专利名称：一种热管冷却的气体绝缘电力变压器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种变压器，特别涉及一种采用热管换热技术发生相变换热进行冷却变压器器身的气体绝缘电力变压器。
背景技术：
根据冷却介质的不同，气体绝缘变压器按冷却方式可分为干式(气体冷却，主要有空气和SF6气体)和湿式(使用绝缘液体辅助冷却)两大类型。空气绝缘和冷却的干式变压器体积大，为减小体积和重量，通常采用SF6气体绝缘变压器代替空气绝缘。对于小容量的气体绝缘变压器，由于其热损耗小，通常采用SF6气体循环冷却的散热方式，即变压器箱体周围装有散热器，以SF6气体作为冷却介质在箱体和散热器回路进行自然循环，散热器依靠空气自然冷却。为加强散热效果，变压器箱体内部加装气泵，强迫SF6气体循环，使气体循环流动速率提高。而更大容量的气体变压器还会在散热器上加装风机，提闻散热器的冷却性能。但由于SF6气体的导热率很低，对流换热系数比变压器油小一个数量级，其作为冷却介质时冷却能力远低于变压器油的冷却能力。气体绝缘、气体冷却的变压器的最大容量一般不超过63MVA。当气体变压器容量超过63MVA时，大多采用液体(氟碳化合物)辅助冷却和SF6气体绝缘形式。常见的有喷淋式和隔离式两种。喷淋式气体绝缘变压器的冷却系统由循环泵将变压器底部储液器中的冷却液抽到器身上方的喷射装置中，该装置将冷却液经多条散布通道喷淋到器身上。冷却液吸收器身热量后迅速气化，与充在箱体内的SF6气体一起形成混合气体，由风机强制地送入箱体外的冷却器和外界进行热交换。冷却液蒸汽在冷却器中凝聚液化，并流回储液器。喷淋式的冷却系统结构很复杂，所带的循环泵和风机都是转动部件，可靠性要求高，维护困难。隔离式的气体绝缘变压器一种是套筒式结构，即在其器身外设置套筒，套筒内部充满冷却液，器身和铁心浸润在冷却液中。套筒顶部有隔膜分离器，可分开SF6气体和冷却液，同时应对冷却液热胀冷缩的体积变化；冷却液由泵驱动循环，承担绕组冷却和绝缘；SF6充满承担引线绝缘等。该结构设计、制造复杂，价格昂贵。另一种箔式绕组的散热屏结构，把金属冷却屏缠绕到线圈中，屏中留有狭窄的横向冷却通道，可在泵的驱动下使冷却液在其中流动循环。此外还需要设置压力均衡器，导致结构复杂、制造困难。以上喷淋式、隔离式结构的共同特点是都需要泵的驱动，且结构复杂、制造困难，因此发展新结构的冷却方式对气体绝缘变压器往大容量发展具有重要意义。采用热管换热技术的冷却装置能大大提高其冷却效果，如申请号为201110374628.4的专利提出的由成排金属管等组成的回路热管式变压器冷却系统，散热功率强大，且无泵自循环，但该结构如果应用到气体绝缘变压器中，则会出现散热不均匀，线圈局部过热偏高的问题。又如申请号为200510086886.6的专利提出的导流管式和导流筒式蒸发冷却变压器结构若应用到气体绝缘变压器中，由于气体换热效果差，所需的导流管的数目和散热面积将太多而难以实现。而申请号为200810027437.9的专利提出的具有气液两相散热回路的干式变压器，在线圈间环绕螺旋形换热管，能避免局部过热，但线圈之间间隙需填充绝缘介质，换热效果较差，而结构上的局限也使得介质循环动力不足，甚至需要加泵，增加了维护量；整个散热回路自封闭成一个系统，可能的漏点较多，如有泄漏，势必影响变压器运行。
发明内容
本发明的目的是克服气体绝缘变压器现有的冷却效率低、使用气泵，或冷却系统结构复杂，制造困难的缺点，提出一种采用热管冷却的气体绝缘变压器。本发明采用非金属热管的阵列嵌入绕组吸收热量，经热传导方式传热给回路热管散出热量冷却气体绝缘变压器，在保证足够散热功率的同时避免了局部过热，提高了热管冷却气体绝缘变压器的可行性和经济性。本发明采用以下技术方案:本发明包括气体绝缘变压器和冷却系统。所述的气体绝缘变压器由铁心、变压器箱体、绝缘气体、线圈及线圈引线套管组成。所述的冷却系统采用热管换热技术，由非金属热管的阵列和回路热管散热系统两部分组成，前者由多根非金属热管、甲蒸发液等组成，后者由乙蒸发液、成排金属管、集气室、集液室、出气管路、散热器、回液管路、换热室等组成。所述的气体绝缘变压器为一台密封良好的气体绝缘变压器，其箱体内部充满绝缘气体。变压器箱体由具有一定机械强度的金属材料制成，能够承受一定的内部压力。箱体内固定有变压器的铁心和线圈，箱体壁和箱体顶盖通过法兰连接或焊接等工艺连接密封。线圈引线的高压引线套管和低压引线套管分别安装在箱体侧面壁上。所述的冷却系统的一部分置于变压器箱体内，另一部分位于变压器箱体外。所述回路热管散热系统中的散热器布置在变压器箱体顶盖的上方，成排金属管由多根金属管平行成排组装而成，安装在紧贴箱体顶盖的下方。回路热管散热系统中的成排金属管两端连通有集气室和集液室，集气室和集液室分别通过出气管路和回液管路与散热器的进气口和出液口连接，形成一个密封系统。成排金属管内灌有一定量的乙蒸发液，乙蒸发液与绝缘气体进行换热并发生相变，完成冷却自循环。在这个冷却自循环过程中，集气室所处的相对位置比集液室较高，因此集气室内的乙蒸发液的含气量较高，集液室内的乙蒸发液的含液量较高。