一種主變降膜式換熱裝置及使用方法
2023-12-01 22:55:06
一種主變降膜式換熱裝置及使用方法
【專利摘要】本發明提供一種主變降膜式換熱裝置及其使用方法，主變降膜式換熱裝置由變壓器油流冷卻循環系統、冷媒介質循環系統以及控制系統組成。該裝置變壓器油和冷媒介質沒有直接接觸，而是通過降膜式蒸發器的降膜管管壁進行熱交換。控制系統能自動控制在降膜式蒸發器管程內的變壓器油，形成膜狀沿降膜管內壁流下，增加熱交換效果並根據變壓器本體內的油溫，自動控制製冷壓縮機的工作。本發明具有安全可靠、冷卻效率高、設備體積小、用油量少、維護少、整體運行經濟等巨大優勢，能極大降低運行主變的銅、鐵損，提高主變過載和抗短路電流能力，延長主變使用壽命，更加有力保障主變安全運行。
【專利說明】一種主變降膜式換熱裝置及使用方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種主變降膜式換熱裝置及使用方法。
【背景技術】
[0002] 主變在運行過程中，由於電和磁的作用，其繞組和鐵芯會發熱，如不能及時將此熱 量帶走，將導致主變燒毀甚至爆炸的嚴重事故，因此必須通過主變內充滿的變壓器油流來 冷卻繞組和鐵芯，而變壓器油流帶走的熱量又需通過散熱裝置來進行熱交換，冷卻後的冷 油流再進入變壓器主體進行冷卻。傳統主變冷卻方式主要為強制風冷、自然風冷及水冷三 種，水冷雖然經濟，效率也高，但如冷卻系統中若發生冷卻水向主變滲漏現象，哪怕是微小 滲漏，也將導致嚴重後果；風冷因空氣熱焓低，使得主變冷卻效率低、冷卻降溫範圍很小，受 環境因素影響大，主變、散熱器設備製造體積龐大，用油量多、運行成本高、維護量大，以及 造成主變銅鐵損大、主變過載和抗短路電流能力小，絕緣壽命短等諸多缺點。
【發明內容】
[0003] 本發明的目的在於克服現有技術的不足之處，即提供一種主變降膜式換熱裝置及 使用方法，能安全、可靠、高效、經濟地帶走運行中主變產生的熱能，有力保障電力系統主變 的安全、經濟運行。
[0004] 本發明的第一具體實施方案是：一種主變降膜式換熱裝置，包括一內置有變壓器 冷卻油的變壓器主體及設置於變壓器主體一側的降膜式蒸發器，所述降膜式蒸發器包括一 封閉的殼體，所述殼體內設有冷媒介質，所述殼體中部縱向設置有若干個降膜管，所述降膜 管為兩端具有開口的管狀體，所述降膜管上部套於一孔板內，所述孔板將殼體分隔為上腔 室與下腔室，所述每個降膜管伸出孔板上端的管壁設有降膜管溢流孔，所述變壓器主體上 部的側壁設有出熱油電磁閥，所述出熱油電磁閥經管路與降膜式蒸發器殼體內的上腔室相 連通，所述降膜式蒸發器殼體底部設有降膜式蒸發器管程出管，所述變壓器主體下部的側 壁設有進冷油閥，所述管程出管經管路與進冷油閥相連通。
[0005] 進一步的，所述降膜式蒸發器下腔室上部的側壁設有降膜式蒸發器冷媒出口，降 膜式蒸發器下部的側壁設有降膜式蒸發器冷媒進口，所述降膜式蒸發器冷媒出口經管路經 製冷壓縮機、冷凝器及節流閥與降膜式蒸發器冷媒進口連通。
[0006] 進一步的，所述孔板包括板體，所述板體上設有用於插入降膜管的通孔，所述板體 周部與降膜式蒸發器殼體內表面相貼合。
[0007] 進一步的，降膜式蒸發器殼體上腔室內設有油位感應探頭，油位感應探頭上端連 接有伸出上腔室的油位感應器，所述變壓器主體上設有主變油溫傳感器，所述管程出管經 管路與進冷油閥的連接管路上還設有油泵。
