CN103779048B - 一种以sf6为冷媒介质的主变散热装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种以SF6为冷媒介质的主变散热装置及方法，该装置由变压器油流循环系统和SF6冷媒循环系统组成，所述变压器油流循环系统包括主变本体、油泵以及SF6蒸发器的变压器油流路，所述主变本体内盛装有对线圈和铁芯进行冷却的变压器油，所述主变本体上部设置有冷油进口，所述主变本体下部设置有热油出口，所述油泵将热变压器油从热油出口输送至SF6蒸发器的变压器油流路进口，所述热变压器油被SF6冷媒循环系统中包围在变压器油流路周围的SF6冷媒冷却后从SF6蒸发器的变压器油流路出口流至冷油进口。本发明具有安全可靠、冷却效率高、设备体积小、用油量少、维护少、整体运行经济等巨大优势，是主变冷却方式的革命性创新。
Description
技术领域
本发明涉及一种以SF6为冷媒介质的主变散热装置及方法。
背景技术
主变在运行过程中，由于电和磁的作用，其线圈和铁芯会发热，如不能及时将此热量带走，将导致主变烧毁甚至爆炸的严重事故，因此必须通过主变内充满的变压器油流来冷却线圈和铁芯，而变压器油流带走的热量又需通过散热装置来进行热交换，冷却后的冷油流再进入主变本体进行冷却。传统主变冷却方式主要为强制风冷、自然风冷及水冷三种，水冷虽然经济，效率也高，但如冷却系统中若发生冷却水向主变渗漏现象，哪怕是微小渗漏，也将导致严重后果；风冷因空气热焓低，使得主变冷却效率低，主变、散热器设备制造体积庞大，用油量多、运行成本高、维护量大等缺点。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足之处，即提供一种以SF6为冷媒介质的主变散热装置及方法，能安全、可靠、高效、经济地带走运行中主变产生的热能，有力保障电力系统主变的安全、经济运行。
为了实现上述目的，本发明的技术方案一是：一种以SF6为冷媒介质的主变散热装置，由变压器油流循环系统和SF6冷媒循环系统组成，所述变压器油流循环系统包括主变本体、油泵以及SF6蒸发器的变压器油流路，所述主变本体内盛装有对线圈和铁芯进行冷却的变压器油，所述主变本体上部设置有用于输入冷变压器油的冷油进口和冷油进油阀，所述主变本体下部设置有用于输出热变压器油的热油出口和热油出油阀，所述油泵将热变压器油从热油出口输送至SF6蒸发器的变压器油流路进口，所述热变压器油被SF6冷媒循环系统中包围在变压器油流路周围的SF6冷媒冷却后从SF6蒸发器的变压器油流路出口流至冷油进口。
进一步的，所述SF6冷媒循环系统包括SF6制冷压缩机、SF6冷却器、节流阀以及SF6蒸发器的SF6冷媒流路，所述SF6蒸发器SF6冷媒流路的出口连接SF6制冷压缩机的进口，所述SF6制冷压缩机的出口连接SF6冷却器的进口，所述SF6冷却器的出口通过节流阀连接SF6蒸发器SF6冷媒流路的进口。
进一步的，所述SF6蒸发器的变压器油流路出口与主变本体的冷油进口之间的管路上安装有油温在线检测装置。
为了实现上述目的，本发明的技术方案二是：一种以SF6为冷媒介质的主变散热方法，采用如上所述的以SF6为冷媒介质的主变散热装置，并按以下步骤进行：（1）开启主变本体下部的热油出油阀和上部的冷油进油阀；（2）开启油泵和SF6冷媒循环系统，主变本体内流动的变压器油将主变线圈和铁芯产生的热量带走，变压器油自身被加热而成为热变压器油，由热油出油阀流出的热变压器油经油泵打入SF6蒸发器的变压器油流路，并与SF6冷媒循环系统中包围在变压器油流路周围循环的低温SF6冷媒进行热交换，其热量被低温SF6冷媒带走而又成为冷变压器油，冷变压器油经冷油进油阀重新回到主变主体中，对线圈和铁芯进行下一轮冷却循环。
