一种具有光伏转换功能主变降膜式换热装置制造方法
【专利摘要】本实用新型提供一种具有光伏转换功能主变降膜式换热装置，包括主变降膜式换热装置由变压器油流冷却循环系统、冷媒介质循环系统以及控制系统组成并通过具有太阳能能源储能的光伏转换系统提供能源。该装置通过降膜式蒸发器的降膜管管壁进行热交换，控制系统能自动控制在降膜式蒸发器管程内的变压器油，形成膜状沿降膜管内壁流下，增加热交换效果并根据变压器本体内的油温自动控制变频制冷压缩机和变频油泵的工作，始终保持主变绕组与油流温差的最优值。本实用新型充分利用太阳能这种清洁、高效、安全的能源作为常态工作电能，具有节能环保、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，能极大降低运行主变的铜、铁损，提高主变过载能力和抗短路电流能力、延长主变使用寿命，更加有力保障主变安全运行。
【专利说明】一种具有光伏转换功能主变降膜式换热装置
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种具有光伏转换功能主变降膜式换热装置。
【背景技术】
[0002]主变在运行过程中，由于电和磁的作用，其绕组和铁芯会发热，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绕组和铁芯，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变压器主体进行冷却。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、冷却降温范围很小，受环境因素影响大，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，以及造成主变铜铁损大、过载能力和抗短路电流能力小、绝缘寿命短等诸多缺点。
【发明内容】
[0003]本实用新型的目的在于克服现有技术的不足之处，即提供一种主变降膜式换热装置及使用方法，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。
[0004]本实用新型的具体实施方案是:一种具有光伏转换功能主变降膜式换热装置，包括一内置有变压器冷却油的变压器主体及设置于变压器主体一侧的降膜式蒸发器以及用于驱动变压器油路循环的电源控制器，所述降膜式蒸发器包括一封闭的壳体，所述壳体内设有冷媒介质，所述壳体中部纵向设置有若干个降膜管，所述降膜管为两端具有开口的管状体，所述降膜管上部套于一孔板内，所述孔板将壳体分隔为上腔室与下腔室，所述每个降膜管伸出孔板上端的管壁设有降膜管溢流孔，所述变压器主体上部的侧壁设有出热油电磁阀，所述出热油电磁阀经管路与降膜式蒸发器壳体内的上腔室相连通，所述降膜式蒸发器壳体底部设有降膜式蒸发器管程出管，所述变压器主体下部的侧壁设有进冷油阀，所述管程出管经管路与进冷油阀相连通，所述电源控制器与贮能器相连接，所述贮能器经光电转换器与太阳能接收器相连接。
[0005]进一步的，所述太阳能接收器包括多片可翻转的太阳能电池板，所述每片太阳能电池板下端套于转轴上并与贮能器相连接，所述贮能器内设有比较器和控制比较器捕捉太阳能的PLC微机控制器，所述比较器根据各个太阳能电池板收集能量大小控制转轴旋转以实现各个太阳能电池板达到最大能量采集量，所述光电转换系统通过接收太阳能，并进行光伏转换和电源控制，以提供充足电能供给换热装置工作。
[0006]进一步的，所述降膜式蒸发器下腔室上部的侧壁设有降膜式蒸发器冷媒出口，降膜式蒸发器下部的侧壁设有降膜式蒸发器冷媒进口，所述降膜式蒸发器冷媒出口经管路经变频制冷压缩机、冷凝器及节流阀与降膜式蒸发器冷媒进口连通，所述制冷压缩机与电源控制器电性连接，所述电源控制器与贮能器相连接，所述贮能器经光电转换器与太阳能接收器相连接。
