一種具有智能變頻功能的主變降膜式換熱裝置及其使用方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種具有智能變頻功能的主變降膜式換熱裝置及其使用方法，具有智能變頻功能的主變降膜式換熱裝置由變壓器油流冷卻循環(huán)系統(tǒng)、冷媒介質循環(huán)系統(tǒng)以及控制系統(tǒng)組成。該裝置變壓器油和冷媒介質沒有直接接觸，而是通過降膜式蒸發(fā)器的降膜管管壁進行熱交換?？刂葡到y(tǒng)能自動控制在降膜式蒸發(fā)器管程內的變壓器油，形成膜狀沿降膜管內壁流下，增加熱交換效果并根據(jù)變壓器本體內的油溫，自動控制變頻制冷壓縮機和變頻油泵的工作，始終保持主變繞組與油流溫差的最優(yōu)值。本發(fā)明具有安全可靠、冷卻效率高、設備體積小、用油量少、維護少、整體運行經(jīng)濟等巨大優(yōu)勢，能極大降低運行主變的銅、鐵損，提高主變過載能力和抗短路電流能力，延長主變使用壽命，更加有力保障主變安全運行。
【專利說明】一種具有智能變頻功能的主變降膜式換熱裝置及其使用方 法

【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種具有智能變頻功能的主變降膜式換熱裝置。

【背景技術】
[0002] 主變在運行過程中，由于電和磁的作用，其繞組和鐵芯會發(fā)熱，如不能及時將此熱 量帶走，將導致主變燒毀甚至爆炸的嚴重事故，因此必須通過主變內充滿的變壓器油流來 冷卻繞組和鐵芯，而變壓器油流帶走的熱量又需通過散熱裝置來進行熱交換，冷卻后的冷 油流再進入變壓器主體進行冷卻。傳統(tǒng)主變冷卻方式主要為強制風冷、自然風冷及水冷三 種，水冷雖然經(jīng)濟，效率也高，但如冷卻系統(tǒng)中若發(fā)生冷卻水向主變滲漏現(xiàn)象，哪怕是微小 滲漏，也將導致嚴重后果；風冷因空氣熱焓低，使得主變冷卻效率低、冷卻降溫范圍很小，受 環(huán)境因素影響大，主變、散熱器設備制造體積龐大，用油量多、運行成本高、維護量大，以及 造成主變銅鐵損大、過載能力和抗短路電流能力小，絕緣壽命短等諸多缺點。


【發(fā)明內容】

[0003] 本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術的不足之處，即提供一種具有智能變頻功能的主 變降膜式換熱裝置及使用方法，能安全、可靠、高效、經(jīng)濟地帶走運行中主變產生的熱能，有 力保障電力系統(tǒng)主變的安全、經(jīng)濟運行。
[0004] 本發(fā)明的第一具體實施方案是：一種具有智能變頻功能的主變降膜式換熱裝置， 包括一內置有變壓器冷卻油的變壓器主體及設置于變壓器主體一側的降膜式蒸發(fā)器，所述 降膜式蒸發(fā)器包括一封閉的殼體，所述殼體內設有冷媒介質，所述殼體中部縱向設置有若 干個降膜管，所述降膜管為兩端具有開口的管狀體，所述降膜管上部套于一孔板內，所述孔 板將殼體分隔為上腔室與下腔室，所述每個降膜管伸出孔板上端的管壁設有降膜管溢流 孔，所述變壓器主體上部的側壁設有出熱油電磁閥，所述出熱油電磁閥經(jīng)管路與降膜式蒸 發(fā)器殼體內的上腔室相連通，所述降膜式蒸發(fā)器殼體底部設有降膜式蒸發(fā)器管程出管，所 述變壓器主體下部的側壁設有進冷油閥，所述管程出管經(jīng)管路與進冷油閥相連通，所述降 膜式蒸發(fā)器下腔室上部的側壁設有降膜式蒸發(fā)器冷媒出口，降膜式蒸發(fā)器下部的側壁設有 降膜式蒸發(fā)器冷媒進口，所述降膜式蒸發(fā)器冷媒出口經(jīng)管路經(jīng)制冷壓縮機、冷凝器及節(jié)流 閥與降膜式蒸發(fā)器冷媒進口連通，所述的制冷壓縮機為變頻制冷壓縮機。