进一步的，在步骤（2）中，所述SF6冷媒循环系统包括SF6制冷压缩机、SF6冷却器、节流阀以及SF6蒸发器的SF6冷媒流路，所述SF6蒸发器SF6冷媒流路的出口连接SF6制冷压缩机的进口，所述SF6制冷压缩机的出口连接SF6冷却器的进口，所述SF6冷却器的出口通过节流阀连接SF6蒸发器SF6冷媒流路的进口，其运行方法如下：开启SF6制冷压缩机，SF6制冷压缩机将从SF6蒸发器SF6冷媒流路出来的低压SF6气体压缩成高压高温SF6气体，高压高温SF6气体进入SF6冷却器内冷却成高温SF6液体，高温SF6液体经节流阀节流减压降温后在SF6蒸发器SF6冷媒流路中大量吸收变压器油流路内热变压器油的热量而蒸发成低压SF6气体，低压SF6气体又输送至SF6制冷压缩机中压缩，以此反复循环。
进一步的，所述SF6蒸发器的变压器油流路出口与主变本体的冷油进口之间的管路上安装有油温在线检测装置。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：由于使用的SF6介质，其除了具有优良的绝缘、灭弧、熄燃性能和稳定理化性质外，还是一种有着较高热焓的优良冷媒，以其作为冷媒的冷却方式与传统主变冷却方式相比，具有安全可靠、冷却效率高、设备体积小、用油量少、维护少、整体运行经济等巨大优势，是主变冷却方式的革命性创新。
本发明既克服了现有技术当中以水冷方式的主变在运行中如冷却系统发生向主变本体渗漏，哪怕是微小的渗漏，在主变内高电压环境下都将产生严重故障，甚至主变爆炸的严重后果；又克服了现有技术当中以强制风冷或自然风冷的主变，由于空气热焓低，使得主变冷却效率低，设备制造体积大，用油量多、运行成本高、维护工作量大等诸多缺点；与现广泛使用传统主变散热方式相比，本发明有着巨大优势。
下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细的说明。
附图说明
图1为本发明实施例盘管式的变压器油流循环系统示意图。
图2为本发明实施例盘管式的SF6冷媒循环系统示意图。
图3为本发明实施例盘管式的以SF6为冷媒介质的主变盘散热装置示意图。
图4为本发明实施例盘管式的控制模块自动控制冷却油流温度原理方框图。
图5为列管式的SF6冷媒循环系统示意图。
图6为板式的SF6冷媒循环系统示意图。
图7为板式蒸发器的侧视示意图。
图8为夹套式蒸发器的结构示意图。
图中：1-SF6制冷压缩机，2-冷却器进管，3-SF6冷却器，4-冷却风机，5-冷却器出管，6-节流阀，7-SF6蒸发器，8-SF6蒸发吸热流程，9-蒸发器SF6冷媒流路出管，10-热油出油阀，11-油泵，12-油泵出油阀，13-蒸发器变压器油流路进管，14-SF6蒸发器的变压器油流路，15-蒸发器变压器油流路出管，16-油温在线检测装置，17-冷油进油阀，18-线圈和铁芯，19-变压器油，A-主变本体，B-油枕，a-单个SF6板槽，b-单个油流板槽。
具体实施方式
如图1~3所示，一种以SF6为冷媒介质的主变散热装置，由变压器油流循环系统和SF6冷媒循环系统组成，所述变压器油流循环系统包括主变本体A、油泵11以及SF6蒸发器7的变压器油流路14，所述主变本体A内盛装有对线圈和铁芯18进行冷却的变压器油19，所述主变本体A上部设置有用于输入冷变压器油的冷油进口和冷油进油阀17，所述主变本体A下部设置有用于输出热变压器油的热油出口和热油出油阀10，所述油泵11将热变压器油19从热油出口输送至SF6蒸发器7的变压器油流路14进口，所述热变压器油被SF6冷媒循环系统中包围在变压器油流路14周围的SF6冷媒冷却后从SF6蒸发器7的变压器油流路14出口流至冷油进口。其中，所述主变本体A其内部充满的变压器油19主要起到绝缘和冷却的作用，主变线圈和铁芯18在运行中由于电、磁的作用会发热，如不及时将此热量带走，将导致主变烧毁甚至爆炸的严重事故。
在本实施例中，所述SF6冷媒循环系统包括SF6制冷压缩机1、SF6冷却器3、节流阀6以及SF6蒸发器7的SF6冷媒流路，所述SF6蒸发器SF6冷媒流路的出口连接SF6制冷压缩机1的进口，所述SF6制冷压缩机1的出口连接SF6冷却器3的进口，所述SF6冷却器3的出口通过节流阀6连接SF6蒸发器SF6冷媒流路的进口。其中，所述SF6冷却器3为风冷却器，即由冷却风机4进行强制吹风冷却，当然SF6冷却器3还可以是水冷却器，由于SF6冷却器3中是SF6介质换热，因此万一冷却水渗漏也与主变油流无关等。所述SF6蒸发器7的变压器油流路14和SF6冷媒流路是两个互相隔离的介质流程部分，变压器油流介质在SF6蒸发器7中走变压器油流路14，SF6冷媒介质在SF6蒸发器7中走SF6冷媒流路，两个循环系统相互隔离，变压器油和SF6冷媒通过SF6蒸发器7中变压器油流路14的侧壁（管壁、板壁或壳壁）进行热传导。