成排金属管下方设置有一个或多个换热室，换热室的两端与集气室和集液室相连通。换热室是一个中空的金属箱体，其壁面为导热良好的金属板，换热室的壁面与非金属热管的顶端接触良好，换热室壁面和非金属热管顶端的接触面上涂有导热硅胶，以保证换热室壁面与非金属热管顶端保持良好的导热效果。非金属热管安装在变压器箱体内，为密封、中空的非金属材料的圆管。非金属热管的下半部分竖直嵌入到变压器线圈之间，非金属热管的上半部分裸露在气体绝缘介质中，非金属热管的顶部与换热室的壁面接触良好。非金属热管内部充有一定量的甲蒸发液。本发明的工作原理是:变压器运行时，线圈产生的热量通过管壁传递给非金属热管内的甲蒸发液，甲蒸发液吸热沸腾，汽化后产生的蒸汽向上运动到非金属热管的顶部。高温的蒸汽所带的热量通过非金属热管顶部、导热硅胶和换热室壁面，传递给换热室内的乙蒸发液。在这个过程中非金属热管中的甲蒸发液传出热量，冷凝成液体流回非金属热管底部，完成热循环，同时达到冷却线圈的效果，避免线圈发生过大的局部过热。同时，变压器线圈和铁心产生的热量也加热了变压器箱体内的绝缘气体，绝缘气体受热后温度升高，密度减小，向上升腾，形成自然循环冷却。热的绝缘气体上升至箱体顶盖下时，把热量传递给回路热管中的成排金属管，成排金属管内的乙蒸发液受热后也发生相变，汽化产生的蒸汽通过出气管路进入箱体外的散热器中，受到冷却冷凝成液体流回成排金属管内，完成换热循环。成排金属管的数目和尺寸、结构可经计算确定，能够有效满足大容量气体绝缘变压器运行时的散热功率要求。非金属热管顶端也可不连接换热室或其他设备，仅依靠热管上半部分管壁与周围的绝缘气体进行热交换，使甲蒸发液的蒸汽得到冷却而冷凝成液体流回非金属热管的管底。这种工作方式同样可以降低变压器线圈内部的过热程度。非金属热管的顶端也可以与换热室连通，整个冷却系统包括非金属热管、成排金属管、换热室、集气室、集液室、散热器、出气管路和回液管路，形成一个整体的密封空间，在其内部灌充一定量的甲蒸发液。所述的非金属热管可以为管状，也可以为板状、半圆筒或圆筒形状等其他形状，其截面不限于圆形、方形等，可根据线圈绕组形状不同进行变化。所述的甲蒸发液和乙蒸发液可以是同一种液体，也可以是不同的液体；均可以在受热的时候发生相变，汽化变成蒸汽。所述的换热室可以与集气室和集液室连通，并与成排金属管共用一组散热器；也可以单独连接一组出气管路和回液管路，或使用另一组散热器。所述的集气室和集液室的外表面可加装中空或实心的金属散热管、金属翅片等装置，以增加集气室和集液室表面与绝缘气体的接触面积，有利于更高效地散热。所述的金属散热管内部还可与集气室或集液室连通，充满乙蒸发液；或不与集气室或集液室通，但内部充有一定量的蒸发液；所述的金属散热管外表面是光管，或带有金属散热管翅片。所述的变压器中的绝缘气体可以是SF6气体、空气、氮气、二氧化碳、惰性气体、氟碳气体、卤素化合物气体等，或上述气体中两种或两种以上的混合物。所述的冷却方式除了应用在气体绝缘变压器中，还可以用于电抗器、互感器等有线圈的电力设备中。本发明可用于心式结构的变压器或壳式结构的变压器中。本发明将非金属热管的阵列嵌入到变压器线圈之间，将绕组的热量带出到线圈外面，再经热传导方式传热给回路热管散热系统散出热量，同时利用成排金属管内蒸发液相变换热吸收箱体内气体的热量，散热功率强大，同时避免了线圈的局部过热，还可实现无泵自循环。多根非金属热管不与回路热管散热系统连接，形成独立的冷却系统，因此即使有个别热管发生泄漏故障，其他热管冷却系统不受影响，变压器仍可带病运行较长时间，在解决大容量气体绝缘变压器冷却问题的同时又提高了变压器运行的可靠性和可维护性。采用本发明设计的气体绝缘变压器将具有更高的技术经济指标。
图1是本发明的实施方式一的结构示意图，图1中:10铁心、20变压器箱体、30绝缘气体、40甲蒸发液、50低压引线套管、60非金属换热管、70集气室、80乙蒸发液、90箱体顶盖、100出气管路、110管翅片、120成排金属管、130进气口、140散热器、150出液口、160回液管路、170集液室、180导热硅胶、190换热室、200高压引线套管、210线圈。图2是本发明非金属换热管60与换热室190三种不同接触方式的结构示意图，图2中:60非金属换热管、80乙蒸发液、180导热硅胶、190换热室。图3是本发明的实施方式二的结构示意图，图3中:10铁心、20变压器箱体、30绝缘气体、40甲蒸发液、50低压引线套管、60非金属换热管、70集气室、80乙蒸发液、90箱体顶盖、100出气管路、110管翅片、120成排金属管、130进气口、140散热器、150出液口、160回液管路、170集液室、200高压引线套管、210线圈。图4是本发明的实施方式三的结构示意图，图4中:10铁心、20变压器箱体、30绝缘气体、50低压引线套管、60非金属换热管、70集气室、80乙蒸发液、90箱体顶盖、100出气管路、110管翅片、120成排金属管、130进气口、140散热器、150出液口、160回液管路、170集液室、190换热室、200高压引线套管、210线圈。