变压器冷却系统及包括该冷却系统的风力发电机组的制作方法

本实用新型涉及风力发电领域，特别涉及一种变压器冷却系统及包括该冷却系统的风力发电机组。

背景技术：

风能作为绿色清洁能源，近年来得到快速发展。随着陆上风资源开发日趋饱和，优质的海上风能资源逐渐成为各国开发的重点，且风力发电机组越来越向大型发展。虽然海上风电有风资源优质、不占地、并网条件好等优势，同时也面临着成本高、维护难、环境条件恶劣等挑战。

随着海上风电的发展，风力发电机组离海岸线越来越远，再加上海上环境特别恶劣，其维护难度越来越大，维护成本越来越高，因此要求设备有较高的可靠性、可维护性。

随着机组功率的增长，相应的部件发热量也增大。升压变压器是机组接入电网必不可少的部件，也是机组主要的发热部件之一，解决其散热是风力发电机组的关键点之一。

许多风力发电机厂家为了降低海上风电机组塔外平台建设成本，把升压变压器放置在塔筒内部，并对塔筒进行密封设计，这就需要将升压变压器的热量导出到塔筒外。面对这种情况，目前很多厂家将冷却系统的泵站部分和控制部分设置在塔筒内，并通过管路连接到外部的换热装置，从而将升压变压器的热量导出到塔筒外。其中，泵站部分与控制部分分别设置在不同的柜体中，从而导致二者之间的连接管线布置复杂、增加现场安装时间、易于损坏且占用较大空间。此外，由于泵站部分与控制部分所采用的柜体防护等级较低，在盐雾比较重的地方会使柜体本身及其中的电气部件产生严重的腐蚀，导致冷却系统不能正常工作，进而使得整个机组停机。

此外，现有的冷却系统为了测得热交换器入口和出口的冷却介质的温度，进出泵站部分的柜体的管路为4根，导致管路比较复杂，增加冷却系统的成本和管路的现场安装时间。

再者，风力发电机组在小风状态及待机状态下，升压变压器的发热量较小，因此冷却系统中的冷却介质会处于较低的温度，若长期在低温状态下运行，会导致冷却系统中的泵体轴封的密封材料加速变质失效，进而引起冷却系统漏水，因而不能正常工作。

技术实现要素：

本实用新型的目的是提供一种连接管路简化、高集成化并且能够提高冷却效率的变压器冷却系统以及包括该变压器冷却系统的风力发电机组。

根据本实用新型的一方面，提供一种变压器冷却系统，所述变压器冷却系统用于冷却风力发电机组的位于塔筒内部的升压变压器，其中，所述变压器冷却系统包括设置在所述塔筒内部的主机柜、设置在所述塔筒外部的外部热交换器和与所述升压变压器配套的变压器换热器，其中，第一循环管路将所述变压器换热器的出口连接至所述主机柜中的泵站部分的循环泵的入口，第二循环管路将所述循环泵的出口连接至所述外部热交换器的入口，第三循环管路位于所述主机柜的外部将所述外部热交换器的出口连接至所述变压器换热器的入口。

可选地，所述泵站部分还包括第一加热器，所述第一加热器设置在第二循环管路上。

可选地，所述主机柜中集成有所述泵站部分和控制部分，并通过金属材质的隔板将所述泵站部分和所述控制部分分隔开。

可选地，所述隔板将所述主机柜中的内部空间分隔为位于上部的第一隔室和位于下部的第二隔室，所述控制部分设置在第一隔室中，所述泵站部分设置在所述第二隔室中。

可选地，所述控制部分与所述泵站部分之间的连接电缆通过PG接头锁紧，所述PG接头安装在所述隔板上。

可选地，所述第一隔室中还设置有散热风扇和第二加热器。

可选地，所述第一循环管路分支出分支管路，泵站部分的膨胀罐设置在所述分支管路上。

可选地，所述泵站部分还包括入口压力变送器、出口压力变送器和出口温度变送器，所述第一循环管路上设置有所述入口压力变送器，第二循环管路上设置有所述出口压力变送器和所述出口温度变送器。

可选地，所述泵站部分还包括安全阀和排气阀，所述第二循环管路上设置有所述安全阀和所述排气阀。

根据本实用新型的另一方面，提供一种风力发电机组，所述风力发电机组包括位于塔筒内部的升压变压器以及如上所述的变压器冷却系统。

根据本实用新型的实施例，依据塔筒布局和升压变压器的散热需求，整体优化集成冷却系统，使管路布局更加合理简单、降低成本、提高现场装配效率。通过在冷却系统中设置加热设备，不仅满足升压变压器在低温时的工作条件，且可防止冷却系统中泵体机封在长期低温工作状态下损坏，提高了冷却效率。