在本实施例中，所述SF6蒸发器7为盘管式，即变压器油流路为盘管式的管程，SF6冷媒流路为盘管式的壳程，当然还可以是列管式、板式、夹套式等其中的任何一种。如图5所示，当SF6蒸发器7为列管式时，则变压器油流路为列管式的管程，SF6冷媒流路为列管式的壳程。如图6~7所示，当SF6蒸发器7为板式时，则变压器油流路为油流板槽组，SF6冷媒流路为SF6板槽组，所述SF6板槽组的每个SF6板槽与油流板槽组的每个油流板槽交错重叠。如图8所示，当SF6蒸发器7为夹套式时，可以将主变本体内腔作为变压器油流路，在主变本体外壳上焊接夹套作为SF6冷媒流路。
在本实施例中，所述油泵11的出口安装有油泵出油阀12，所述油泵出油阀12经蒸发器变压器油流路进管13连接至蒸发器内的变压器油流路14。为了方便根据实际情况调节冷却速度，所述SF6冷却器3的出口与SF6蒸发器SF6冷媒流路的进口之间的管路上安装有节流阀6，以对高温SF6液体进行节流减压。为了方便检测蒸发器内变压器油流路14的出油温度，所述SF6蒸发器7的变压器油流路14出口与主变本体A的冷油进口之间的蒸发器变压器油流路出管15上安装有油温在线检测装置16。
在本实施例中，如图4所示，为了方便智能自动控制，所述节流阀6可以具体是电磁节流阀，所述油温在线检测装置16可以具体是温度监视器，所述SF6蒸发器7内可以安装有感应内部SF6气体压力的压力传感器，所述SF6制冷压缩机1可以具体是变频制冷压缩机；所述温度监视器、电磁节流阀、变频制冷压缩机和压力传感器均电性连接于控制模块，所述温度监视器将其所检测到蒸发器变压器油流路出油温度信号发送给控制模块，所述控制模块调节电磁节流阀的阀门开度，所述变频制冷压缩机可根据油温控制情况自动调整电机频率，以最合理的方式运行，所述控制模块可以是按工艺要求设计编程制作构成的PLC或单片机等。当蒸发器变压器油流路出油温度过高时，所述控制模块控制调小电磁节流阀的阀门开度，所述SF6蒸发器蒸发压力降低，进而降低蒸发器内SF6蒸发温度，以降低蒸发器变压器油流路出油温度，反过来则相反。同理，在夏季和油温高时，所述变频制冷压缩机以高频率、大负荷状态运行，反过来则相反。
如图1~3所示，一种以SF6为冷媒介质的主变散热方法，该方法采用上述的以SF6为冷媒介质的主变散热装置，并按以下步骤进行：（1）开启主变本体A下部的热油出油阀10和上部的冷油进油阀17，开启油泵出油阀12；（2）开启油泵11和SF6冷媒循环系统，主变本体A内流动的变压器油将主变线圈和铁芯18产生的热量带走，变压器油自身被加热而成为热变压器油，由热油出油阀10流出的热变压器油经油泵11打入SF6蒸发器7的变压器油流路14，并与SF6冷媒循环系统中包围在变压器油流路14周围循环的低温SF6冷媒进行热交换，其热量被低温SF6冷媒带走而又成为冷变压器油，冷变压器油经冷油进油阀17重新回到主变主体中，对线圈和铁芯18进行下一轮冷却循环。
在本实施例中，在步骤（2）中，所述SF6冷媒循环系统包括SF6制冷压缩机1、SF6冷却器3、节流阀6以及SF6蒸发器7的SF6冷媒流路，其运行方法如下：开启SF6制冷压缩机1，SF6制冷压缩机1将从蒸发器SF6冷媒流路出管9来的低压SF6气体压缩成高压高温SF6气体；经SF6制冷压缩机1压缩后的高压高温SF6气体通过冷却器进管2进入SF6冷却器3中，由冷却风机4强制吹风冷却，将高压高温SF6气体冷却为高温SF6液体；高温SF6液体经节流阀6节流减压降温后在SF6蒸发器SF6冷媒流路中大量吸收变压器油流路内热变压器油的热量而蒸发成低压SF6气体，低压SF6气体又输送至SF6制冷压缩机1中压缩，以此反复循环。