图5是本发明中圆管形非金属热管的示意图，图5中:10铁心、60非金属热管、210线圈。图6是本发明的实施方式四的结构示意图，图6中:10铁心、20变压器箱体、30绝缘气体、40甲蒸发液、50低压引线套管、60非金属换热管、70集气室、80乙蒸发液、90箱体顶盖、100出气管路、110管翅片、120成排金属管、130进气口、140散热器、150出液口、160回液管路、170集液室、180导热硅胶、190换热室、200高压引线套管、210线圈、240金属散热管、250金属散热管翅片。图7是本发明的实施方式五的结构示意图，图7中:10铁心、20变压器箱体、30绝缘气体、40甲蒸发液、50低压引线套管、60非金属换热管、80乙蒸发液、90箱体顶盖、100出气管路、110管翅片、120成排金属管、130进气口、140散热器、150出液口、160回液管路、170集液室、180导热硅胶、190换热室、200高压引线套管、210线圈。
具体实施例方式下面结合附图和具体实施方式
对本发明做进一步的描述。本发明包括气体绝缘变压器和冷却系统。所述的气体绝缘变压器由铁心、变压器箱体、绝缘气体、线圈引线套管及线圈组成。所述的冷却系统由非金属热管的阵列和回路热管散热系统两部分组成，前者由非金属热管60、甲蒸发液40等组成，后者由乙蒸发液80、成排金属管120、出气管路100、散热器140、回液管路160、换热室190等组成。所述的非金属热管60嵌入到变压器线圈之间，将变压器绕组的热量带出变压器线圈外，再经热传导方式传热给回路热管散热系统散出热量，同时利用成排金属管60内甲蒸发液相变换热吸收变压器箱体内气体的热量。实施方式一本发明实施方式一的热管冷却气体绝缘电力变压器，其变压器箱体20内部充满绝缘气体30。变压器箱体20内固定有变压器的铁心10和线圈210，箱体20和箱体顶盖90通过法兰或焊接连接密封。线圈引线的高压套管200和低压套管50分别安装在箱体20的侧面壁上。所述的冷却系统由非金属热管60的阵列和回路热管散热系统两部分组成。
所述的非金属热管60的阵列由多根非金属热管60组成。非金属热管60安装在变压器箱体20内，下半部分竖直嵌入到线圈210之间，上半部分裸露在绝缘气体30中，顶部与换热室190的壁面接触良好。非金属热管60内部充有一定量的甲蒸发液40。变压器线圈210工作时产生的热量被非金属热管60带出变压器线圈210之外，再经热传导方式传热给回路热管散热系统散出热量，同时利用成排金属管60内的乙蒸发液80相变换热吸收变压器箱体20内的绝缘气体30的热量。所述的回路热管散热系统由集气室70、乙蒸发液80、出气管路100、管翅片110、成排金属管120、进气口 130、散热器140、出液口 150、回液管路160、集液室170、换热室190等组成，如图1所示。冷却系统的散热器140布置在箱体顶盖90的上方。成排金属管120由多根金属管成排组装而成，安装在紧贴箱体顶盖90的下方。成排金属管120内灌有一定量的乙蒸发液80，乙蒸发液80与绝缘气体30进行换热并发生相变，完成冷却自循环。成排金属管120较高的一端与集气室70连通，集气室70内乙蒸发液80的含气率较高；成排金属管120较低的一端与集液室170连通，集液室170内乙蒸发液80的含液率较高。集气室70和集液室170分别通过出气管路100和回液管路160与散热器140的进气口 130和出液口 150连接，形成一个密封系统。成排金属管120的下方设置一个或多个换热室190，换热室190的两端与集气室70和集液室170相连通。换热室190是一个中空的金属箱体，其壁面为导热良好的金属板，换热室的壁面与非金属热管60的顶端接触良好,换热室190壁面和非金属热管60顶端的接触面上涂有导热硅胶180，以保证换热室190壁面与非金属热管60顶端保持良好的导热效果。本实施方式的工作原理是:变压器运行时，线圈210产生的热量通过管壁传递给非金属热管60内的甲蒸发液40，甲蒸发液40吸热沸腾，汽化后产生的蒸汽向上运动到非金属热管60的顶部。高温的蒸汽所带的热量通过非金属热管60顶部、导热硅胶180和换热室190的壁面，传递给换热室190内的乙蒸发液80。在这个过程中非金属热管60中的甲蒸发液40传出热量，冷凝成液体流回非金属热管60底部，完成热循环，同时达到冷却线圈210的效果，避免线圈210发生过大的局部过热。同时，变压器线圈210和铁心10产生的热量也加热了变压器箱体20内的绝缘气体30，绝缘气体30受热后温度升高，密度减小，向上升腾，形成自然循环冷却。热的绝缘气体30上升至箱体顶盖90下时，把热量传递给成排金属管120，成排金属管120内的乙蒸发液80受热后也发生相变，汽化产生的蒸汽在集气室70聚集，并通过出气管路100进入箱体20外的散热器140中，受到冷却冷凝成液体回流到集液室170，再流回成排金属管120内，完成换热循环。成排金属管120的数目和尺寸、结构可经计算确定，能够有效满足大容量气体绝缘变压器运行时的散热功率要求。