一种带有光伏转换功能的干式变压器冷却装置及使用方法

一种带有光伏转换功能的干式变压器冷却装置及使用方法
【专利摘要】本发明涉及一种带有光伏转换功能的干式变压器冷却装置，包括光伏转换系统、冷却室、制冷系统、控制模块，其特征在于：所述光伏转换系统提供给制冷系统工作所需的电能，所述冷却室分为上壳和下壳，所述上壳顶部开有供干式变压器高、低压套管穿过的圆孔，所述套管穿出圆孔部分由密封圈紧密密封，所述干式变压器固定于冷却室空腔内，所述冷却室内循环流动有冷媒介质，所述制冷系统对冷媒介质进行制冷循环，以满足冷媒介质冷却干式变压器的要求，所述冷却室侧面下部安装有进冷媒的进口阀，冷却室另一对侧面的上部安装有出冷媒的出口阀，冷却室侧面上部还安装有温度传感器，所述控制模块电性连接于温度传感器和制冷系统中的制冷压缩机。
【专利说明】
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种带有光伏转换功能的干式变压器冷却装置，特别是一种带有光伏 转换功能的干式变压器冷却装置及使用方法。 一种带有光伏转换功能的干式变压器冷却装置及使用方法

【背景技术】
[0002] 干式变压器在运行过程中，在电和磁的作用下，其绕组和铁芯会发热，由于干式变 压器独特的设计运行方式，其自身散热效果很差，此时如不能及时将热量带走，将导致干式 变压器烧毁甚至爆炸的严重事故，传统干式变压器的冷却方式是由风扇吹风，或自然冷却， 这二种冷却方式冷却效率很低、冷却降温范围很小，受环境因素影响大，往往造成干式变压 器铜铁损大、过载和抗短路电流能力小，绝缘寿命短以及安全等级不足等诸多缺点。


【发明内容】

[0003] 本发明的目的在于克服现有技术的不足之处，即提供一种带有光伏转换功能干式 变压器冷却装置及使用方法，通过利用清洁、安全、高效、可靠的太阳能，提供给干式变压器 制冷循环系统工作所需的电能。
[0004] 本发明解决技术问题所采用的方案是一种带有光伏转换功能的干式变压器冷却 装置，包括光伏转换系统、冷却室、制冷系统、控制模块，所述光伏转换系统提供给制冷系统 工作所需的电能，所述冷却室分为上壳和下壳，所述上壳顶部开有供干式变压器高、低压套 管穿过的圆孔，所述套管穿出圆孔部分由密封圈紧密密封，所述干式变压器固定于冷却室 空腔内，所述冷却室内循环流动有冷媒介质，所述制冷系统对冷媒介质进行制冷循环，以满 足冷媒介质冷却干式变压器的要求，所述冷却室侧面下部安装有进冷媒的进口阀，冷却室 另一对侧面的上部安装有出冷媒的出口阀，冷却室侧面上部还安装有温度传感器，所述控 制模块电性连接于温度传感器和制冷系统中的制冷压缩机，所述控制模块根据温度传感器 测量并传输的在线温度值，自动控制制冷压缩机的工作。
[0005] 进一步的，所述冷媒介质为sf6介质。
[0006] 进一步的，所述光伏转换系统包括太阳能接收器、光伏转换器、贮能器、电源控制 器，所述光伏转换系统中的电源控制器与贮能器相连接，所述贮能器经光伏转换器与太阳 能接收器相连接，所述电源控制器与干式变压器制冷循环系统以及外接备用电源等电性连 接，所述光伏转换系统通过接收太阳能，并进行光伏转换和电源控制。
[0007] 进一步的，所述光伏转换系统太阳能接收器包括可翻转的太阳能电池板，所述太 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，始终控制太阳能电池板朝向太阳。
[0008] 进一步的，所述制冷系统由制冷压缩机、冷凝器、节流阀以及冷却室内循环流动的 冷媒介质部分组成，所述冷却室的出口连接制冷压缩机的进口，所述制冷压缩机的出口连 接冷凝器的进口，所述冷凝器的出口连接节流阀进口，节流阀出口连接冷却室的进口，制冷 压缩机电性连接于控制模块。
[0009] 进一步的，所述上壳和下壳由绝缘材料制作，所述上壳和下壳通过紧固螺栓紧密 连接。
[0010] 进一步的，所述控制模块可以是PLC或其它的微机处理器。
[0011] 进一步的，所述的光伏转换系统使用方法，按以下步骤进行：（1)开启太阳能接收 器、光电转换器、贮能器和电源控制器，提供给干式变压器制冷循环系统充足、合格的电源； (2)当在晚上或遇长期阴雨天，光伏转换能量不足，而干式变压器冷却室温度又很高这种少 见的情况时，外接备用电源自动投入；（3)由于阴雨天和夜晚，干式变压器冷却室周围环境 温度降低，能起到有效冷却干式变压器的作用，因此启用外接备用电源的几率很少；（4)通 过预先编程设计的程序，由PLC控制太阳能接收器对太阳进行实时轨迹跟踪，始终有效保 证太阳能电池板能够时刻正对太阳，达到最佳状态。
[0012] 进一步的，所述的带有光伏转换功能的干式变压器冷却装置使用方法，具体操作 步骤如下：（1)开启冷却室下部的进冷媒介质的进口阀和冷却室上部的出冷媒介质的出口 阀；（2)开启节流阀；（3)开启制冷压缩机，冷媒介质开始循环；（4)开启冷凝器冷却风机， 使制冷系统开始对运行中的干式变压器进行循环冷却；（5)开启控制模块，控制模块根据 温度传感器测量并传输的在线温度值，根据预先设置的温差值，控制调节变频制冷压缩机 工作。
[0013] 与现有技术相比，本发明有以下有益效果：本发明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、安全可靠、冷却效率高、设备体积小、维 护少、整体运行经济等巨大优势，能极大降低运行干式变压器的铜、铁损，增强其过载能力 和抗短路电流能力，延长干式变压器使用寿命，更加有力保障干式变压器安全运行，是干式 变压器运行冷却方式的革命性创新。
[0014]