而且，通过使冷却系统的主机柜同时容纳泵站系统和控制系统并通过金属隔板将其分隔成上下两个空间，在实现紧凑型冷却系统、节约成本的同时增强了防电磁干扰效果。

附图说明

图1是根据本实用新型的实施例的变压器冷却系统的组成示意图；

图2是根据本实用新型的实施例的主机柜的正面图(省略柜门)；

图3是根据本实用新型的实施例的主机柜的立体图(省略柜门)。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型的实施例做具体描述。

风力发电机组的升压变压器100和主机柜200(见图2和图3)均设置在塔筒(未示出)内的同一层上，外部热交换器300设置在塔筒外并分别连接到升压变压器100和主机柜200，以与流经升压变压器100和主机柜200的循环管路中的冷却介质进行热交换，从而将升压变压器100产生的热散发到外部。

图1是根据本实用新型的实施例的变压器冷却系统的循环管路示意图，下面将参照图1介绍变压器冷却系统中的冷却介质的循环管路。其中，虚线框内的部分为集成在主机柜200内部的泵站部分210。

如图1所示，变压器冷却系统包括设置在所述塔筒内部的主机柜200(见图2和图3)、设置在塔筒外部的外部热交换器300以及与升压变压器100配套的变压器换热器(未示出)。第一循环管路L1将变压器换热器的出口连接至主机柜200中的泵站部分210的循环泵211的入口，第二循环管路L2将循环泵211的出口连接至外部热交换器300的入口，第三循环管路L3位于所述主机柜200的外部将外部热交换器300的出口连接至变压器换热器的入口。也就是说，第三循环管路L3中的冷却介质不流经主机柜200。

循环泵211可用于使冷却介质在循环管路中循环。冷却介质可通过泵站部分210中的充排放口210a被注入到循环管路中或排放出循环管路，并且可在第一循环管路L1、第二循环管路L2、第三循环管路L3中循环流动。

优选地，第一循环管路L1分支出分支管路L4，泵站部分210的膨胀罐213可设置在所述分支管路L4上并可通过软管连接到分支管路L4，因此膨胀罐213可位于循环泵211的入口侧，该位置为系统的压力最低点，膨胀罐213在此起到平衡系统压力的作用。膨胀罐213在系统相当于一个蓄水池，吸收释放系统冷却介质因温度变化所引起的体积增减。此外，膨胀罐213上还可设置排气阀和压力表，排气阀用于排出其中的气体，压力表用于显示膨胀罐213的压力。优选地，泵站部分210还可包括第一加热器212，第一加热器212可设置在第二循环管路L2上，以在冷却介质温度过低时对循环管路中的冷却介质进行加热。冷却介质温度过低时，会导致泵体机封的密封材料又硬又脆，易于损坏，因此通过利用第一加热器212将冷却介质加热至泵体机封所需的温度，提高了泵体机封的性能并延长了其使用寿命。

另外，在循环泵211的入口侧可设置入口压力变送器219，在循环泵211的出口侧可设置出口压力变送器217和出口温度变送器218，以实时检测冷却系统中的冷却介质的压力和温度并据此来控制冷却系统。优选地，出口压力变送器217和出口温度变送器218可设置在第一加热器212的下游侧，从而便于根据冷却介质的温度来控制第一加热器212。

优选地，在循环泵211的出口侧的管路可设置过滤器214，以过滤冷却介质中的杂质。排气阀215可用来排出系统中的空气。为了保证系统安全，第二循环管路L2上还可设置有安全阀216。

参见图1可知，泵站部分210可包括如上所述的循环泵211、第一加热器212、膨胀罐213、入口压力变送器219、出口压力变送器217、出口温度变送器218、过滤器214、排气阀215、安全阀216以及充排放口210a等。泵站部分210的这些部件均被集成在主机柜200中，在下文中将对主机柜200进行详细介绍。

另外，如图1中所示，循环管路L3将外部热交换器300连接到升压变压器100时不流经主机柜200和其他待冷却部件，从而缩短了整个循环管路的长度，提高了冷却效率。此外，由于循环管路在经过外部热交换器300后不再连接到主机柜200，使得主机柜200的管路布线大大简化。从图1中还可以看出，根据上述管路布局，使得整个冷却系统所需的阀门非常少，进一步简化了系统结构，降低了生产成本，提高了现场装配效率。另外，由于循环管路上所设置的入口压力变送器219、出口压力变送器217和出口温度变送器218，能够实时有效地监测冷却系统的第一循环管路L1和第二循环管路L2中的冷却介质的状态，即使按照如上所述简化的线路布置，能够有效地确保冷却系统的工作性能和效率。

