计算技术与自动化
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国际刊号:1003-6199
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变压器快速降温方法研究

  摘要:传统的可快速降温的变压器散热主要是通过在变压器油箱的外部设置排列状的散热管, 散热管将油箱内的绝缘油导出, 散热管外侧设置散热风扇强制对导热管的绝缘油进行冷却, 但其并不能达到理想的冷却效果。本研究设计了一种对变压器进行快速降温的冷却方式,其可对变压器油箱内的绝缘油进行有效的冷却, 提高可快速降温的变压器的冷却效果。


  关键词:变压器;油箱;水箱;降温系统


  中图分类号:       文献标志码:       文章编号:


  0 引言


  变压器是变换交流电压、电流和阻抗的器件, 当初级线圈中通有交流电流时, 铁芯(或磁芯) 中便产生交流磁通, 使次级线圈中感应出电压(或电流)。 变压器由铁芯(或磁芯)和线圈组成, 线圈有两个或两个以上的绕组, 其中接电源的绕组叫初级线圈, 其余的绕组叫次级线圈。 变压器就是一种利用电磁互感应, 变换电压、电流和阻抗的器件。


  变压器的种类繁多, 按照用途可以分为配电变压器、电力变压器、全密封变压器、组合式变压器、干式变压器、可快速降温的变压器、单相变压器、电炉变压器、整流变压器等。 其中可快速降温的变压器是指铁心和绕组浸在绝缘液体中的变压器, 一般绝缘液体采用绝缘油。


  传统的可快速降温的变压器散热主要是通过在变压器油箱的外部设置排列状的散热管, 散热管将油箱内的绝缘油导出, 散热管外侧设置散热风扇强制对导热管的绝缘油进行冷却, 但其并不能达到理想的冷却效果。


  1 降温系统概述


  在变压器内部由于没有旋转运动带动气流,它的冷却要比旋转电机更为困难。变压器的容量愈大,相应损耗及发热量愈大,散热愈为困难。因而更需要采取强有力的冷却措施。变压器的冷却方式可分以下几种:油浸自冷式、油浸风冷式(人工通风)、强迫油循环冷却式。


  本研究设计了一种对变压器进行快速降温的冷却方式,其可对变压器油箱内的绝缘油进行有效的冷却, 提高可快速降温的变压器的冷却效果。


  整个降温系统主要由油箱降温系统和水箱降温系统两部分组成。其中,油箱降温系统由油箱、温控系统、绝缘油、冷却管、冷却液入管、冷却液出管、散热管、散热风扇组成,水箱降温系统由水箱、水、集水槽、过滤层、液位传感器、输送泵组成。


  2 油箱降温系统


  油箱内设置有铁心、绕组以及接入和接出线, 油箱的上部设置有油枕, 油枕通过油管与油箱相连通连接, 油箱的外侧壁上设置有对油箱内的绝缘油进行冷却的冷却装置, 所述的冷却装置包括上、下沿水平方向平行布置的冷却液入管和冷却液出管, 冷却液入管与冷却液出管之间设置有列状布置的冷却管,冷却管沿铅垂方向布置, 油箱外壁上设置的各散热管分别套设在各冷却管的外围, 散热管的两端分别与油箱相连通连接, 冷却装置的外侧设置有支撑板, 支撑板上排列状设置的散热风扇对散热管进行风冷, 油箱的顶部设置有一收集雨水的集水槽, 油箱的旁侧设置有一水箱, 集水槽与水箱通过水管相连通连接, 各冷却管通过冷却液入管、冷却液出管以及输送泵与水箱相连通连接。


  为保证在变压器不同的运行工况下都能够对变压器内的绝缘油进行有效的冷却,因此,油箱内还设有对油箱内油温进行实时检测的温控系统,依据温度传感器实时检测的数据用于调控散热风扇的转速以及冷却管内冷却液的流速, 保证油箱内绝缘油的油温始终维持在一稳定的数值,保证变压器工作的可靠性。


  温控系统由Pt100温度监测系统和PTC测控系统两部份组成。Pt100温度监测系统以单片机作为中央处理单元,配合其它电路完成温度的测量、显示及相应信号输出,并与PTC测控系统共同完成各种报警、控制和信号的输出。