[0007]进一步的，所述孔板包括板体，所述板体上设有用于插入降膜管的通孔，所述板体周部与降膜式蒸发器壳体内表面相贴合。
[0008]进一步的，降膜式蒸发器壳体上腔室内设有油位感应探头，油位感应探头上端连接有伸出上腔室的油位感应器，所述变压器主体上设有主变油温传感器，所述管程出管经管路与进冷油阀的连接管路上还设有变频油泵。
[0009]进一步的，所述冷凝器为风冷却冷凝器或水冷凝器。
[0010]进一步的，所述降膜管下端也套于一孔板内，所述孔板固定于降膜式蒸发器壳体内。
[0011]进一步的，所述具有光伏转换功能主变降膜式换热装置还包括控制模块，所述控制模块电性连接于油位感应器、温度传感器、变频制冷压缩机、变频油泵、出热油电磁阀，所述控制模块与电源控制器电性连接。
[0012]根据权利要求8所述的一种具有光伏转换功能主变降膜式换热装置，所述换热装置还设有外接备用电源，当长期雨天光照不足时自动切换使用。
[0013]与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果:本实用新型利用具有安全可靠、利用降膜式蒸发器进行主变内的热油冷却，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，能极大降低运行主变的铜、铁损，提高主变过载能力和抗短路电流能力、延长主变使用寿命，更加有力保障主变安全运行。
【专利附图】
【附图说明】
[0014]图1为本实用新型实施例的具有光伏转换功能主变降膜式换热装置光伏转换系统图(图中Kl为常开状态、K2为常闭状态，KU K2互为闭锁)；
[0015]图2为本实用新型实施例的具有光伏转换功能主变降膜式换热装置太阳能接收器接收太阳能工作示意图；
[0016]图3为本实用新型实施例的具有光伏转换功能主变降膜式换热装置总流程示意图；
[0017]图4为本实用新型实施例的变压器油流冷却循环系统示意图；
[0018]图5为本实用新型实施例的冷媒循环系统示意图；
[0019]图6为本实用新型实施例的降膜式蒸发器结构原理图；
[0020]图7为本实用新型实施例的的降膜式蒸发器中降膜管结构图；
[0021]图8为本实用新型实施例的降膜式蒸发器中孔板结构图；
[0022]图9为本实用新型实施例的图8孔板的俯视图。
[0023]图10为本实用新型实施例的控制系统自动控制原理方框图。
[0024]图中:1-出热油电磁阀，2-降膜式蒸发器管程进管，3-降膜式蒸发器管程出管，4-变频油泵进油阀，5-变频油泵，6-进冷油阀，7-降膜式蒸发器，8-降膜式蒸发器冷媒出口，9-变频制冷压缩机，10-冷凝器，11-冷却器风机，12-冷却器进口，13-冷却器出口，14-节流阀，15-降膜式蒸发器冷媒进口，16-主变油温传感器，17-降膜管，18-降膜式蒸发器管程上端热油层，19-孔板，20-油位传感器探头，21-油位传感器，22-降膜管内油膜流程，23-降膜式蒸发器管程下端冷油层，24-降膜式蒸发器壳程中的冷媒流程，25-降膜管溢流孔，26-太阳能电池板，27-转向控制器，28-比较器，29-变压器主体。
【具体实施方式】
[0025]下面结合附图和【具体实施方式】对本实用新型做进一步详细的说明。
[0026]如图f 10所示，一种主变降膜式换热装置由光伏转换系统、变压器油流冷却循环系统、冷媒介质(冷媒介质可以是SF6或其它适合的介质)循环系统以及控制系统组成。