[0005] 進一步的，降膜式蒸發(fā)器殼體上腔室內設有油位感應探頭，油位感應探頭上端連 接有伸出上腔室的油位感應器，所述變壓器主體上設有主變油溫傳感器，所述管程出管經(jīng) 管路與進冷油閥的連接管路上還設有變頻油泵。
[0006] 進一步的，所述孔板包括板體，所述板體上設有用于插入降膜管的通孔，所述板體 周部與降膜式蒸發(fā)器殼體內表面相貼合。
[0007] 進一步的，所述冷凝器為風冷卻冷凝器或水冷凝器。
[0008] 進一步的，所述具有智能變頻功能的主變降膜式換熱裝置還包括控制模塊，所述 控制模塊電性連接于油位感應器，溫度傳感器、變頻制冷壓縮機、變頻油泵，出熱油電磁閥。
[0009] 本發(fā)明的第二具體實施方案是：一種具有智能變頻功能的主變降膜式換熱裝置 方法，包括如權利要求5所述的一種具有智能變頻功能的主變降膜式換熱裝置，具體步驟 如下： 1) 開啟變壓器主體上部的出熱油電磁閥和下部的進冷油閥及變頻油泵，變壓器主體 內流動的變壓器油將主變繞組和鐵芯產生的熱量帶走，變壓器油自身被加熱而成為熱變壓 器油；出熱油電磁閥控制流出的熱變壓器油流至降膜式蒸發(fā)器的降膜管周圍，通過降膜管 上部四周均布的溢流孔，沿降膜管內壁形成膜狀流下，并與降膜式蒸發(fā)器殼體內的包圍在 降膜管周圍循環(huán)的低溫冷媒介質進行熱交換，其熱量被低溫冷媒帶走而自身成為冷變壓器 油； 2) 開啟變頻制冷壓縮機，變頻制冷壓縮機將從降膜式蒸發(fā)器冷媒出口出來的低壓冷媒 氣體壓縮成高壓高溫冷媒氣體；出變頻制冷壓縮機高壓高溫冷媒氣體進入冷凝器內冷卻成 高溫冷媒液體；從冷凝器出來的高溫冷媒液體經(jīng)節(jié)流閥節(jié)流至降膜式蒸發(fā)器的殼體內，低 溫冷媒液體在吸收大量熱變壓器油的熱量后全部蒸發(fā)成低壓冷媒氣體，低壓冷媒氣體又被 抽至變頻制冷壓縮機中壓縮，以此反復循環(huán)開啟冷媒介質循環(huán)系統(tǒng)； 4) 冷變壓器油出降膜式蒸發(fā)器管程出口后，被變頻油泵經(jīng)進冷油閥打至變壓器主體 中，對繞組和鐵芯進行下一輪冷卻循環(huán)； 5) 開啟控制系統(tǒng)的傳感裝置和控制模塊，控制模塊能根據(jù)降膜式蒸發(fā)器的油位傳感 器設置的油位高度，控制出熱油電磁閥，以保證變壓器油在降膜式蒸發(fā)器的降膜管內形成 膜狀沿降膜管內壁流下；控制模塊根據(jù)主變油溫自動控制變頻制冷壓縮機和變頻油泵的工 作，當油溫高時，控制變頻制冷壓縮機和變頻油泵出力增大，反之亦然，始終保持主變繞組 與油流溫差的最優(yōu)值。