  Pt100温度监测系统中,由预埋在干式变压器三相绕组中三只铂热电阻温度传感器(Pt100)产生与绕组温度值相应的电阻信号,经多路开关、滤波、放大和模数转换后输入单片机。单片机根据输入的测量数据以及由外部设定(包括厂家与用户)的各种控制参数,经过计算与处理,显示被测量绕组的温度值并输出相应的控制信号。同时,预埋在干式变压器三相绕组中六只热敏电阻(PTC)参与对超温跳闸与超温报警输出信号的控制,大大提高了温控系统的可靠性。


  PTC测控系统中,利用PTC电阻温度的突变特性对超温跳闸(150°CPTC)和超温报警(140°CPTC)进行二次监测,更加安全地保证变压器的正常运行。


  监测系统中配有大容量E2PROM芯片,可随时存贮测量数据,能够对所有的设定参数及测量数据进行掉电保护。为了实现计算机远程监控,系统采用RS-485通讯方式将温度数据与参数传送到远方的计算机上,以组成集散控制系统。


  附图并说明如下:


  图 1结构示意图


  1油箱、4冷却液入管、5冷却液出管、2列状布置的冷却管、3散热管、6散热风扇、8集水槽、7水箱


  3 水箱降温系统


  水箱的上部设置有用于对集水槽中收集、流入水箱中的雨水进行过滤的过滤层, 过滤层下侧的水箱侧壁上设置有溢流孔, 水箱中设置对水箱中水位进行检测的液位传感器, 水箱的底部设置排污口和进水管口, 进水管口与洁净水源相连接且其上设置有阀门, 液位传感器调节阀门的启闭状态。水箱的箱底为一倾斜布置的底板构成, 排污口设置在底板的最低位置处。 进水管口是保证长时间不下雨安装使用时, 为水箱内供应水源。 过滤层的设置主要是防止雨水中的杂质堵塞冷却管, 使得热交换效率降低。 过滤层应设置成可拆卸式的, 便于杂质的清理。


  为提高冷却效果,冷却管的外壁上设置有对散热管内绝缘油的流动进行扰流的扰流板, 扰流板沿冷却管的外管壁上呈螺旋状设置。扰流板的作用是使得散热管内的绝缘油流动进行干涉, 使得绝缘能够更为充分的冷却。


  附图并说明如下:


  图 2水箱的内部结构示示意图


  4 散热管的选择


  物体的吸热、放热是相对的,凡是有温度差存在的时候,就必然出现热从高温处向低温处传递的现象。热传递有三种方式:辐射、对流、传导,其中热传导最快。


  热管是一种具有极高导热性能的新型传热元件,由管壳、吸液芯和端盖组成。热管内部被抽成负压状态,充入适当的液体(即工质),这种液体沸点低,容易挥发。管壁有吸液芯,其由毛细多孔材料构成。热管一端为蒸发段(简称热端),另外一端为冷凝段(简称冷端),当热管蒸发段受热时,毛细管中的液体迅速蒸发,蒸气在微小的压力差下流向另外一端,并且释放出热量,重新凝结成液体,液体再沿多孔材料靠毛细力的作用流回蒸发段,如此循环不止,热量由热管一端传至另外一端。这种循环是快速进行的,热量可以被源源不断地传导开来。热管具有极高的导热性、良好的等温性、冷热两侧的传热面积可任意改变、可远距离传热、温度可控制等特点。将热管散热器的基板与晶闸管、igbt、igct等大功率电力电子器件的管芯紧密接触,可直接将管芯的热量快速导出。


  5 结论


  上述方案中,利用变压器大多露天设置, 通过下雨天气时收集雨水进行降温, 采用风冷和液冷的结合, 双重对油箱内的绝缘油进行冷却, 提高冷却效果, 保证变压器稳定工作, 防止绝缘油油温过高影响可快速降温的变压器的正常运行。等。蒸发冷却降温技术在变压器中的应用。《变压器》2002年 第10期:25-28


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  作者简介


  张楠,2012年开始供职于深圳供电局有限公司系统运行部,从事主网调度员工作至今。期间除调度员工作外,另负责大用户并网调度协议签订,组织参加主网系统控制部反事故演习,电厂及大用户运行人员受令资格管理等工作。


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