所述的非金属热管60可以为管状，其实施方式如图5所示；也可以为板状、半圆筒或圆筒形状等其他形状，其截面不限于圆形、方形等。所述的非金属热管60与换热室190的接触方式有三种，如图2所示:图2a所示的换热室190底部为平底，非金属热管60只有顶部与换热室190接触；图2b所示的换热室190底部装有凹形管，非金属热管60的顶部插入凹形管的凹面中，增大非金属热管60与换热室190的换热面积；图2c所不的换热室190的底部开有凹槽,非金属热管60的顶部弯曲，贴入凹槽中，增大与换热室190的换热面积。非金属热管60所有与换热室190的接触面均涂有导热硅胶180。所述的成排金属管120可以水平或倾斜安装在箱体顶盖90下面，如图1所示；也可以竖直安装在靠近箱体壁两侧，如图7所示。所述的线圈210的引出线可以是端部引出，如图1所示；也可以是中部引出，如图4所示。所述的高压引线套管200和低压引线套管50可以在变压器箱体20侧面，如图1所示；也可以在顶部，如图7所示。所述的甲蒸发液40和乙蒸发液80可以是同一种液体，也可以是不同的液体。所述的换热室190可以与集气室70和集液室170连通，并与成排金属管120共用一组散热器140 ;也可以单独连接一组出气管路100和回液管路160，或使用另一组散热器140。所述的变压器中的绝缘气体30可以是SF6气体、空气、氮气、二氧化碳、惰性气体、氟碳气体、卤素化合物气体等，或上述气体中两种或两种以上的混合物。实施方式二本发明实施方式二的热管冷却气体绝缘电力变压器，其变压器箱体20内部充满绝缘气体30。变压器箱体20内固定有变压器的铁心10和线圈210，箱体20和箱体顶盖90通过法兰或焊接连接密封。线圈引线的高压套管200和低压套管50分别安装在箱体20侧面壁上。所述的冷却系统由非金属热管60的阵列和回路热管散热系统两部分组成，如图3所示。所述的非金属热管60的阵列由多根非金属热管60组成。非金属热管60安装在变压器箱体20内，下半部分竖直嵌入到线圈210之间，上半部分裸露在绝缘气体30中。非金属热管60内部充有一定量的甲蒸发液40。变压器线圈210工作时产生的热量被非金属热管60带出变压器线圈210之外，传递给变压器箱体20内的绝缘气体30。所述的回路热管散热系统由集气室70、乙蒸发液80、出气管路100、管翅片110、成排金属管120、进气口 130、散热器140、出液口 150、回液管路160、集液室170等组成，如图3所示。冷却系统的散热器140布置在箱体顶盖90的上方。成排金属管120由多根金属管成排组装而成，安装在紧贴箱体顶盖90的下方。成排金属管120内灌有一定量的乙蒸发液80，乙蒸发液80与绝缘气体30进行换热并发生相变，完成冷却自循环。成排金属管120相对位置较高的一端与集气室70连通，集气室70内乙蒸发液80的含气率较高；成排金属管120相对位置较低的一端与集液室170连通，集液室170内乙蒸发液80的含液率较高。集气室70和集液室170分别通过出气管路100和回液管路160与散热器140的进气口 130和出液口 150连接，形成一个密封系统。本实施方式的工作原理是:变压器运行时，线圈210产生的热量通过管壁传递给非金属热管60内的甲蒸发液40，甲蒸发液40吸热沸腾，汽化后产生的蒸汽向上运动到非金属热管60的顶部。高温的蒸汽所带的热量通过非金属热管60的管壁传递给变压器箱体20内的绝缘气体30。在这个过程中非金属热管60中的甲蒸发液40传出热量，冷凝成液体流回非金属热管60底部，完成热循环，同时达到冷却线圈210的效果，避免线圈210发生过大的局部过热。同时，变压器线圈210和铁心10产生的热量也加热了变压器箱体20内的绝缘气体30，绝缘气体30受热后温度升高，密度减小，向上升腾，形成自然循环冷却。热的绝缘气体30上升至箱体顶盖90下时，把热量传递给成排金属管120，成排金属管120内的乙蒸发液80受热后也发生相变，汽化产生的蒸汽在集气室70聚集，并通过出气管路100进入箱体20外的散热器140中，受到冷却冷凝成液体回流到集液室170，再流回成排金属管120内，完成换热循环。成排金属管120的数目和尺寸、结构可经计算确定，能够有效满足大容量气体绝缘变压器运行时的散热功率要求。所述的非金属热管60可以为管状，其实施方式如图5所示；也可以为板状、半圆筒或圆筒形状等其他形状，其截面不限于圆形、方形等。所述的成排金属管120可以水平或倾斜安装在箱体顶盖90下面，如图1所示；也可以竖直安装在靠近箱体壁两侧，如图7所示。所述的线圈210的引出线可以是端部引出，如图1所示；也可以是中部引出，如图4所示。所述的高压引线套管200和低压引线套管50可以在变压器箱体20侧面，如图1所示；也可以在顶部，如图7所示。所述的甲蒸发液40和乙蒸发液80可以是同一种液体，也可以是不同的液体。所述的变压器中的绝缘气体30可以是SF6气体、空气、氮气、二氧化碳、惰性气体、氟碳气体、卤素化合物气体等，或上述气体中两种或两种以上的混合物。实施方式三本发明实施方式三的热管冷却气体绝缘电力变压器，其变压器箱体20内部充满绝缘气体30。