[0010] 與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明具有以下有益效果：本發(fā)明利用具有安全可靠、利用降膜 式蒸發(fā)器進行主變內的熱油冷卻，冷卻效率高、設備體積小、用油量少、維護少、整體運行經(jīng) 濟等巨大優(yōu)勢，能極大降低運行主變的銅、鐵損，提高主變過載能力和抗短路電流能力，延 長主變使用壽命，更加有力保障主變安全運行。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0011] 圖1為本發(fā)明實施例的主變降膜式換熱裝置總流程示意圖； 圖2為本發(fā)明實施例的變壓器油流冷卻循環(huán)系統(tǒng)示意圖； 圖3為本發(fā)明實施例的冷媒循環(huán)系統(tǒng)示意圖； 圖4為本發(fā)明實施例的降膜式蒸發(fā)器結構原理圖； 圖5為本發(fā)明實施例的的降膜式蒸發(fā)器中降膜管結構圖； 圖6為本發(fā)明實施例的降膜式蒸發(fā)器中孔板結構圖； 圖7為本發(fā)明實施例的圖6的俯視圖。
[0012] 圖8為本發(fā)明實施例的控制系統(tǒng)自動控制原理方框圖。
[0013] 圖中：1_出熱油電磁閥，2-降膜式蒸發(fā)器管程進管，3-降膜式蒸發(fā)器管程出管， 4_變頻油泵進油閥，5-變頻油泵，6-進冷油閥，7-降膜式蒸發(fā)器，8-降膜式蒸發(fā)器冷媒 出口，9-變頻制冷壓縮機，10-冷凝器，11-冷卻器風機，12-冷卻器進口，13-冷卻器出口， 14-節(jié)流閥，15-降膜式蒸發(fā)器冷媒進口，16-主變油溫傳感器，17-降膜管，18-降膜式蒸發(fā) 器管程上端熱油層，19-孔板，20-油位傳感器探頭，21-油位傳感器，22-降膜管內油膜流 程，23-降膜式蒸發(fā)器管程下端冷油層，24-降膜式蒸發(fā)器殼程中的冷媒流程，25-降膜管 溢流孔，26-變壓器主體。

【具體實施方式】
[0014] 下面結合附圖和【具體實施方式】對本發(fā)明做進一步詳細的說明。
[0015] 如圖1~8所示，一種具有智能變頻功能的主變降膜式換熱裝置由變壓器油流冷卻 循環(huán)系統(tǒng)、冷媒介質(冷媒介質可以是SF 6或其它適合的介質)循環(huán)系統(tǒng)以及控制系統(tǒng)組成。
[0016] 變壓器油流冷卻循環(huán)系統(tǒng)主要包括：一內置有變壓器冷卻油的變壓器主體26及 設置于變壓器主體26 -側的降膜式蒸發(fā)器7,所述降膜式蒸發(fā)器7包括一封閉的殼體，所述 殼體內設有冷媒介質，所述殼體中部縱向設置有若干個降膜管17,所述降膜管17為兩端具 有開口的管狀體，所述降膜管17上部套于一孔板19內，所述孔板19包括板體，所述板體上 設有用于插入降膜管的通孔，板體周部與降膜式蒸發(fā)器殼體內表面相貼合，孔板19將殼體 分隔為上腔室與下腔室，每個降膜管17伸出孔板上端的管壁設有降膜管溢流孔25,所述變 壓器主體上部的側壁設有出熱油電磁閥1，所述出熱油電磁閥1經(jīng)管路與降膜式蒸發(fā)器殼 體內的上腔室相連通，所述降膜式蒸發(fā)器7殼體底部設有降膜式蒸發(fā)器管程出管3,所述變 壓器主體26下部的側壁設有進冷油閥，所述管程出管經(jīng)管路與進冷油閥6相連通。所述管 程出管經(jīng)管路與進冷油閥6的連接管路上還設有變頻油泵5,所述變頻油泵5還連接有變頻 油泵進油閥4。
