一种主变降膜式换热装置及使用方法
【专利摘要】本发明提供一种主变降膜式换热装置及其使用方法，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。该装置变压器油和冷媒介质没有直接接触，而是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，自动控制制冷压缩机的工作。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，能极大降低运行主变的铜、铁损，提高主变过载和抗短路电流能力，延长主变使用寿命，更加有力保障主变安全运行。
【专利说明】一种主变降膜式换热装置及使用方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种主变降膜式换热装置及使用方法。
【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、主变过载和抗短路电流能力小，绝缘寿命短等诸多缺点。
【发明内容】
[0003] 本发明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] 本发明的第一具体实施方案是：一种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，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。
[0005] 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 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。
[0006] 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。
[0007] 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油泵。
[0008] 进一步的，所述冷凝器为风冷却冷凝器或水冷凝器。
[0009] 进一步的，所述主变冷却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、制冷压缩机、出热油电磁阀。
[0010] 本发明的第二具体实施方案是：一种主变降膜式换热装置方法，包括如权利要求 6所述的一种主变降膜式换热装置，具体步骤如下： 1) 开启变压器主体上部的出热油电磁阀和下部的进冷油阀及油泵，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周围，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降膜管 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； 2) 开启制冷压缩机，制冷压缩机将从降膜式蒸发器冷媒出口出来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制冷压缩机 中压缩，以此反复循环开启冷媒介质循环系统； 3) 冷变压器油出降膜式蒸发器管程出口后，被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； 4) 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，当油温高于设 定值时，控制制冷压缩机开启，当油温低于设定值时，控制制冷压缩机关闭。
[0011] 与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：本发明利用具有安全可靠、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】
[0012] 图1为本发明实施例的主变降膜式换热装置总流程示意图； 图2为本发明实施例的变压器油流冷却循环系统示意图； 图3为本发明实施例的冷媒循环系统示意图； 图4为本发明实施例的降膜式蒸发器结构原理图； 图5为本发明实施例的的降膜式蒸发器中降膜管结构图； 图6为本发明实施例的降膜式蒸发器中孔板结构图； 图7为本发明实施例的图6的俯视图。
[0013] 图8为本发明实施例的控制系统自动控制原理方框图。
[0014] 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_油泵进油阀，5-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-制 冷压缩机，10-冷凝器，11-冷凝器风机，12-冷凝器进口，13-冷凝器出口，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-变压器主体。
【具体实施方式】
[0015] 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。
[0016] 如图1~8所示，一种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 (冷媒介质可以是SF 6或其它适合的介质）循环系统以及控制系统组成。
[0017] 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26及 设置于变压器主体26 -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1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26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油泵5,所述油泵5还连接有油泵进油 阀4。
[0018] 主变降膜式换热装置油流循环系统的工作原理： 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、油泵5和油泵进油 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1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，被油泵5经进冷油阀6打至变压器主体26中，对绕组和铁 芯进行下一轮冷却循环。
[0019] 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。
[0020] 冷媒循环系统的工作原理：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；出压缩机9的高压高温冷媒气体进入冷凝器10内， 冷凝器旁侧设有冷凝器风机11，冷却成高温冷媒液体；从冷凝器出口 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，又被抽至制冷压缩机9中压缩，以此反复循环。
[0021] 为了更好的实现对上述机构操作控制，本发明还设计了一种主变降膜式换热装置 控制系统具体包括：所述主变冷却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、制冷压缩机9热油电磁阀1等。
[0022] 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， 自动控制制冷压缩机的工作，当油温高于设定值时，控制制冷压缩机开启，当油温低于设定 值时，控制制冷压缩机关闭。
[0023] 上述一种主变降膜式换热装置使用方法具体步骤如下： 1) 开启变压器主体上部的出热油电磁阀和下部的进冷油阀及油泵，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周围，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降膜管 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； 2) 开启制冷压缩机，制冷压缩机将从降膜式蒸发器冷媒出口出来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制冷压缩机 中压缩，以此反复循环开启冷媒介质循环系统； 3) 冷变压器油出降膜式蒸发器管程出口后，被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； 4) 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，当油温高于设 定值时，控制制冷压缩机开启，当油温低于设定值时，控制制冷压缩机关闭。
[0024] 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。
【权利要求】
1. 一种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，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。
2. 根据权利要求1所述的一种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。
3. 根据权利要求1所述的一种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。
4. 根据权利要求1所述的一种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油泵。
5. 根据权利要求4所述的一种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。
6. 根据权利要求4所述的一种主变降膜式换热装置，所述主变冷却装置还包括控制模 块，所述控制模块电性连接于油位感应器，温度传感器、制冷压缩机、出热油电磁阀。
7. -种主变降膜式换热装置方法，包括如权利要求6所述的一种主变降膜式换热装 置，具体步骤如下： 1) 开启变压器主体上部的出热油电磁阀和下部的进冷油阀及油泵，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周围，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降膜管 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； 2) 开启制冷压缩机，制冷压缩机将从降膜式蒸发器冷媒出口出来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制冷压缩机 中压缩，以此反复循环开启冷媒介质循环系统； 3) 冷变压器油出降膜式蒸发器管程出口后，被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； 4) 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，当油温高于设 定值时，控制制冷压缩机开启，当油温低于设定值时，控制制冷压缩机关闭。
【文档编号】H01F27/18GK104157399SQ201410402886
【公开日】2014年11月19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, 李智源, 连鸿松, 卢祖剑, 郑孝章, 夏晓光 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