变压器箱体20内固定有变压器的铁心10和线圈210，箱体20和箱体顶盖90通过法兰或焊接连接密封。线圈引线的高压套管200和低压套管50分别安装在箱体20侧面壁上。所述的冷却系统由非金属热管60的阵列和回路热管散热系统两部分组成，如图4所示。所述的非金属热管60的阵列由多根非金属热管60组成。非金属热管60安装在变压器箱体20内，下半部分竖直嵌入到线圈210之间，上半部分裸露在绝缘气体30中，非金属热管60的顶部与换热室190连通。非金属热管60内部充满乙蒸发液80。所述的回路热管散热系统由集气室70、乙蒸发液80、出气管路100、管翅片110、成排金属管120、进气口 130、散热器140、出液口 150、回液管路160、集液室170、换热室190等组成，如图4所示。冷却系统的散热器140布置在箱体顶盖90的上方。成排金属管120由多根金属管成排组装而成，安装在紧贴箱体顶盖90的下方。成排金属管120内灌有一定量的乙蒸发液80，乙蒸发液80与绝缘气体30进行换热并发生相变，完成冷却自循环。成排金属管120相对位置较高的一端与集气室70连通，集气室70内乙蒸发液80的含气率较高；成排金属管120相对位置较低的一端与集液室170连通，集液室170内乙蒸发液80的含液率较高。集气室70和集液室170分别通过出气管路100和回液管路160与散热器140的进气口 130和出液口 150连接，形成一个密封系统。成排金属管120的下方设置一个或多个换热室190，换热室190的两端与集气室70和集液室170相连通。换热室190是一个中空的金属箱体，其下部与非金属热管60的顶部相连通，使整个冷却系统形成一个密封的整体。本实施方式的工作原理是:变压器运行时，线圈210产生的热量通过管壁传递给非金属热管60内的乙蒸发液80，乙蒸发液80吸热沸腾，汽化后产生的蒸汽向上运动，经过非金属热管60的顶部进入回路热管系统中。在这个过程中冷却线圈210被冷却，避免发生过大的局部过热。同时，变压器线圈210和铁心10产生的热量也加热了变压器箱体20内的绝缘气体30，绝缘气体30受热后温度升高，密度减小，向上升腾，形成自然循环冷却。热的绝缘气体30上升至箱体顶盖90下时，把热量传递给成排金属管120，成排金属管120内的乙蒸发液80受热后也发生相变，汽化产生的蒸汽在集气室70聚集，并通过出气管路100进入箱体20外的散热器140中，受到冷却冷凝成液体回流到集液室170，再流回成排金属管120内，完成换热循环。成排金属管120的数目和尺寸、结构可经计算确定，能够有效满足大容量气体绝缘变压器运行时的散热功率要求。所述的非金属热管60可以为管状，其实施方式如图5所示；也可以为板状、半圆筒或圆筒形状等其他形状，其截面不限于圆形、方形等。所述的成排金属管120可以水平或倾斜安装在箱体顶盖90下面，如图1所示；也可以竖直安装在靠近箱体壁两侧，如图7所示。所述的线圈210的引出线可以是端部引出，如图1所示；也可以是中部引出，如图4所示。所述的高压引线套管200和低压引线套管50可以在变压器箱体20侧面，如图1所示；也可以在顶部，如图7所示。所述的换热室190可以与集气室70和集液室170连通，并与成排金属管120共用一组散热器140 ;也可以单独连接一组出气管路100和回液管路160，或使用另一组散热器140。所述的变压器中的绝缘气体30可以是SF6气体、空气、氮气、二氧化碳、惰性气体、氟碳气体、卤素化合物气体等，或上述气体中两种或两种以上的混合物。实施方式四本发明实施方式四的热管冷却气体绝缘电力变压器，其变压器箱体20内部充满绝缘气体30。变压器箱体20内固定有变压器的铁心10和线圈210，箱体20和箱体顶盖90通过法兰或焊接连接密封。线圈引线的高压套管200和低压套管50分别安装在箱体20侧面壁上。所述的冷却系统由非金属热管60的阵列和回路热管散热系统两部分组成，如图6所示。所述的非金属热管60的阵列由多根非金属热管60组成。非金属热管60安装在变压器箱体20内，下半部分嵌入到线圈210之间，上半部分裸露在绝缘气体30中，顶部与换热室190的壁面接触良好。线圈210为饼式线圈，上下层的线饼之间留有绝缘通道。非金属换热管60的底端水平弯曲，插入到线圈210的线饼间的空隙中。非金属热管60内部充有一定量的甲蒸发液40。变压器线圈210工作时产生的热量被非金属热管60带出变压器线圈210之外，再经热传导方式传热给回路热管散热系统散出热量，同时利用成排金属管60内的乙蒸发液80相变换热吸收变压器箱体20内的绝缘气体30的热量。所述的回路热管散热系统由集气室70、乙蒸发液80、出气管路100、管翅片110、成排金属管120、进气口 130、散热器140、出液口 150、回液管路160、集液室170、换热室190、金属散热管240、250金属散热管翅片等组成，如图6所示。冷却系统的散热器140布置在箱体顶盖90的上方。成排金属管120由多根金属管成排组装而成，安装在紧贴箱体顶盖90的下方。成排金属管120内灌有一定量的乙蒸发液80，乙蒸发液80与绝缘气体30进行换热并发生相变，完成冷却自循环。