[0027]变压器油流冷却循环系统主要包括:一内置有变压器冷却油的变压器主体29及设置于变压器主体29 —侧的降膜式蒸发器7，所述降膜式蒸发器7包括一封闭的壳体，所述壳体内设有冷媒介质，所述壳体中部纵向设置有若干个降膜管17，所述降膜管17为两端具有开口的管状体，所述降膜管17上部套于一孔板19内，所述孔板19包括板体，所述板体上设有用于插入降膜管的通孔，板体周部与降膜式蒸发器壳体内表面相贴合，孔板19将壳体分隔为上腔室与下腔室，每个降膜管17伸出孔板上端的管壁设有降膜管溢流孔25，所述变压器主体上部的侧壁设有出热油电磁阀1，所述出热油电磁阀I经管路与降膜式蒸发器壳体内的上腔室相连通，所述降膜式蒸发器7壳体底部设有降膜式蒸发器管程出管3，所述变压器主体29下部的侧壁设有进冷油阀，所述管程出管3经管路与进冷油阀6相连通。所述管程出管3经管路与进冷油阀6的连接管路上还设有变频油泵5，所述变频油泵5还连接有变频油泵进油阀4。
[0028]具有光伏转换功能主变降膜式换热装置油流循环系统的工作原理:
[0029]变压器主体上部的出热油电磁阀1、变压器主体下部的进冷油阀6、变频油泵5和变频油泵进油阀4 ;变压器主体内流动的变压器油开始循环流动，并将主变绕组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；出热油电磁阀I控制流出的热变压器油流至降膜式蒸发器管程进管2，进入蒸发器管程部分的上端形成降膜式蒸发器管程上端热油层18，油通过降膜管17上部四周均布的溢流孔25，沿降膜管17内壁形成膜状流下，并与降膜式蒸发器壳程中的冷媒流程24即包围在管程周围循环的低温冷媒介质进行热交换，形成降膜式蒸发器管程下端冷油层23，其热量被低温冷媒带走而自身成为冷变压器油；冷变压器油出降膜式蒸发器管程出管3后，被变频油泵5经进冷油阀6打至变压器主体29中，对绕组和铁芯进行下一轮冷却循环。
[0030]冷媒介质(冷媒介质可以是SF6或其它适合的介质)循环系统主要包括:所述降膜式蒸发器下腔室上部的侧壁设有降膜式蒸发器冷媒出口 8，降膜式蒸发器下部的侧壁设有降膜式蒸发器冷媒进口 15，所述降膜式蒸发器冷媒出口 8经管路经变频制冷压缩机9、冷凝器10及节流阀14与降膜式蒸发器冷媒进口 15连通。
[0031]冷媒循环系统的工作原理:变频制冷压缩机9将从降膜式蒸发器冷媒出口 8出来的低压冷媒气体压缩成高压高温冷媒气体；出变频压缩机9的高压高温冷媒气体进入冷凝器10内，冷却成高温冷媒液体；从冷却器出口 13出来的高温冷媒液体，经节流阀14节流流至降膜式蒸发器冷媒进口 15，进入降膜式蒸发器壳程中的冷媒流程24 ;此时由于体积突然扩大而导致部分高温冷媒液体转变为低压冷媒气体,冷媒液体蒸发成气体的过程中会大量吸热而使得全部冷媒液体温度急剧下降，温度下降后的低温冷媒液体在吸收蒸发器中降膜管17内大量热变压器油的热量后全部蒸发成低压冷媒气体；低压冷媒气体出蒸发器冷媒出口 8后，又被抽至变频制冷压缩机9中压缩，以此反复循环。
[0032]上述的一种主变降膜式换热装置控制系统具体包括:所述具有光伏转换功能主变降膜式换热装置还包括控制模块，降膜式蒸发器壳体上腔室内设有油位感应探头20，油位感应探头20上端连接有伸出上腔室的油位感应器21，所述变压器主体上设有主变油温传感器，所述管程出管经管路与进冷油阀的连接管路上还设有变频油泵。所述控制模块电性连接于油位感应器21，温度传感器16、变频制冷压缩机9、变频油泵5、热油电磁阀I及进冷油阀6等。
[0033]其主要工作原理:控制模块能根据降膜式蒸发器的油位传感器设置的油位高度，控制出热油电磁阀，以保证变压器油在降膜式蒸发器的降膜管内形成膜状沿降膜管内壁流下；控制模块还能根据事先设计编程的程序，根据安装在主变顶部油温传感器传来的数据，自动控制变频制冷压缩机和变频油泵的工作，当油温高时，控制变频制冷压缩机和变频油泵出力增大，反之亦然，始终保持主变绕组与油流温差的最优值。
[0034]具有光伏转换功能主变降膜式换热装置主变降膜式换热装置的能源供应:
[0035]所述主变降膜式换热装置的电能由光伏转换系统供电，光伏转换系统包括有:太阳能接收器、光电转换器、贮能器、电源控制器、备用电源等组成。变压器油流冷却循环系统、冷媒介质(冷媒介质可以是SF6或其它适合的介质)循环系统以及控制系统与电源控制器及备用电源电性连接，所述电源控制器还与贮能器相连接，所述贮能器经光电转换器与太阳能接收器相连接。
[0036]由太阳能接收器接收到的太阳能，通过光电转换器将太阳能转化为电能并贮存在贮能器中，电源控制器能将光伏电源转化为可供主变换热系统工作的电能。光伏转换供电系统电性连接于备用电源，当遇到夜晚或长期阴雨天，而主变油温又超过设定值，此时如光伏转换供电系统供电不足，自动启动备用电源以补充换热系统供电的不足。正常情况下，备用电源平常处关闭状态，只有当光伏转换供电系统供电不足时，备用电源才自动开启。一般在白昼有阳光时，光伏转换供电系统能提供充足的电力，而夜晚和阴雨天往往气温低(相对于阳光白昼)，主变本身被大气环境所冷却，所需的制冷量也小，因此启动备用电源的几率较小。
[0037]为了保证太阳能接收器的储能效率，本实用新型还设计了一种具有自动调控太阳能板26朝向的装置，太阳能接收器包括多片可翻转的太阳能电池板26，所述每片太阳能电池板下端设有轴套，轴套套于转轴上并与贮能器相连接，转轴由转向控制器27控制转动，所述贮能器内设有比较器28，比较器28工作原理是:在有效太阳日照轨迹内，由于地球的自转，相对于某一固定地点，将其经纬度等信息计算一年中每一天的不同时刻太阳所在的轨迹角度，将一年中每个时刻的太阳轨迹位置存储到PLC中，通过控制比较器以实现实时轨迹跟踪，就能有效保证太阳能电池板能够时刻正对太阳，达到最佳状态。所述比较器28与转向控制器27及控制系统连接，比较器28根据各个太阳能电池板26收集能量大小控制转轴旋转以实现调节各个太阳能电池板26的角度，使不同角度的太阳能电池板26调整至与最大储能太阳能电池板26相同的角度，以达到太阳能接收器最大储能量。
[0038]上述具有光伏转换功能主变降膜式换热装置使用方法具体步骤如下:
[0039]I)开启太阳能接收器、PLC微机控制器、比较器、光电转换器、贮能器和电源控制器，以提供给换热装置工作能源；
[0040]2)开启及变压器主体上部的出热油电磁阀和下部的进冷油阀及变频油泵，变压器主体内流动的变压器油将主变绕组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；出热油电磁阀控制流出的热变压器油流至降膜式蒸发器的降膜管顶部，通过降膜管上部四周均布的溢流孔，沿降膜管内壁形成膜状流下，并与降膜式蒸发器壳体内的包围在周围循环的低温冷媒介质进行热交换，其热量被低温冷媒带走而自身成为冷变压器油；
[0041]3)开启变频制冷压缩机，变频制冷压缩机将从降膜式蒸发器冷媒出口释放的低压冷媒气体压缩成高压高温冷媒气体；出压缩机的高压高温冷媒气体进入冷凝器内冷却成高温冷媒液体；从冷凝器出来的高温冷媒液体经节流阀节流至降膜式蒸发器的壳体内，低温冷媒液体在吸收大量热变压器油的热量后全部蒸发成低压冷媒气体，低压冷媒气体又被抽至变频制冷压缩机中压缩，以此反复循环开启冷媒介质循环系统；
[0042]4)冷变压器油出降膜式蒸发器管程出口后，被变频油泵经进冷油阀打至变压器主体中，对绕组和铁芯进行下一轮冷却循环；
[0043]5)开启控制系统的传感装置和控制模块，控制模块能根据降膜式蒸发器的油位传感器设置的油位高度，控制出热油电磁阀，以保证变压器油在降膜式蒸发器的降膜管内形成膜状沿降膜管内壁流下；控制模块根据主变油温自动控制制冷压缩机的工作，当油温高时，控制变频制冷压缩机和变频油泵出力增大，反之亦然，始终保持主变绕组与油流温差的最优值。