【专利附图】

【附图说明】
[0015] 图1为本发明实施例的带有光伏转换功能干式变压器冷却装置光伏转换系统图； 图2为本发明实施例的带有光伏转换功能干式变压器冷却装置太阳能接收器接收太 阳能工作示意图； 图3为本发明实施例的干式变压器结构示意图； 图4为本发明实施例的冷却室结构示意图； 图5为图4的A-A剖视图； 图6为本发明实施例的冷却室上壳、下壳及密封垫示意图； 图7为本发明实施例的干式变压器安装在冷却室内示意图； 图8为图7的B-B剖视图； 图9为本发明实施例的带有光伏转换功能的干式变压器冷却装置工作流程示意图； 图10为本发明实施例的控制模块自动控制原理方框图。
[0016] 图中：1-冷却室上壳，2-套管密封圈，3-冷却室内的冷媒介质，4-温度传感器， 5-冷却室上、下壳之间密封垫，6-冷却室下壳，7-冷却室进口阀，8-节流阀，9-冷凝器出 口，10-冷凝器，11-冷凝器进口，12-冷却风机，13-制冷压缩机，14-冷却室出口阀，15-冷 却室上、下壳紧固螺栓，16-冷却室套管穿孔，17-太阳能接收器，18-转向控制器，19-比较 器。