成排金属管120相对位置较高的一端与集气室70连通，集气室70内乙蒸发液80的含气率较高；成排金属管120相对位置较低的一端与集液室170连通，集液室170内乙蒸发液80的含液率较高。集气室70和集液室170分别通过出气管路100和回液管路160与散热器140的进气口 130和出液口 150连接，形成一个密封系统。成排金属管120的下方设置一个或多个换热室190，换热室190的两端与集气室70和集液室170相连通。换热室190是一个中空的金属箱体，其壁面为导热良好的金属板，其壁面与非金属热管60的顶端接触良好，换热室190壁面和非金属热管60顶端的接触面上涂有导热硅胶180，以保证换热室190壁面与非金属热管60顶端保持良好的导热效果。集气室70和集液室170的外表面加装中空的金属散热管240，以增加集气室70和集液室170表面与绝缘气体的接触面积，有利于更高效地散热。中空的金属散热管240内部与集气室70或集液室170连通，充满乙蒸发液80。本实施方式的工作原理是:变压器运行时，线圈210产生的热量通过管壁传递给非金属热管60内的甲蒸发液40，甲蒸发液40吸热沸腾，汽化后产生的蒸汽向上运动到非金属热管60的顶部。高温的蒸汽所带的热量通过非金属热管60顶部、导热硅胶180和换热室190的壁面，传递给换热室190内的乙蒸发液80。在这个过程中非金属热管60中的甲蒸发液40传出热量，冷凝成液体流回非金属热管60底部，完成热循环，同时达到冷却线圈210的效果，避免线圈210发生过大的局部过热。同时，变压器线圈210和铁心10产生的热量也加热了变压器箱体20内的绝缘气体30，绝缘气体30受热后温度升高，密度减小，向上升腾，形成自然循环冷却。热的绝缘气体30上升至箱体顶盖90下时，把热量传递给成排金属管120，成排金属管120内的乙蒸发液80受热后也发生相变，汽化产生的蒸汽在集气室70聚集，并通过出气管路100进入箱体20外的散热器140中，受到冷却冷凝成液体回流到集液室170，再流回成排金属管120内，完成换热循环。集气室70和集液室170外表面加装的金属散热管240有可观的外表面积，可有效参与换热循环。成排金属管120和金属散热管240的数目和尺寸、结构可经计算确定，能够有效满足大容量气体绝缘变压器运行时的散热功率要求。所述的非金属热管60可以为管状，其实施方式如图5所示；也可以为板状、半圆筒或圆筒形状等其他形状，其截面不限于圆形、方形等。所述的非金属热管60与换热室190的接触方式有三种，如图2所示:图2a所示的换热室190底部为平底，非金属热管60只有顶部与换热室190接触；图2b所示的换热室190底部装有凹形管，非金属热管60的顶部插入凹形管的凹面中，增大非金属热管60与换热室190的换热面积；图2c所不的换热室190的底部开有凹槽,非金属热管60的顶部弯曲，贴入凹槽中，增大与换热室190的换热面积。非金属热管60所有与换热室190的接触面均涂有导热硅胶180。所述的成排金属管120可以水平或倾斜安装在箱体顶盖90下面，如图1所示；也可以竖直安装在靠近箱体壁两侧，如图7所示。所述的线圈210的引出线可以是端部引出，如图1所示；也可以是中部引出，如图4所示。所述的高压引线套管200和低压引线套管50可以在变压器箱体20侧面，如图1所示；也可以在顶部，如图7所示。所述的甲蒸发液40和乙蒸发液80可以是同一种液体，也可以是不同的液体。所述的换热室190可以与集气室70和集液室170连通，并与成排金属管120共用一组散热器140 ;也可以单独连接一组出气管路100和回液管路160，或使用另一组散热器140。所述的金属散热管240也可不与集气室70或集液室170连通，但内部充有一定量的蒸发液；所述的金属散热管240外表面是光管，或带有金属散热管翅片250。所述的金属散热管240也可以是实心的金属翅片。所述的变压器中的绝缘气体30可以是SF6气体、空气、氮气、二氧化碳、惰性气体、氟碳气体、卤素化合物气体等，或上述气体中两种或两种以上的混合物。实施方式五本发明实施方式一的热管冷却气体绝缘电力变压器，其变压器箱体20内部充满绝缘气体30。变压器箱体20内固定有变压器的铁心10和线圈210，箱体20和箱体顶盖90通过法兰连接或焊接连接密封。线圈引线的高压套管200和低压套管50分别安装在箱体20的顶盖上，如图7所示。所述的冷却系统由非金属热管60的阵列和回路热管散热系统两部分组成。所述的非金属热管60的阵列由多根非金属热管60组成。非金属热管60安装在变压器箱体20内，下半部分竖直嵌入到线圈210之间，上半部分裸露在绝缘气体30中，顶部弯曲，与换热室190的侧壁接触良好。非金属热管60内部充有一定量的甲蒸发液40。变压器线圈210工作时产生的热量被非金属热管60带出变压器线圈210之外，再经热传导方式传热给回路热管散热系统散出热量，同时利用成排金属管60内的乙蒸发液80相变换热吸收变压器箱体20内的绝缘气体30的热量。所述的回路热管散热系统由乙蒸发液80、出气管路100、管翅片110、成排金属管120、进气口 130、散热器140、出液口 150、回液管路160、集液室170、换热室190等组成，如图7所示。