[0008] 進一步的，所述冷凝器為風冷卻冷凝器或水冷凝器。
[0009] 進一步的，所述主變冷卻裝置還包括控制模塊，所述控制模塊電性連接於油位感 應器，溫度傳感器、製冷壓縮機、出熱油電磁閥。
[0010] 本發明的第二具體實施方案是：一種主變降膜式換熱裝置方法，包括如權利要求 6所述的一種主變降膜式換熱裝置，具體步驟如下： 1) 開啟變壓器主體上部的出熱油電磁閥和下部的進冷油閥及油泵，變壓器主體內流動 的變壓器油將主變繞組和鐵芯產生的熱量帶走，變壓器油自身被加熱而成為熱變壓器油； 出熱油電磁閥控制流出的熱變壓器油流至降膜式蒸發器的降膜管周圍，通過降膜管上部四 周均布的溢流孔，沿降膜管內壁形成膜狀流下，並與降膜式蒸發器殼體內的包圍在降膜管 周圍循環的低溫冷媒介質進行熱交換，其熱量被低溫冷媒帶走而自身成為冷變壓器油； 2) 開啟製冷壓縮機，製冷壓縮機將從降膜式蒸發器冷媒出口出來的低壓冷媒氣體壓縮 成高壓高溫冷媒氣體；出壓縮機的高壓高溫冷媒氣體進入冷凝器內冷卻成高溫冷媒液體； 從冷凝器出來的高溫冷媒液體經節流閥節流至降膜式蒸發器的殼體內，低溫冷媒液體在吸 收大量熱變壓器油的熱量後全部蒸發成低壓冷媒氣體，低壓冷媒氣體又被抽至製冷壓縮機 中壓縮，以此反覆循環開啟冷媒介質循環系統； 3) 冷變壓器油出降膜式蒸發器管程出口後，被油泵經進冷油閥打至變壓器主體中，對 繞組和鐵芯進行下一輪冷卻循環； 4) 開啟控制系統的傳感裝置和控制模塊，控制模塊能根據降膜式蒸發器的油位傳感器 設置的油位高度，控制出熱油電磁閥，以保證變壓器油在降膜式蒸發器的降膜管內形成膜 狀沿降膜管內壁流下；控制模塊根據主變油溫自動控制製冷壓縮機的工作，當油溫高於設 定值時，控制製冷壓縮機開啟，當油溫低於設定值時，控制製冷壓縮機關閉。
[0011] 與現有技術相比，本發明具有以下有益效果：本發明利用具有安全可靠、利用降膜 式蒸發器進行主變內的熱油冷卻，冷卻效率高、設備體積小、用油量少、維護少、整體運行經 濟等巨大優勢，能極大降低運行主變的銅、鐵損，提高主變過載和抗短路電流能力，延長主 變使用壽命，更加有力保障主變安全運行。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0012] 圖1為本發明實施例的主變降膜式換熱裝置總流程示意圖； 圖2為本發明實施例的變壓器油流冷卻循環系統示意圖； 圖3為本發明實施例的冷媒循環系統示意圖； 圖4為本發明實施例的降膜式蒸發器結構原理圖； 圖5為本發明實施例的的降膜式蒸發器中降膜管結構圖； 圖6為本發明實施例的降膜式蒸發器中孔板結構圖； 圖7為本發明實施例的圖6的俯視圖。
[0013] 圖8為本發明實施例的控制系統自動控制原理方框圖。
[0014] 圖中：1_出熱油電磁閥，2-降膜式蒸發器管程進管，3-降膜式蒸發器管程出管， 4_油泵進油閥，5-油泵，6-進冷油閥，7-降膜式蒸發器，8-降膜式蒸發器冷媒出口，9-制 冷壓縮機，10-冷凝器，11-冷凝器風機，12-冷凝器進口，13-冷凝器出口，14-節流閥， 15-降膜式蒸發器冷媒進口，16-主變油溫傳感器，17-降膜管，18-降膜式蒸發器管程上端 熱油層，19-孔板，20-油位傳感器探頭，21-油位傳感器，22-降膜管內油膜流程，23-降 膜式蒸發器管程下端冷油層，24-降膜式蒸發器殼程中的冷媒流程，25-降膜管溢流孔， 26-變壓器主體。