【具体实施方式】
[0017] 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。
[0018] 如图1~10所示，一种带有光伏转换功能的干式变压器冷却装置，包括光伏转换系 统、冷却室、制冷系统、控制模块，所述光伏转换系统提供给制冷系统工作所需的电能，所述 冷却室分为上壳和下壳，所述上壳顶部开有供干式变压器高、低压套管穿过的圆孔，所述套 管穿出圆孔部分由密封圈紧密密封，所述干式变压器固定于冷却室空腔内，所述冷却室内 循环流动有冷媒介质，所述制冷系统对冷媒介质进行制冷循环，以满足冷媒介质冷却干式 变压器的要求，所述冷却室侧面下部安装有进冷媒的进口阀，冷却室另一对侧面的上部安 装有出冷媒的出口阀，冷却室侧面上部还安装有温度传感器，所述控制模块电性连接于温 度传感器和制冷系统中的制冷压缩机，所述控制模块根据温度传感器测量并传输的在线温 度值，自动控制制冷压缩机的工作。
[0019] 在本实施例中，所述光伏转换系统包括太阳能接收器、光伏转换器、贮能器、电源 控制器，所述光伏转换系统中的电源控制器与贮能器相连接，所述贮能器经光伏转换器与 太阳能接收器相连接，所述电源控制器与干式变压器制冷循环系统以及外接备用电源等电 性连接，所述光伏转换系统通过接收太阳能，并进行光伏转换和电源控制，以提供充足合格 的电能供给干式变压器制冷循环系统工作，当在晚上或遇长期阴雨天，光伏转换能量不足， 而干式变压器冷却室温度又很高这种少见的情况时，外接备用电源自动投入，由于阴雨天 和夜晚，干式变压器冷却室周围环境温度降低，能起到有效冷却干式变压器的作用，因此启 用外接备用电源的几率很少。
[0020] 在本实施例中，所述光伏转换系统太阳能接收器包括可翻转的太阳能电池板，所 述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，始终控制太阳能电池板朝向太阳，以实现各个太阳能电 池板达到最大能量采集量。
[0021] 在本实施例中，比较器工作原理是：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。
[0022] 在本实施例中，所述制冷系统由制冷压缩机、冷凝器、节流阀以及冷却室内循环流 动的冷媒介质部分组成，所述冷却室的出口连接制冷压缩机的进口，所述制冷压缩机的出 口连接冷凝器的进口，所述冷凝器的出口连接节流阀进口，节流阀出口连接冷却室的进口， 制冷压缩机电性连接于控制模块。
[0023] 在本实施例中，所述上壳和下壳由绝缘材料制作，所述上壳和下壳通过紧固螺栓 紧密连接。
[0024] 在本实施例中，所述控制模块可以是PLC或其它的微机处理器。
[0025] 在本实施例中，所述冷媒介质可以是SF6介质，也可以是其它具有绝缘、息燃、较高 热焓的适合做冷媒的介质。
[0026] 在本实施例中，所述的循环制冷工作是：在冷却室内的冷媒介质将运行中干式变 压器产生的热量带走，从而冷却了干式变压器，冷媒介质自身被加热，吸热后的冷媒介质从 冷却室出口阀出去，被制冷压缩机进口吸入，在制冷压缩机中被压缩成高压高温的冷媒介 质气体，此高温高压冷媒气体从制冷压缩机出口压出，至冷凝器进口进入冷凝器，高温高压 冷媒气体在冷凝器内被冷凝成高温冷媒液体，此高温冷媒液体出冷凝器后，流至节流阀，通 过节流阀减压节流至冷却室，经减压节流后的冷媒液体部分蒸发为气体，冷媒液体蒸发会 吸收大量热量，从而使全部冷媒冷却，进入冷却室，对运行中的干式变压器进行下一轮的冷 却循环。
[0027] 在本实施例中，所述的控制模块电性连接于温度传感器和制冷压缩机，控制模块 根据温度传感器测量并传输的在线温度值，根据预先设置的温差值，自动控制制冷压缩机 的工作，当冷却室内温度超过设定值温差以上时，自动启动制冷压缩机工作，当冷却室内温 度达到设定值温差以下时，自动停止制冷压缩机工作，始终保持干式变压器在适合的冷却 温度范围内工作，控制模块可以是PLC或其它的微机处理器。
[0028] 在本实施例中，所述的光伏转换系统使用方法，按以下步骤进行：（1)开启太阳能 接收器、光电转换器、贮能器和电源控制器，提供给干式变压器制冷循环系统充足、合格的 电源；（2)当在晚上或遇长期阴雨天，光伏转换能量不足，而干式变压器冷却室温度又很高 这种少见的情况时，外接备用电源自动投入；（3)由于阴雨天和夜晚，干式变压器冷却室周 围环境温度降低，能起到有效冷却干式变压器的作用，因此启用外接备用电源的几率很少； (4)通过预先编程设计的程序，由PLC控制太阳能接收器17对太阳进行实时轨迹跟踪，始终 有效保证太阳能电池板17能够时刻正对太阳，达到最佳状态。