冷却系统的散热器140布置在箱体顶盖90的上方。成排金属管120由多根金属管成排组装而成，竖直安装，布置于变压器箱体20的两侧；成排金属管120内灌有一定量的乙蒸发液80，乙蒸发液80与绝缘气体30进行换热并发生相变，完成冷却自循环。成排金属管120的底部与集液室170连通，其上部与换热室190连通。换热室190和集液室170分别通过出气管路100和回液管路160与散热器140的进气口 130和出液口 150连接，形成一个密封系统。换热室190是一个中空的金属箱体，其侧壁为导热良好的金属板，与非金属热管60的顶端接触良好，换热室190侧壁和非金属热管60顶端的接触面上涂有导热硅胶180，以保证换热室190侧壁与非金属热管60顶端保持良好的导热效果。
本实施方式的工作原理是:变压器运行时，线圈210产生的热量通过管壁传递给非金属热管60内的甲蒸发液40，甲蒸发液40吸热沸腾，汽化后产生的蒸汽向上运动到非金属热管60的顶部。高温的蒸汽所带的热量通过非金属热管60顶部、导热硅胶180和换热室190的侧壁，传递给换热室190内的乙蒸发液80。在这个过程中非金属热管60中的甲蒸发液40传出热量，冷凝成液体流回非金属热管60底部，完成热循环，同时达到冷却线圈210的效果，避免线圈210发生过大的局部过热。同时，变压器线圈210和铁心10产生的热量也加热了变压器箱体20内的绝缘气体30，绝缘气体30受热后温度升高，密度减小，向上升腾，形成自然循环冷却。热的绝缘气体30把热量传递给成排金属管120，成排金属管120内的乙蒸发液80受热后也发生相变，汽化产生的蒸汽在换热室190聚集，并通过出气管路100进入箱体20外的散热器140中，受到冷却冷凝成液体回流到集液室170，完成换热循环。成排金属管120的数目和尺寸、结构可经计算确定，能够有效满足大容量气体绝缘变压器运行时的散热功率要求。所述的非金属热管60可以为管状，其实施方式如图5所示；也可以为板状、半圆筒或圆筒形状等其他形状，其截面不限于圆形、方形等。所述的非金属热管60与换热室190的接触方式有三种，如图2所示:图2a所示的换热室190侧壁为平面，非金属热管60只有顶部与换热室190接触；图2b所示的换热室190侧壁装有凹形管，非金属热管60的顶部插入凹形管的凹面中，增大非金属热管60与换热室190的换热面积；图2c所示的换热室190的侧壁开有凹槽，非金属热管60的顶部弯曲，贴入凹槽中，增大与换热室190的换热面积。非金属热管60所有与换热室190的接触面均涂有导热硅胶180。所述的线圈210的引出线可以是端部引出，如图1所示；也可以是中部引出，如图4所示。所述的高压引线套管200和低压引线套管50可以在变压器箱体20侧面，如图1所示；也可以在顶部，如图7所示。所述的甲蒸发液40和乙蒸发液80可以是同一种液体，也可以是不同的液体。所述的变压器中的绝缘气体30可以是SF6气体、空气、氮气、二氧化碳、惰性气体、氟碳气体、卤素化合物气体等，或上述气体中两种或两种以上的混合物。
权利要求
1.一种热管冷却的气体绝缘电力变压器，其特征是，所述的热管冷却的气体绝缘电力变压器包括气体绝缘变压器和冷却系统；所述的气体绝缘变压器由铁心(10)、变压器箱体(20)、绝缘气体(30)、低压引线套管(50)、高压引线套管(200)和线圈(210)组成;变压器箱体(20)内部充满绝缘气体(30)，箱体(20)内有变压器的铁心(10)和线圈(210);高压引线套管(200)和低压引线套管(50)分别安装在箱体(20)侧面壁上；所述的冷却系统由非金属热管的阵列和回路热管散热系统两部分组成；所述的非金属热管的阵列由非金属热管(60)和甲蒸发液(40)组成；非金属热管(60)内有甲蒸发液(40);所述的非金属热管(60)的下半部分嵌入到变压器线圈之间，非金属热管(60)的上半部分裸露在绝缘气体(30)中；在变压器正常工作时，非金属热管(60)内的甲蒸发液(40)相变吸热，将变压器绕组的热量带出线圈(210 )外，传递给变压器箱体(20 )内的绝缘气体(30 )。
2.按照权利要求1所述的热管冷却的气体绝缘电力变压器，其特征是，所述的回路热管散热系统由集气室(70)、乙蒸发液(80)、成排金属管(120)、出气管路(100)、散热器(140)、回液管路(160)、集液室(170)和换热室(190)组成；一个或多个所述的散热器(140)布置在箱体顶盖(90)的上方，成排金属管(120)由多根金属管成排组装而成，安装在紧贴箱体顶盖(90)的下方；成排金属管(120)的两端分别与集气室(70)和集液室(170)连通；集气室(70)通过出气管路(100)与散热器(140)的进气口( 130)连通，集液室(170)通过回液管路(160)与散热器(140)的出液口(150)连接，形成一个密封系统；成排金属管(120)内灌有一定量的乙蒸发液(80);成排金属管(120)的下方设置一个或多个换热室(190)，换热室(190)的两端分别与集气室(70)和集液室(170)相连通；换热室(190)的壁面与一个或多个非金属热管(60)的顶端接触良好，换热室(190)的壁面与非金属热管(60)顶端的接触面上涂有导热硅胶(180)。