【具體實施方式】
[0015] 下面結合附圖和【具體實施方式】對本發明做進一步詳細的說明。
[0016] 如圖1~8所示，一種主變降膜式換熱裝置由變壓器油流冷卻循環系統、冷媒介質 (冷媒介質可以是SF 6或其它適合的介質）循環系統以及控制系統組成。
[0017] 變壓器油流冷卻循環系統主要包括：一內置有變壓器冷卻油的變壓器主體26及 設置於變壓器主體26 -側的降膜式蒸發器7,所述降膜式蒸發器7包括一封閉的殼體，所述 殼體內設有冷媒介質，所述殼體中部縱向設置有若干個降膜管17,所述降膜管17為兩端具 有開口的管狀體，所述降膜管17上部套於一孔板19內，所述孔板19包括板體，所述板體上 設有用於插入降膜管的通孔，板體周部與降膜式蒸發器殼體內表面相貼合，孔板19將殼體 分隔為上腔室與下腔室，每個降膜管17伸出孔板上端的管壁設有降膜管溢流孔25,所述變 壓器主體上部的側壁設有出熱油電磁閥1，所述出熱油電磁閥1經管路與降膜式蒸發器殼 體內的上腔室相連通，所述降膜式蒸發器7殼體底部設有降膜式蒸發器管程出管3,所述變 壓器主體26下部的側壁設有進冷油閥，所述管程出管3經管路與進冷油閥6相連通。所述 管程出管3經管路與進冷油閥6的連接管路上還設有油泵5,所述油泵5還連接有油泵進油 閥4。
[0018] 主變降膜式換熱裝置油流循環系統的工作原理： 變壓器主體上部的出熱油電磁閥1、變壓器主體下部的進冷油閥6、油泵5和油泵進油 閥4 ;變壓器主體內流動的變壓器油開始循環流動，並將主變繞組和鐵芯產生的熱量帶走， 變壓器油自身被加熱而成為熱變壓器油；出熱油電磁閥1控制流出的熱變壓器油流至降膜 式蒸發器管程進管2,進入蒸發器管程部分的上端形成降膜式蒸發器管程上端熱油層18， 油通過降膜管17上部四周均布的溢流孔25,沿降膜管17內壁形成膜狀流下，並與降膜式蒸 發器殼程中的冷媒流程24即包圍在管程周圍循環的低溫冷媒介質進行熱交換，形成降膜 式蒸發器管程下端冷油層23,其熱量被低溫冷媒帶走而自身成為冷變壓器油；冷變壓器油 出降膜式蒸發器管程出管3後，被油泵5經進冷油閥6打至變壓器主體26中，對繞組和鐵 芯進行下一輪冷卻循環。
[0019] 冷媒介質(冷媒介質可以是SF6或其它適合的介質）循環系統主要包括：所述降膜 式蒸發器下腔室上部的側壁設有降膜式蒸發器冷媒出口 8,降膜式蒸發器下部的側壁設有 降膜式蒸發器冷媒進口 15,所述降膜式蒸發器冷媒出口 8經管路經製冷壓縮機9、冷凝器10 及節流閥14與降膜式蒸發器冷媒進口 15連通。
[0020] 冷媒循環系統的工作原理：製冷壓縮機9將從降膜式蒸發器冷媒出口 8出來的低 壓冷媒氣體壓縮成高壓高溫冷媒氣體；出壓縮機9的高壓高溫冷媒氣體進入冷凝器10內， 冷凝器旁側設有冷凝器風機11，冷卻成高溫冷媒液體；從冷凝器出口 13出來的高溫冷媒液 體，經節流閥14節流流至降膜式蒸發器冷媒進口 15,進入降膜式蒸發器殼程中的冷媒流程 24 ;此時由於體積突然擴大而導致部分高溫冷媒液體轉變為低壓冷媒氣體，冷媒液體蒸發 成氣體的過程中會大量吸熱而使得全部冷媒液體溫度急劇下降，溫度下降後的低溫冷媒液 體在吸收蒸發器中降膜管17內大量熱變壓器油的熱量後全部蒸發成低壓冷媒氣體；低壓 冷媒氣體出蒸發器冷媒出口 8後，又被抽至製冷壓縮機9中壓縮，以此反覆循環。
