一种无运动部件的油浸式电气设备散热装置及方法

1.本发明涉及电气设备散热方法设计领域，尤其涉及一种无运动部件的油浸式电气设备散热装置及方法。


背景技术：

2.变压器在电力系统中起到了十分巨大的作用，它的安全运行和电网是否能够高效安全地运行密切相关。一旦变压器发生故障，它给电网带来的经济损失和对人民生活的影响是巨大的。为了保证变压器能够长期安全，可靠地运行，必须要将变压器温度控制在一定范围内。目前油浸式变压器比较常见的散热方式为片式散热器散热，而对于一些电压等级较高的变压器，则需要强油风冷式的冷却方法才能满足散热要求。强油风冷式的冷却方法以潜油泵为主要动力部件，带动变压器油从变压器箱体流出进入制冷系统再回到变压器箱体中，这就使得整个冷却循环中存在较大的油流速度，这也增大了变压器油中异物产生的概率以及异物进入变压器关键部位导致局部放电的风险。已有检测结果显示，因异物进入转轴导致潜油泵停机、潜油泵叶片断裂/脱落、变压器油反复循环使油中颗粒度升高等，都是变压器常出现的一些故障形式。因此，如果能规避油式电气设备中原有的运动部件，可使故障风险大大降低。


技术实现要素：

3.鉴于上述问题，本发明提出一种无运动部件的油浸式电气设备散热装置及方法；设计大面积的油/水换热壁面，通过高效水冷对变压器油降温；冷却后的变压器油在自然对流的驱动下，实现对发热部件的冷却。
4.本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种无运动部件的油浸式电气设备散热装置，其特征在于，该装置包括：
5.油浸式电气设备的变压器，变压器上部安装有油枕，在油枕中嵌入水冷盘管，降低油枕中的变压器油温度；
6.冷却腔，具有循环水结构且安装在变压器两侧，用密封壁面隔开变压器中的变压器油与冷却腔中的冷却水，同时设计换热翅片，在壁面完成油-水之间的热量交换；
7.制冷系统，与冷却腔和油枕冷却盘管连接，同时向冷却腔和油枕冷却盘管供给冷却水，并回收换热后的水；
8.油液温度检测装置，安装在变压器内部和油枕内部，获取变压器内部和油枕内部的实时温度信息，与预设的温度信息对比，调节制冷系统供给冷却水的温度；
9.油枕上下油道，其中下油道通往发热的铁芯/线圈区域，上油道则连接油枕与变压器顶部。
10.进一步地，所述制冷系统包括温度计、冷水循环泵、水箱、制冷剂回路；
11.所述温度计安装在冷却腔与水箱之间的进出口管路，测量制冷系统进出口水的温度；所述冷水循环泵安装在冷却腔进口管路上，控制冷水的循环速度；所述水箱用于贮存冷
水；所述制冷剂回路由蒸发器、压缩机、冷凝器、干燥过滤器和膨胀阀依次连接构成，所述蒸发器安装在水箱内部。
12.进一步地，所述翅片结构根据不同的散热要求进行定制。
13.进一步地，变压器内部和油枕内部的实时温度信息与预设的温度信息对比，当所述变压器内部的实时温度和油枕中的实时温度都低于其预设温度时，制冷系统只为冷却腔提供冷却水，且相应的调高制冷系统出口冷水的预设温度，油枕冷却盘管内部冷却水循环停止，油枕下游道的阀门关闭；当所述油枕内部温度高于预设温度或是变压器内部绕组位置的局部温度高于预设温度时，冷却系统同时为冷却腔和油枕冷却盘管提供冷却水，并适当调低制冷系统出口冷水的预设温度；当所述的油枕内部温度处于预设温度区间时，油枕下游道阀门打开，将油枕中经过冷却的变压器油输送到变压器内部发热的铁芯/线圈区域。
14.进一步地，将冷水的预设温度与实际的冷水温度进行对比，根据制冷系统出口冷水的预设温度，对制冷系统中冷水循环速度和制冷剂的流量进行调整。
15.本发明还提供了一种基于无运动部件的油浸式电气设备散热装置的散热方法，该方法包括以下步骤：
16.(1)获取油浸式电气设备的变压器内实时温度信息；
17.(2)将变压器内部和油枕内部的实时温度信息与预设的温度信息进行比对；
18.(3)根据变压器内部和油枕内部的实时温度信息与预设的温度信息进行比对结果，调整制冷系统出口冷水的预设温度以及对油枕冷却盘管和冷却腔冷水的供应模式；
19.(4)将冷水的预设温度与实际的冷水温度进行对比，根据制冷系统出口冷水的预设温度，对制冷系统中冷水循环速度和制冷剂的流量进行调整。
20.本发明的有益效果：目前油浸式变压器比较常见的散热方式为片式散热器散热，而对于一些电压等级较高的变压器，则需要强油风冷式的冷却方法才能满足散热要求。强油风冷式的冷却方法以潜油泵为主要动力部件，带动变压器油从变压器箱体流出进入冷却系统再回到变压器箱体中，这就使得整个冷却循环中存在较大的油流速度，这也增大了变压器油中异物产生的概率以及异物进入变压器关键部位导致布局放电的风险。为此，本发明设计了一种无运动部件的油浸式电气设备散热方法及装置，在满足变压器散热要求的前提下，可以减小变压器油的流动速度，且省去散热器的流道，这都大大减小了变压器油中混入异物的风险。
附图说明
21.图1为本发明的实施例提供的无运动部件的油浸式电气设备散热装置示意图。
22.图2为本发明的实施例提供的无运动部件的油浸式电气设备散热装置制冷系统示意图。
23.图3为本发明的实施例提供的无运动部件的油浸式电气设备散热方法的方法流程图。