[0029] 在本实施例中，所述带有光伏转换功能的干式变压器冷却装置的使用方法具体操 作步骤如下：1)开启冷却室下部的进冷媒介质的进口阀7和冷却室上部的出冷媒介质的出 口阀14 ;2)开启节流阀8 ;3)开启制冷压缩机13,冷媒介质开始循环；4)开启冷凝器10的 冷却风机12,使制冷系统开始对运行中的干式变压器进行循环冷却；5)开启控制模块，控 制模块根据温度传感器4测量并传输的在线温度值，根据预先设置的温差值，当冷却室内 温度超过设定值温差以上时，自动启动制冷压缩机13工作，当冷却室内温度达到设定值温 差以下时，自动停止制冷压缩机13工作，始终保持干式变压器在适合的冷却温度范围内工 作。
[0030] 上列较佳实施例，对本发明的目的、技术方案和优点进行了进一步详细说明，所应 理解的是，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精 神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【权利要求】
1. 一种带有光伏转换功能的干式变压器冷却装置，包括光伏转换系统、冷却室、制冷 系统、控制模块，其特征在于：所述光伏转换系统提供给制冷系统工作所需的电能，所述冷 却室分为上壳和下壳，所述上壳顶部开有供干式变压器高、低压套管穿过的圆孔，所述套管 穿出圆孔部分由密封圈紧密密封，所述干式变压器固定于冷却室空腔内，所述冷却室内循 环流动有冷媒介质，所述制冷系统对冷媒介质进行制冷循环，以满足冷媒介质冷却干式变 压器的要求，所述冷却室侧面下部安装有进冷媒的进口阀，冷却室另一对侧面的上部安装 有出冷媒的出口阀，冷却室侧面上部还安装有温度传感器，所述控制模块电性连接于温度 传感器和制冷系统中的制冷压缩机，所述控制模块根据温度传感器测量并传输的在线温度 值，自动控制制冷压缩机的工作。
2. 根据权利要求1所述的带有光伏转换功能的干式变压器冷却装置，其特征在于：所 述冷媒介质为sf6介质。
3. 根据权利要求1所述的带有光伏转换功能的干式变压器冷却装置，其特征在于：所 述光伏转换系统包括太阳能接收器、光伏转换器、贮能器、电源控制器，所述光伏转换系统 中的电源控制器与贮能器相连接，所述贮能器经光伏转换器与太阳能接收器相连接，所述 电源控制器与干式变压器制冷循环系统以及外接备用电源等电性连接，所述光伏转换系统 通过接收太阳能，并进行光伏转换和电源控制。
4. 根据权利要求2所述的带有光伏转换功能干式变压器冷却装置，其特征在于：所述 光伏转换系统太阳能接收器包括可翻转的太阳能电池板，所述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，始终控制太阳能电池板朝向太阳。
5. 根据权利要求1所述的带有光伏转换功能的干式变压器冷却装置，其特征在于：所 述制冷系统由制冷压缩机、冷凝器、节流阀以及冷却室内循环流动的冷媒介质部分组成，所 述冷却室的出口连接制冷压缩机的进口，所述制冷压缩机的出口连接冷凝器的进口，所述 冷凝器的出口连接节流阀进口，节流阀出口连接冷却室的进口，制冷压缩机电性连接于控 制丰吴块。
6. 根据权利要求1所述的带有光伏转换功能的干式变压器冷却装置，其特征在于：所 述上壳和下壳由绝缘材料制作，所述上壳和下壳通过紧固螺栓紧密连接。
7. 根据权利要求1所述的带有光伏转换功能的干式变压器冷却装置，其特征在于：所 述控制模块可以是PLC或其它的微机处理器。
8. -种带有光伏转换功能干式变压器降膜式换热装置，其特征在于：所述的光伏转换 系统使用方法，按以下步骤进行：（1)开启太阳能接收器、光电转换器、贮能器和电源控制 器，提供给干式变压器制冷循环系统充足、合格的电源；（2)当在晚上或遇长期阴雨天，光 伏转换能量不足，而干式变压器冷却室温度又很高这种少见的情况时，外接备用电源自动 投入；（3)由于阴雨天和夜晚，干式变压器冷却室周围环境温度降低，能起到有效冷却干式 变压器的作用，因此启用外接备用电源的几率很少；（4)通过预先编程设计的程序，由PLC 控制太阳能接收器对太阳进行实时轨迹跟踪，始终有效保证太阳能电池板能够时刻正对太 阳，达到最佳状态。
9. 根据权利要求1所述的带有光伏转换功能的干式变压器冷却装置，其特征在于：所 述的带有光伏转换功能的干式变压器冷却装置使用方法，具体操作步骤如下：（1)开启冷 却室下部的进冷媒介质的进口阀和冷却室上部的出冷媒介质的出口阀；（2)开启节流阀； (3)开启制冷压缩机，冷媒介质开始循环；（4)开启冷凝器冷却风机，使制冷系统开始对运 行中的干式变压器进行循环冷却；（5)开启控制模块，控制模块根据温度传感器测量并传 输的在线温度值，根据预先设置的温差值，控制调节变频制冷压缩机工作。
【文档编号】H01F27/08GK104157404SQ201410418768
【公开日】2014年11月19日 申请日期:2014年8月25日 优先权日:2014年8月25日
【发明者】林晓铭, 陈铭, 郑良根, 郑东升, 林舒妍, 郑孝章, 李智源, 康建生 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