[0021] 為了更好的實現對上述機構操作控制，本發明還設計了一種主變降膜式換熱裝置 控制系統具體包括：所述主變冷卻裝置還包括控制模塊，降膜式蒸發器殼體上腔室內設有 油位感應探頭20,油位感應探頭20上端連接有伸出上腔室的油位感應器21，所述變壓器主 體上設有主變油溫傳感器，所述管程出管經管路與進冷油閥的連接管路上還設有油泵。所 述控制模塊電性連接於油位感應器21，溫度傳感器16、製冷壓縮機9熱油電磁閥1等。
[0022] 其主要工作原理：控制模塊能根據降膜式蒸發器的油位傳感器設置的油位高度， 控制出熱油電磁閥，以保證變壓器油在降膜式蒸發器的降膜管內形成膜狀沿降膜管內壁流 下；控制模塊還能根據事先設計編程的程序，根據安裝在主變頂部油溫傳感器傳來的數據， 自動控制製冷壓縮機的工作，當油溫高於設定值時，控制製冷壓縮機開啟，當油溫低於設定 值時，控制製冷壓縮機關閉。
[0023] 上述一種主變降膜式換熱裝置使用方法具體步驟如下： 1) 開啟變壓器主體上部的出熱油電磁閥和下部的進冷油閥及油泵，變壓器主體內流動 的變壓器油將主變繞組和鐵芯產生的熱量帶走，變壓器油自身被加熱而成為熱變壓器油； 出熱油電磁閥控制流出的熱變壓器油流至降膜式蒸發器的降膜管周圍，通過降膜管上部四 周均布的溢流孔，沿降膜管內壁形成膜狀流下，並與降膜式蒸發器殼體內的包圍在降膜管 周圍循環的低溫冷媒介質進行熱交換，其熱量被低溫冷媒帶走而自身成為冷變壓器油； 2) 開啟製冷壓縮機，製冷壓縮機將從降膜式蒸發器冷媒出口出來的低壓冷媒氣體壓縮 成高壓高溫冷媒氣體；出壓縮機的高壓高溫冷媒氣體進入冷凝器內冷卻成高溫冷媒液體； 從冷凝器出來的高溫冷媒液體經節流閥節流至降膜式蒸發器的殼體內，低溫冷媒液體在吸 收大量熱變壓器油的熱量後全部蒸發成低壓冷媒氣體，低壓冷媒氣體又被抽至製冷壓縮機 中壓縮，以此反覆循環開啟冷媒介質循環系統； 3) 冷變壓器油出降膜式蒸發器管程出口後，被油泵經進冷油閥打至變壓器主體中，對 繞組和鐵芯進行下一輪冷卻循環； 4) 開啟控制系統的傳感裝置和控制模塊，控制模塊能根據降膜式蒸發器的油位傳感器 設置的油位高度，控制出熱油電磁閥，以保證變壓器油在降膜式蒸發器的降膜管內形成膜 狀沿降膜管內壁流下；控制模塊根據主變油溫自動控制製冷壓縮機的工作，當油溫高於設 定值時，控制製冷壓縮機開啟，當油溫低於設定值時，控制製冷壓縮機關閉。
[0024] 以上所述僅為本發明的較佳實施例，凡依本發明申請專利範圍所做的均等變化與 修飾，皆應屬本發明的涵蓋範圍。
【權利要求】
1. 一種主變降膜式換熱裝置，其特徵在於，包括一內置有變壓器冷卻油的變壓器主體 及設置於變壓器主體一側的降膜式蒸發器，所述降膜式蒸發器包括一封閉的殼體，所述殼 體內設有冷媒介質，所述殼體中部縱向設置有若干個降膜管，所述降膜管為兩端具有開口 的管狀體，所述降膜管上部套於一孔板內，所述孔板將殼體分隔為上腔室與下腔室，所述每 個降膜管伸出孔板上端的管壁設有降膜管溢流孔，所述變壓器主體上部的側壁設有出熱油 電磁閥，所述出熱油電磁閥經管路與降膜式蒸發器殼體內的上腔室相連通，所述降膜式蒸 發器殼體底部設有降膜式蒸發器管程出管，所述變壓器主體下部的側壁設有進冷油閥，所 述管程出管經管路與進冷油閥相連通。