[0017] 主變降膜式換熱裝置油流循環(huán)系統(tǒng)的工作原理： 變壓器主體上部的出熱油電磁閥1、變壓器主體下部的進冷油閥6、變頻油泵5和變頻 油泵進油閥4 ;變壓器主體內流動的變壓器油開始循環(huán)流動，并將主變繞組和鐵芯產生的 熱量帶走，變壓器油自身被加熱而成為熱變壓器油；出熱油電磁閥1控制流出的熱變壓器 油流至降膜式蒸發(fā)器管程進管2,形成降膜式蒸發(fā)器管程上端熱油層18,進入蒸發(fā)器管程 部分的上端，油通過降膜管17上部四周均布的溢流孔25,沿降膜管17內壁形成膜狀流下， 并與降膜式蒸發(fā)器殼程中的冷媒流程24即包圍在管程周圍循環(huán)的低溫冷媒介質進行熱交 換，形成降膜式蒸發(fā)器管程下端冷油層23,其熱量被低溫冷媒帶走而自身成為冷變壓器油； 冷變壓器油出降膜式蒸發(fā)器管程出管3后，被變頻油泵5經(jīng)進冷油閥6打至變壓器主體26 中，對繞組和鐵芯進行下一輪冷卻循環(huán)。
[0018] 冷媒介質(冷媒介質可以是SF6或其它適合的介質）循環(huán)系統(tǒng)主要包括：所述降膜 式蒸發(fā)器下腔室上部的側壁設有降膜式蒸發(fā)器冷媒出口 8,降膜式蒸發(fā)器下部的側壁設有 降膜式蒸發(fā)器冷媒進口 15,所述降膜式蒸發(fā)器冷媒出口 8經(jīng)管路經(jīng)變頻制冷壓縮機9、冷凝 器10及節(jié)流閥14與降膜式蒸發(fā)器冷媒進口連通。
[0019] 冷媒循環(huán)系統(tǒng)的工作原理：變頻制冷壓縮機9將從降膜式蒸發(fā)器冷媒出口 8出來 的低壓冷媒氣體壓縮成高壓高溫冷媒氣體；出變頻壓縮機9的高壓高溫冷媒氣體進入冷凝 器10內，冷卻成高溫冷媒液體；從冷卻器出口 13出來的高溫冷媒液體，經(jīng)節(jié)流閥14節(jié)流流 至降膜式蒸發(fā)器冷媒進口 15,進入降膜式蒸發(fā)器殼程中的冷媒流程24 ;此時由于體積突然 擴大而導致部分高溫冷媒液體轉變?yōu)榈蛪豪涿綒怏w，冷媒液體蒸發(fā)成氣體的過程中會大量 吸熱而使得全部冷媒液體溫度急劇下降，溫度下降后的低溫冷媒液體在吸收蒸發(fā)器中降膜 管17內大量熱變壓器油的熱量后全部蒸發(fā)成低壓冷媒氣體；低壓冷媒氣體出蒸發(fā)器冷媒 出口 8后，又被抽至變頻制冷壓縮機9中壓縮，以此反復循環(huán)。
[0020] 為了更好的實現(xiàn)對上述機構操作控制，本發(fā)明還設計了一種具有智能變頻功能的 主變降膜式換熱裝置控制系統(tǒng)具體包括：所述主變冷卻裝置還包括控制模塊，降膜式蒸發(fā) 器殼體上腔室內設有油位感應探頭20,油位感應探頭20上端連接有伸出上腔室的油位感 應器21，所述變壓器主體上設有主變油溫傳感器，所述管程出管經(jīng)管路與進冷油閥的連接 管路上還設有變頻油泵。所述控制模塊電性連接于油位感應器21，溫度傳感器16、變頻制 冷壓縮機9、變頻油泵5、熱油電磁閥1及進冷油閥6等。
[0021] 其主要工作原理：控制模塊能根據(jù)降膜式蒸發(fā)器的油位傳感器設置的油位高度， 控制出熱油電磁閥，以保證變壓器油在降膜式蒸發(fā)器的降膜管內形成膜狀沿降膜管內壁流 下；控制模塊還能根據(jù)事先設計編程的程序，根據(jù)安裝在主變頂部油溫傳感器傳來的數(shù)據(jù)， 自動控制變頻制冷壓縮機和變頻油泵的工作，當油溫高時，控制變頻制冷壓縮機和變頻油 泵出力增大，反之亦然，始終保持主變繞組與油流溫差的最優(yōu)值。