下面详细介绍冷却系统的工作过程。

升压变压器100工作时产生热量，循环泵211驱动冷却介质循环，使冷却介质在流经与升压变压器100配套的变压器换热器时，不断地带出热量，并当冷却介质经过外部热交换器300时，通过与外部热交换器300进行热交换而将热量散发到大气中，从而实现冷却系统对升压变压器100的散热。升压变压器100可以为油浸式升压变压器，变压器换热器可以为使油与冷却介质进行热交换器的装置。

当环境温度较低且冷却介质温度低于泵体运行所需温度时，启动第一加热器212，将冷却介质加热至泵体运行所需的工作温度值，从而保证泵体机封运行在适宜的工作温度区间。

下面将参照图2和图3描述根据本实用新型的实施例的主机柜200的具体结构。主机柜200通过柜体底座10安装在塔筒中。

如上所述的泵站部分210设置在主机柜200中，此外，主机柜200中还集成有控制部分220，并通过金属材质的隔板2将泵站部分210和控制部分220分隔开。具体地，主机柜200包括柜体11，柜体11呈立方体形状并设置有容纳空间，隔板2将该容纳空间分隔为两部分，上部空间称为第一隔室600，下部空间称为第二隔室800，冷却系统的控制部分220设置在第一隔室600中，泵站部分210设置在第二隔室800中。

控制部分220主要包括可编程逻辑控制器(PLC)部分5、配电器件部分6、接线端子排7、地排3以及配电总开关9等，以实现对冷却系统的控制。例如，PLC部分主要控制冷却系统的启动、停止、状态(温度、压力等)监测、故障报警以及外部热交换器300的风机的启停等。配电器件部分6用于向冷却系统中循环泵211、第一加热器212、外部热交换器300等机电设备供电。配电总开关9安装在柜体11内部的侧板上，用于接通/切断主机柜的总电源，实现在检修/维护时的安全防护。然而，控制部分220不限于上述部件，还可包括用于控制冷却系统的其他部件。

此外，第一隔室600中还设置有散热风扇(未示出)和第二加热器4，散热风扇用于对控制部分220进行散热，第二加热器4用于对控制部分220进行加热，散热风扇和第二加热器4根据第一隔室600内的温度变化选择性运行，当第一隔室600内的温度较高时，可仅运行散热风扇用于降低第一隔室600内的温度，当第一隔室600内的温度较低时，第二加热器4用于提高第一隔室600内的温度，防止其中产生凝露并确保其中部件的正常运行，此时可选择性地运行散热风扇。

柜体11可采用不锈钢材质的TS标准柜型，有效增加柜内空间，其IP(INGRESS PROTECTION)防护等级优选地为IP54，从而具有良好的抗腐蚀性能。此外，柜体11采用表面喷塑处理，进一步增强防盐雾腐蚀功能。

隔板2由金属材料制成，从而能够有效地屏蔽泵站部分210对控制部分220的电磁干扰。此外，隔板2上形成有多个孔，PG接头8可安装在所述孔中，用于锁紧控制部分220与泵站部分210之间的连接电缆，从而在实现第一隔室600中的控制部分220与第二隔室800中的泵站部分210之间的电缆连接的同时确保第一隔室600与第二隔室800之间被完全分隔开，有效防止泵站部分210对控制部分220的电磁干扰。

另外，柜体11内的控制部分220和泵站部分210需要与外部线路或管路连接，因此虽然附图中未示出，但柜体11中的管路或线路会延伸到柜体外部，在这种情况下，与隔板2相似，柜体11的侧壁上可形成有孔，PG接头8安装在所述孔中，在保证密封的同时实现管路和线路的连接。

根据本实用新型的实施例，依据塔筒布局和升压变压器的散热需求，整体优化集成冷却系统，使管路布局更加合理简单、降低成本、提高现场装配效率。通过在冷却系统中设置加热设备，不仅满足升压变压器在低温时的工作条件，且可防止冷却系统中泵体机封在长期低温工作状态下损坏，提高了水冷效率。

而且，通过使冷却系统的主机柜同时容纳泵站系统和控制系统并通过金属隔板将其分隔成上下两个空间，在实现紧凑型冷却系统并节约成本的同时增强了防电磁干扰效果。

通过采用高防护等级的柜体，避免了柜体及其内部的部件受到盐雾腐蚀。

另外，由于主机柜的结构清晰、布局简单、成本低，实用性高。

虽然上面已经详细描述了本实用新型的示例性实施例，但本领域技术人员应该理解，在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下，可对本实用新型的实施例做出各种修改和变形。但是应当理解，在本领域技术人员看来，这些修改和变形仍将落入权利要求所限定的本实用新型的范围内。