2. 根據權利要求1所述的一種主變降膜式換熱裝置，所述降膜式蒸發器下腔室上部的 側壁設有降膜式蒸發器冷媒出口，降膜式蒸發器下部的側壁設有降膜式蒸發器冷媒進口， 所述降膜式蒸發器冷媒出口經管路經製冷壓縮機、冷凝器及節流閥與降膜式蒸發器冷媒進 口連通。
3. 根據權利要求1所述的一種主變降膜式換熱裝置，所述孔板包括板體，所述板體上 設有用於插入降膜管的通孔，所述板體周部與降膜式蒸發器殼體內表面相貼合。
4. 根據權利要求1所述的一種主變降膜式換熱裝置，降膜式蒸發器殼體上腔室內設有 油位感應探頭，油位感應探頭上端連接有伸出上腔室的油位感應器，所述變壓器主體上設 有主變油溫傳感器，所述管程出管經管路與進冷油閥的連接管路上還設有油泵。
5. 根據權利要求4所述的一種主變降膜式換熱裝置，所述冷凝器為風冷卻冷凝器或水 冷凝器。
6. 根據權利要求4所述的一種主變降膜式換熱裝置，所述主變冷卻裝置還包括控制模 塊，所述控制模塊電性連接於油位感應器，溫度傳感器、製冷壓縮機、出熱油電磁閥。
7. -種主變降膜式換熱裝置方法，包括如權利要求6所述的一種主變降膜式換熱裝 置，具體步驟如下： 1) 開啟變壓器主體上部的出熱油電磁閥和下部的進冷油閥及油泵，變壓器主體內流動 的變壓器油將主變繞組和鐵芯產生的熱量帶走，變壓器油自身被加熱而成為熱變壓器油； 出熱油電磁閥控制流出的熱變壓器油流至降膜式蒸發器的降膜管周圍，通過降膜管上部四 周均布的溢流孔，沿降膜管內壁形成膜狀流下，並與降膜式蒸發器殼體內的包圍在降膜管 周圍循環的低溫冷媒介質進行熱交換，其熱量被低溫冷媒帶走而自身成為冷變壓器油； 2) 開啟製冷壓縮機，製冷壓縮機將從降膜式蒸發器冷媒出口出來的低壓冷媒氣體壓縮 成高壓高溫冷媒氣體；出壓縮機的高壓高溫冷媒氣體進入冷凝器內冷卻成高溫冷媒液體； 從冷凝器出來的高溫冷媒液體經節流閥節流至降膜式蒸發器的殼體內，低溫冷媒液體在吸 收大量熱變壓器油的熱量後全部蒸發成低壓冷媒氣體，低壓冷媒氣體又被抽至製冷壓縮機 中壓縮，以此反覆循環開啟冷媒介質循環系統； 3) 冷變壓器油出降膜式蒸發器管程出口後，被油泵經進冷油閥打至變壓器主體中，對 繞組和鐵芯進行下一輪冷卻循環； 4) 開啟控制系統的傳感裝置和控制模塊，控制模塊能根據降膜式蒸發器的油位傳感器 設置的油位高度，控制出熱油電磁閥，以保證變壓器油在降膜式蒸發器的降膜管內形成膜 狀沿降膜管內壁流下；控制模塊根據主變油溫自動控制製冷壓縮機的工作，當油溫高於設 定值時，控制製冷壓縮機開啟，當油溫低於設定值時，控制製冷壓縮機關閉。
【文檔編號】H01F27/18GK104157399SQ201410402886
【公開日】2014年11月19日 申請日期:2014年8月18日 優先權日:2014年8月18日
【發明者】林曉銘, 李智源, 連鴻松, 盧祖劍, 鄭孝章, 夏曉光 申請人:國家電網公司, 國網福建省電力有限公司, 國網福建省電力有限公司南平供電公司, 國網福建省電力有限公司電力科學研究院, 國網福建省電力有限公司邵武市供電公司, 林曉銘, 林舒妍