响，针对该问题，本实用新型专利在上述基于换热分析的热优化设计基础上，给出主变室智能温度控制系统设计，通过对进风量、排风量、进风温度、排风温度、风速、变压器油温、变压器运行功率等参数的检测，设计一个智能控制系统，实现主变室内温度的实时控制。控制系统在智能控制器的作用下，通过对实测室温与设定值的偏差对主变室的通风量进行调节，保持主变室内温度稳定在设定值上，使变压器正常运行，避免超温运行所带来的寿命损失甚至故障。温度设定值可通过控制器或监控计算机进行设置。该系统能够有效克服进风温度、排风温度、风速、变压器运行负荷、变压器油温等因素对室温的影响，使得变压器运行在安全稳定的温度范围内。

附图说明

图1是本实用新型的主变室散热系统；

图2是控制流程图；

图3是控制系统电气原理图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型做进一步详细的说明。

如图1所示为一个安装主变压器3的主变室，正对主变压器3的一端的底部设有进风通道2，进风通道2的进风口处安装有一组2个水帘风机1，主变室的远离进风通道2另一端顶部设有出风通道5，出风通道5的出风口处安装有一组3个轴流风机，出风通道5的一侧的外壁上设有电动的百叶窗4。该电力变压器表面温度控制装置还包括控制装置，控制装置包括PLC（可编程逻辑控制器）和温度传感器，PLC输入采样连接温度传感器，输出控制连接所述水帘风机、轴流风机和百叶窗。温度传感器为K型热电偶式温度传感器，安装在主变压器3顶部的温度最高处。具体控制电路如图3所示，PLC控制KM1、KM2，KM1控制3个轴流风机，KM2控制2个水帘风机；电动百叶窗4与轴流风机联锁控制，轴流风机启动时，电动百叶窗处于闭合状态；轴流风机停止运转时，百叶窗处于开启状态。

控制流程如图2所示，当主变压器3温度高于设定上限温度时，同时开启水帘风机和轴流风机，关闭百叶窗；当主变压器3温度低于下限温度时，系统不工作，关闭水帘风机和轴流风机，开启百叶窗。在温度介于上下限温度之间时，水帘风机关闭，轴流风机开启，百叶窗关闭。

控制箱内设有温度自动控制和手动控制开关，如果需要手动开启风机，也可直接通过手动。这样就可以实现整个主变降温系统的手动和自动运行。控制参数如下：室温≧30℃时轴流风机启动、百叶窗关闭，室温≦25℃时轴流风机停止、百叶窗打开。铂金传感器采集温度≧65℃时水帘风机启动，采集温度≦60℃时轴流风机停止。

Claims

1.一种电力变压器表面温度控制装置，包括用于安装变压器的主变室，其特征在于，主变室中，正对变压器的一端的底部设有进风通道，进风通道的进风口处安装有一组至少两个水帘风机，主变室的远离进风通道的另一端顶部设有出风通道，出风通道的出风口处安装有一组至少两个轴流风机，出风通道的至少一侧的外壁上设有电动的百叶窗；所述电力变压器表面温度控制装置还包括控制装置；控制装置包括可编程逻辑控制器和温度传感器，所述温度传感器安装在变压器顶部，可编程逻辑控制器输入采样连接温度传感器，输出控制连接所述水帘风机、轴流风机和百叶窗，所述轴流风机和百叶窗联锁同步控制；当变压器表面温度高于设定上限温度时，开启水帘风机和轴流风机，关闭百叶窗；当发热体温度低于下限温度时，关闭水帘风机和轴流风机，开启百叶窗。

2.根据权利要求1所述的电力变压器表面温度控制装置，其特征在于，所述温度传感器为K型热电偶式温度传感器。