24.图中，1.油枕；2.低压套管；3.高压套管；4.第一油液温度检测装置；5.线圈；6.冷却腔；7.翅片；8.变压器内部；9.制冷系统；10.油枕冷却盘管；11.油枕下油道；12.油枕上油道；13.油枕下游道阀门；14.第二油液温度检测装置；
25.15.第一温度计；16.冷水循环泵；17.第一阀门；18.水箱；19.蒸发器；20.压缩机；
21.冷凝器；22.散热风扇；23.第二阀门；24.干燥过滤器；25.膨胀阀；26.补给水；27.第三阀门；28.第四阀门；29.第二温度计。
具体实施方式
26.以下结合附图对本发明实施例的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明实施例，并不用于限制本发明实施例。
27.一方面，本发明提供了一种无运动部件的油浸式电气设备散热装置，如图1所示，本实施例提供的装置包括：冷却腔6，进行冷水循环的场所，带走所述变压器内部8的热量，变压器内部8中安装线圈5；冷却腔6表面的翅片7结构，可以根据不同散热需求更换翅片结构；第一油液温度检测装置4，获取所述变压器内部油液的温度信息，所述的温度信息包括但不限于变压器油在变压器内部的温度分布和温度随时间的变化；制冷系统9，向所述冷却腔6和油枕冷却盘管10提供一定温度的冷水，并回收冷却腔6和油枕冷却盘管10流出的温水；油枕1内部装有第二油液温度检测装置14，根据油枕1内部的温度来油枕冷却盘管10的运行；油枕下游道11，油道可以设置多条，分别通往不同的发热强烈的铁芯/线圈区域，其上装有油枕下游道阀门13，用于控制是否将冷却过的变压器油输送到发热区域；油枕上油道12，将油枕1与变压器顶部相连。
28.其中，制冷系统如图2所示，可以分别为油枕冷却盘管和冷却腔提供冷却水，主要包括：第一温度计15和第二温度计29，第一温度计15测量所述制冷系统进口冷水的温度，第二温度计29测量所述制冷系统出口冷水的温度；冷水循环泵16，安装在冷却腔6和油枕冷却盘管10的进口管路上，控制冷水的循环速度；水箱18，贮存冷水并连通冷却腔6和油枕冷却盘管10的进出口管路，水箱18与冷水循环泵16之间管路上安装有第一阀门17，水箱18与冷却腔6和油枕冷却盘管10的出口管路上安装有第四阀门28；蒸发器19，安装在水箱18内部，吸收所述水箱内水的热量；压缩机20，对制冷剂进行压缩驱动；冷凝器21，实现所述制冷剂与外界的热交换，所述制冷剂可以选用r134a；散热风扇22，安装在冷凝器21外侧，加速制冷剂与外界环境的换热；干燥过滤器24，对所述制冷剂循环中的杂质进行过滤；膨胀阀25，使中温高压的液体制冷剂通过其节流成为低温低压的湿蒸汽；补给水26，对所述水箱18中的水进行补给，与水箱18之间的管路上安装有第三阀门27。所述蒸发器19、压缩机20、冷凝器21、干燥过滤器24和膨胀阀25依次连接构成制冷剂的回路；冷凝器21和干燥过滤器24之间管路上安装有第二阀门23。
29.制冷系统的各个组成部件可以根据变压器的散热要求进行相应的调整，以提供合适的制冷量。
30.另一方面，如图3所示，本发明还提供了一种无运动部件的油浸式电气设备散热方法，包括以下步骤：
31.步骤101，采用第一油液温度检测装置4和第二油液温度检测装置14获取变压器内部和油枕内部的实时温度信息。
32.步骤102，将所述变压器内部和油枕内部的实时温度信息与预设的温度信息进行比对。所述预设的温度信息根据环境温度、湿度以及变压器实际运行工况得到。
33.步骤103，根据所述变压器内部和油枕内部的实时温度信息与预设的温度信息的比对结果，调整制冷系统出口冷水的预设温度。
34.本实施例中，所述制冷系统主要为油枕冷却盘管和冷却腔提供冷却水，且对这两者的冷却水供应是相对独立的，当所述变压器内部的实时温度和油枕中的实时温度都低于其预设温度时，制冷系统只为冷却腔提供冷却水，且相应的调高制冷系统出口冷水的预设温度，油枕冷却盘管内部冷却水循环停止，油枕下游道的阀门关闭；当所述油枕内部温度高于预设温度或是变压器内部绕组位置的局部温度高于预设温度时，冷却系统同时为冷却腔和油枕冷却盘管提供冷却水，并适当调低制冷系统出口冷水的预设温度；当所述的油枕内部温度处于预设温度区间时，油枕下游道阀门打开，将油枕中经过冷却的变压器油输送到变压器内部发热严重的铁芯/线圈区域。
35.步骤104，将冷水的预设温度与实际的冷水温度进行对比，根据所述制冷系统出口冷水的预设温度，对冷水循环速度和制冷系统内部的制冷剂流量进行调整。
36.当所述制冷系统出口的水温信息大于预设的出口水温信息时，加快冷水的流动循环并增大所述制冷系统中制冷剂的流量；
37.当所述制冷系统出口的水温信息小于预设的出口水温信息时，减小冷水的流动循环并适当减小所述制冷系统中制冷剂的流量。
38.本实施例中，当所述制冷系统出口冷水的预设温度小于实际出口温度时，加快冷水循环速度以及增大制冷系统内部制冷剂的流量；当所述制冷系统出口冷水的预设温度大于实际出口温度时，减缓冷水循环速度以及减小制冷系统内部制冷剂的流量。
39.以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。