[0044]以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，凡依本实用新型申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本实用新型的涵盖范围。
【权利要求】
1.一种具有光伏转换功能主变降膜式换热装置，其特征在于，包括一内置有变压器冷却油的变压器主体及设置于变压器主体一侧的降膜式蒸发器以及用于驱动变压器油路循环的电源控制器，所述降膜式蒸发器包括一封闭的壳体，所述壳体内设有冷媒介质，所述壳体中部纵向设置有若干个降膜管，所述降膜管为两端具有开口的管状体，所述降膜管上部套于一孔板内，所述孔板将壳体分隔为上腔室与下腔室，所述每个降膜管伸出孔板上端的管壁设有降膜管溢流孔，所述变压器主体上部的侧壁设有出热油电磁阀，所述出热油电磁阀经管路与降膜式蒸发器壳体内的上腔室相连通，所述降膜式蒸发器壳体底部设有降膜式蒸发器管程出管，所述变压器主体下部的侧壁设有进冷油阀，所述管程出管经管路与进冷油阀相连通，所述电源控制器与贮能器相连接，所述贮能器经光电转换器与太阳能接收器相连接。
2.根据权利要求1所述的一种具有光伏转换功能主变降膜式换热装置，所述太阳能接收器包括多片可翻转的太阳能电池板，所述每片太阳能电池板下端套于转轴上并与贮能器相连接，所述贮能器内设有比较器和控制比较器捕捉太阳能的PLC微机控制器，所述比较器根据各个太阳能电池板收集能量大小控制转轴旋转以实现各个太阳能电池板达到最大能量采集量，所述光电转换系统通过接收太阳能，并进行光伏转换和电源控制，以提供充足电能供给换热装置工作。
3.根据权利要求2所述的一种具有光伏转换功能主变降膜式换热装置，所述降膜式蒸发器下腔室上部的侧壁设有降膜式蒸发器冷媒出口，降膜式蒸发器下部的侧壁设有降膜式蒸发器冷媒进口，所述降膜式蒸发器冷媒出口经管路经变频制冷压缩机、冷凝器及节流阀与降膜式蒸发器冷媒进口连通，所述制冷压缩机与电源控制器电性连接，所述电源控制器与贮能器相连接，所述贮能器经光电转换器与太阳能接收器相连接。
4.根据权利要求2所述的一种具有光伏转换功能主变降膜式换热装置，所述孔板包括板体，所述板体上设有用于插入降膜管的通孔，所述板体周部与降膜式蒸发器壳体内表面相贴合。
5.根据权利要求2所述的一种具有光伏转换功能主变降膜式换热装置，降膜式蒸发器壳体上腔室内设有油位感应探头，油位感应探头上端连接有伸出上腔室的油位感应器，所述变压器主体上设有主变油温传感器，所述管程出管经管路与进冷油阀的连接管路上还设有变频油泵。
6.根据权利要求3所述的一种具有光伏转换功能主变降膜式换热装置，所述冷凝器为风冷却冷凝器或水冷凝器。
7.根据权利要求6所述的一种具有光伏转换功能主变降膜式换热装置，所述降膜管下端也套于一孔板内，所述孔板固定于降膜式蒸发器壳体内。
8.根据权利要求7所述的一种具有光伏转换功能主变降膜式换热装置，所述具有光伏转换功能主变降膜式换热装置还包括控制模块，所述控制模块电性连接于油位感应器、温度传感器、变频制冷压缩机、变频油泵、出热油电磁阀，所述控制模块还与电源控制器电性连接。
9.根据权利要求8所述的一种具有光伏转换功能主变降膜式换热装置，所述换热装置还设有外接备用电源，当长期雨天光照不足时自动切换使用。
【文档编号】F25B39/02GK204087988SQ201420462357
【公开日】2015年1月7日 申请日期:2014年8月18日 优先权日:2014年8月18日
【发明者】林晓铭, 涂恩来, 卢祖剑, 连鸿松, 林舒妍, 郑孝章, 李智源 申请人:国家电网公司, 国网福建省电力有限公司, 国网福建省电力有限公司南平供电公司, 国网福建省电力有限公司电力科学研究院, 国网福建省电力有限公司邵武市供电公司, 林晓铭, 林舒妍