在本实施例中，在步骤（2）中，从SF6冷却器3出来的高温SF6液体经节流阀6流至SF6蒸发器7的SF6冷媒流路，此时由于体积突然扩大而导致部分高温SF6液体转变为低压SF6气体，液体蒸发成气体的过程中会大量吸热而使得高温SF6液体温度急剧下降，温度下降后的低温SF6液体与蒸发器内变压器油流路14流动的热变压器油流通过侧壁进行热交换，吸热后全部蒸发成低压SF6气体，经蒸发器SF6冷媒流路出管9回至SF6制冷压缩机1的进口，进行下一轮换热循环。
在本实施例中，如图4所示，可根据温度监视器的实时在线数据，由控制模块调节电磁节流阀自动控制蒸发器SF6冷媒流路内的SF6蒸发压力和SF6蒸发温度，以保证蒸发器变压器油流路内被冷却变压器油的出油温度控制在设置的范围内。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。
Claims (1)
1.一种以SF6为冷媒介质的主变散热方法，其特征在于：采用以SF6为冷媒介质的主变散热装置，所述以SF6为冷媒介质的主变散热装置由变压器油流循环系统和SF6冷媒循环系统组成，所述变压器油流循环系统包括主变本体、油泵以及SF6蒸发器的变压器油流路，所述主变本体内盛装有对线圈和铁芯进行冷却的变压器油，所述主变本体上部设置有用于输入冷变压器油的冷油进口和冷油进油阀，所述主变本体下部设置有用于输出热变压器油的热油出口和热油出油阀，所述油泵将热变压器油从热油出口输送至SF6蒸发器的变压器油流路进口，所述热变压器油被SF6冷媒循环系统中包围在变压器油流路周围的SF6冷媒冷却后从SF6蒸发器的变压器油流路出口流至冷油进口，所述SF6蒸发器的变压器油流路出口与主变本体的冷油进口之间的管路上安装有油温在线检测装置；所述SF6冷媒循环系统包括SF6制冷压缩机、SF6冷却器、节流阀以及SF6蒸发器的SF6冷媒流路，所述SF6蒸发器SF6冷媒流路的顶部出口连接SF6制冷压缩机的进口，所述SF6制冷压缩机的出口连接SF6冷却器的进口，所述SF6冷却器的出口通过节流阀连接SF6蒸发器SF6冷媒流路的底部进口；所述节流阀是电磁节流阀，所述油温在线检测装置是温度监视器，所述SF6蒸发器内安装有感应内部SF6气体压力的压力传感器，所述SF6制冷压缩机是变频制冷压缩机，所述温度监视器、电磁节流阀、变频制冷压缩机和压力传感器均电性连接于控制模块，所述温度监视器将其所检测到SF6蒸发器的变压器油流路出油温度信号发送给控制模块，所述控制模块调节电磁节流阀的阀门开度，所述变频制冷压缩机根据油温控制情况自动调整电机频率以最合理的方式运行，所述控制模块是按工艺要求设计编程制作构成的PLC或单片机；并按以下步骤进行：（1）开启主变本体下部的热油出油阀和上部的冷油进油阀；（2）开启油泵和SF6冷媒循环系统，主变本体内流动的变压器油将主变线圈和铁芯产生的热量带走，变压器油自身被加热而成为热变压器油，由热油出油阀流出的热变压器油经油泵打入SF6蒸发器的变压器油流路，并与SF6冷媒循环系统中包围在变压器油流路周围循环的低温SF6冷媒进行热交换，其热量被低温SF6冷媒带走而又成为冷变压器油，冷变压器油经冷油进油阀重新回到主变主体中，对线圈和铁芯进行下一轮冷却循环；其中，所述SF6冷媒循环系统的运行方法如下：开启SF6制冷压缩机，SF6制冷压缩机将从SF6蒸发器SF6冷媒流路出来的低压SF6气体压缩成高压高温SF6气体，高压高温SF6气体进入SF6冷却器内冷却成高温SF6液体，高温SF6液体经节流阀流至SF6蒸发器的SF6冷媒流路，此时由于体积突然扩大而导致部分高温SF6液体转变为低压SF6气体，液体蒸发成气体的过程中大量吸热而使高温SF6液体温度急剧下降，温度下降后的低温SF6液体与SF6蒸发器内变压器油流路流动的热变压器油流通过侧壁进行热交换，吸热后全部蒸发成低压SF6气体，低压SF6气体经蒸发器SF6冷媒流路出管又输送至SF6制冷压缩机中压缩，以此反复循环；当SF6蒸发器的变压器油流路出油温度过高时，所述控制模块控制调小电磁节流阀的阀门开度，所述SF6蒸发器蒸发压力降低，进而降低SF6蒸发器内的SF6蒸发温度，以降低SF6蒸发器的变压器油流路出油温度，反过来则相反；在夏季和油温高时，所述变频制冷压缩机以高频率、大负荷状态运行，反过来则相反。
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