3.按照权利要求2所述的热管冷却的气体绝缘电力变压器，其特征是，所述的回路热管散热系统由集气室(70)、乙蒸发液(80)、成排金属管(120)、出气管路(100)、散热器(140)、回液管路(16 0)和集液室(170)等组成。一个或多个所述的散热器(140)布置在箱体顶盖(90)的上方，成排金属管(120)由多根金属管成排组装而成，安装在紧贴箱体顶盖(90)的下方；成排金属管(120)的两端分别与集气室(70)和集液室(170)连通；集气室(70)通过出气管路(100)与散热器(140)的进气口( 130)连通，集液室(170)通过回液管路(160)与散热器(140)的出液口(150)连接，形成一个密封系统；成排金属管(120)内灌有一定量的乙蒸发液(80)。
4.按照权利要求2所述的热管冷却的气体绝缘电力变压器，其特征是:所述的非金属热管(60)与换热室(190)的接触方式有以下三种: (O换热室(190)的壁面为平面，非金属热管(60)的顶部与换热室(190)的壁面直接接触； (2)换热室(190)的壁面装有凹形管，非金属热管(60)的顶部插入所述凹形管的凹面中； (3)换热室(190)的壁面开有凹槽，非金属热管(60)的顶部弯曲，贴入所述的凹槽中； 非金属热管(60)与换热室(190)的接触面均涂有导热硅胶(180)。
5.按照权利要求1所述的热管冷却的气体绝缘电力变压器，其特征是，所述的冷却系统由非金属热管的阵列和回路热管散热系统两部分组成；所述的回路热管散热系统由集气室(70)、乙蒸发液(80)、成排金属管(120)、出气管路(100)、散热器(140)、回液管路(160)、集液室(170)和换热室(190)组成；一个或多个所述的散热器(140)布置在箱体顶盖(90)的上方，成排金属管(120)由多根金属管成排组装而成，安装在紧贴箱体顶盖(90)的下方；成排金属管(120)的两端分别与集气室(70)和集液室(170)连通；集气室(70)通过出气管路(100)与散热器(140)的进气口( 130)连通，集液室(170)通过回液管路(160)与散热器(140)的出液口(150)连接，形成一个密封系统；成排金属管(120)内灌有一定量的乙蒸发液(80);成排金属管(120)的下方设置一个或多个换热室(190)，换热室(190)的两端分别与集气室(70)和集液室(170)相连通。所述的非金属热管的阵列由非金属热管(60)和乙蒸发液(80)组成；所述的非金属热管(60)的下半部分嵌入到变压器线圈之间，非金属热管(60)的上半部分裸露在绝缘气体(30)中；所述的非金属热管(60)顶端与换热室(190)连通,非金属热管(60)、换热室(190)和成排金属管(120)的内部都充满一定量的乙蒸发液(80)。
6.按照权利要求1-2或4-5所述的热管冷却的气体绝缘电力变压器，其特征是:所述的非金属热管(60)为管状，或板状，或半圆筒，或圆筒形状。
7.按照权利要求2、3或5所述的热管冷却的气体绝缘电力变压器，其特征是:所述的集气室(70)和集液室(170)的外表面装有中空的金属散热管(240)或实心的翅片；所述的金属散热管(240)外表面是光管，或带有金属散热管翅片(250);所述的金属散热管(240)内部与集气室(70)或集液室(170)连通，充满乙蒸发液(80);所述的金属散热管(240)内部或者不与集气室(70 )或集液室(170)连通，金属散热管(240)内部充有蒸发液。
8.按照权利要求2、3或5所述的热管冷却的气体绝缘电力变压器，其特征是:所述的成排金属管(120)水平或倾斜安装在箱体顶盖(90)下面，或者竖直安装在靠近箱体壁的两侧。
9.按照权利要求1所述的热管冷却的气体绝缘电力变压器，其特征是:所述的绝缘气体(30)为SF6气体、空气、氮气、二氧化碳、惰性气体、氟碳气体、卤素化合物气体中的一种，或两种或两种以上的混合物。
全文摘要
一种热管冷却的气体绝缘电力变压器，非金属热管(60)的下半部分嵌入在线圈(210)间，其内充有甲蒸发液(40)，通过非金属热管(60)的管壁吸收变压器线圈(210)发出的热量后相变成蒸汽，升腾到非金属热管(60)的顶端，通过热传导方式将热量传递给到换热室(190)。换热室(190)和成排金属管(120)连通，并充有乙蒸发液(80)，安装在箱体顶盖(90)下面。同时，变压器线圈(210)和铁心(10)产生的热量也通过箱体(20)内的绝缘气体(30)传递给成排金属管(120)和换热室(190)内的蒸发液(80)。乙蒸发液(80)吸热后发生相变汽化，经出气管路(100)进入变压器箱体(20)外的散热器(140)被空气冷却，完成冷却循环。
文档编号H01F27/32GK103208356SQ20131012243
公开日2013年7月17日 申请日期2013年4月10日 优先权日2013年4月10日
发明者张国强, 钟海峰, 牛文豪 申请人:中国科学院电工研究所