[发明专利]一种采用蒸发冷却技术的变压器冷却系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种变压器冷却系统，特别涉及一种采用蒸发冷却技术发生相变换热的变压器冷却系统。

背景技术

传统的变压器的冷却系统，一般有自然油循环空冷系统、强迫油循环风冷系统、强迫油循环水冷系统等。前一种只适用于单机小容量的情况，随着变压器单机容量的不断增长，其冷却方式越来越依靠于后两种。但是无论自然油循环空冷系统、强迫油循环风冷系统、强迫油循环水冷系统，都有其固有的缺陷和问题。

自然油循环空冷系统采用自然循环空气作为变压器油的换热介质，使用片式散热器作为冷却器，造价低，工艺简单，免维护，无噪音，是受用户青睐的主要优点。但是油自然循环和空气自然循环的传热系数都非常低，整个系统传热系数约在10W/m²K以下，散热效果不好，导致要求极大的散热面积，整个冷却系统体积大，尤其在城市电网中挤占了宝贵的用地面积。而且由于散热能力较低，无法满足更大容量变压器的冷却需求。

强迫油循环风冷系统使用风机对冷却器吹风，采用强对流循环空气作为变压器油的换热介质，空气侧传热系数可达到15~75W/m²K；变压器油侧增设油泵，通过提高油流速度增强变压器油的传热系数，提升了系统的冷却容量。其缺点是：由于增设风机，风机运行所引起的噪声污染问题不可忽视，尤其在城网改造或居民区变电站中，风机噪声污染成为环境问题。为减少噪声污染，一般把风冷却器安装在地下室内。由于地下室空间狭小，影响风机散热，进一步限制了风机功率。另一方面，风机的增多，其故障率和维护费用也随之升级。

强迫油循环水冷系统采用水作为变压器油的换热介质，使用水冷却器，变压器油侧和水侧都加泵强迫循环，整机传热系数可达几十到上百W/m²K，较大提高了冷却容量。但是水冷系统的缺点是一方面造价昂贵，另一方面城市取水受到限制，且水费较贵，运行费用较高；若使用循环水，冷却器内又易产生水垢，影响冷却效果。更为致命的是，如果在变压器运行过程中，水冷冷却器泄漏，冷却用水泄漏到变压器油侧并与变压器油混合，极易引起绝缘事故，严重影响变压器的安全运行。

目前，在国内外所进行的工作中，有许多使用液体或气体介质进行冷却的变压器冷却系统，但都是采用比热换热的原理，没有发生液态与气态间的相变换热，因此冷却效率不高，且运行中有各种缺陷如噪声、占地面积、安全性等问题。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术冷却效果的缺陷，提出一种使用液体介质相变换热的蒸发冷却技术的变压器冷却系统，提高变压器的冷却效率和运行可靠性。

本发明由变压器油箱、进油管路、出油管路、蒸发液换热器、出气管路、二次冷却器、回液管路等组成。

本发明主要由变压器油箱、蒸发液换热器、二次冷却器等三大部件及其连接管路组成。变压器油箱中盛有需要冷却的变压器油。在冷却系统工作时，需要冷却的热的变压器油通过变压器油箱出油法兰，从变压器油箱顶部流出，经过进油管路，从蒸发液换热器进油法兰流入蒸发液换热器。蒸发液换热器可采用管壳式结构，其内部上下各有一个油液分离板，用于隔开变压器油和蒸发液。上下油液分离板之间有若干金属换热管通过胀接、焊接等工艺连接，并保持密封。金属换热管的数目由散热功率决定，通过传热原理计算设计。因此金属换热管外是变压器油，金属换热管内是蒸发液，两种介质通过金属换热管壁进行换热。为增强传热效果，金属换热管壁还可以安装金属管翅片或非金属管翅片。变压器油在蒸发液换热器内通过金属换热管与蒸发液发生热交换后，达到冷却变压器油的目的。冷却后的变压器油从蒸发液换热器出油法兰流出蒸发液换热器，经过出油管路，从变压器油箱进油法兰回到变压器油箱底部，完成变压器油的冷却循环流动。

另一方面，金属换热管内的蒸发液进入沸腾状态，发生相变汽化吸热，生成的蒸发液蒸汽通过金属换热管向上流动，并通过出气法兰流出蒸发液换热器，经过出气管路，从二次冷却器的进气法兰流入二次冷却器内，与二次冷却器的冷却介质如空气、水等进行热交换，再次冷却，使得蒸发液蒸汽冷凝，放出热量，重新相变成为液体，这个过程称为二次冷却。冷凝后生成的液态蒸发液经二次冷却器的出液法兰流出，经过回液管路，从蒸发液换热器的进液法兰流回蒸发液换热器，完成蒸发液的换热循环流动。

所述蒸发液换热器内部有隔板等隔离措施，使变压器油和蒸发液各有自己的流动空间，不互相混合，在不直接接触的情况下进行热交换。但是即便因为工艺等原因造成蒸发液泄露并混入变压器油，由于蒸发液的高绝缘水平，不会导致变压器油绝缘降低，发生变压器绝缘事故。