[0022] 上述一種具有智能變頻功能的主變降膜式換熱裝置使用方法具體步驟如下： 1) 開啟變壓器主體上部的出熱油電磁閥和下部的進冷油閥及變頻油泵，變壓器主體 內流動的變壓器油將主變繞組和鐵芯產生的熱量帶走，變壓器油自身被加熱而成為熱變壓 器油；出熱油電磁閥控制流出的熱變壓器油流至降膜式蒸發(fā)器的降膜管周圍，通過降膜管 上部四周均布的溢流孔，沿降膜管內壁形成膜狀流下，并與降膜式蒸發(fā)器殼體內的包圍在 降膜管周圍循環(huán)的低溫冷媒介質進行熱交換，其熱量被低溫冷媒帶走而自身成為冷變壓器 油； 2) 開啟變頻制冷壓縮機，變頻制冷壓縮機將從降膜式蒸發(fā)器冷媒出口出來的低壓冷媒 氣體壓縮成高壓高溫冷媒氣體；出變頻制冷壓縮機高壓高溫冷媒氣體進入冷凝器內冷卻成 高溫冷媒液體；從冷凝器出來的高溫冷媒液體經(jīng)節(jié)流閥節(jié)流至降膜式蒸發(fā)器的殼體內，低 溫冷媒液體在吸收大量熱變壓器油的熱量后全部蒸發(fā)成低壓冷媒氣體，低壓冷媒氣體又被 抽至變頻制冷壓縮機中壓縮，以此反復循環(huán)開啟冷媒介質循環(huán)系統(tǒng)； 4) 冷變壓器油出降膜式蒸發(fā)器管程出口后，被變頻油泵經(jīng)進冷油閥打至變壓器主體 中，對繞組和鐵芯進行下一輪冷卻循環(huán)； 5) 開啟控制系統(tǒng)的傳感裝置和控制模塊，控制模塊能根據(jù)降膜式蒸發(fā)器的油位傳感 器設置的油位高度，控制出熱油電磁閥，以保證變壓器油在降膜式蒸發(fā)器的降膜管內形成 膜狀沿降膜管內壁流下；控制模塊根據(jù)主變油溫自動控制變頻制冷壓縮機和變頻油泵的工 作，當油溫高時，控制變頻制冷壓縮機和變頻油泵出力增大，反之亦然，始終保持主變繞組 與油流溫差的最優(yōu)值。
[0023] 以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例，凡依本發(fā)明申請專利范圍所做的均等變化與 修飾，皆應屬本發(fā)明的涵蓋范圍。
【權利要求】
1. 一種具有智能變頻功能的主變降膜式換熱裝置，其特征在于，包括一內置有變壓器 冷卻油的變壓器主體及設置于變壓器主體一側的降膜式蒸發(fā)器，所述降膜式蒸發(fā)器包括一 封閉的殼體，所述殼體內設有冷媒介質，所述殼體中部縱向設置有若干個降膜管，所述降膜 管為兩端具有開口的管狀體，所述降膜管上部套于一孔板內，所述孔板將殼體分隔為上腔 室與下腔室，所述每個降膜管伸出孔板上端的管壁設有降膜管溢流孔，所述變壓器主體上 部的側壁設有出熱油電磁閥，所述出熱油電磁閥經(jīng)管路與降膜式蒸發(fā)器殼體內的上腔室相 連通，所述降膜式蒸發(fā)器殼體底部設有降膜式蒸發(fā)器管程出管，所述變壓器主體下部的側 壁設有進冷油閥，所述管程出管經(jīng)管路與進冷油閥相連通，所述降膜式蒸發(fā)器下腔室上部 的側壁設有降膜式蒸發(fā)器冷媒出口，降膜式蒸發(fā)器下部的側壁設有降膜式蒸發(fā)器冷媒進 口，所述降膜式蒸發(fā)器冷媒出口經(jīng)管路經(jīng)制冷壓縮機、冷凝器及節(jié)流閥與降膜式蒸發(fā)器冷 媒進口連通，所述的制冷壓縮機為變頻制冷壓縮機。
2. 根據(jù)權利要求1所述的一種具有智能變頻功能的主變降膜式換熱裝置，降膜式蒸發(fā) 器殼體上腔室內設有油位感應探頭，油位感應探頭上端連接有伸出上腔室的油位感應器， 所述變壓器主體上設有主變油溫傳感器，所述管程出管經(jīng)管路與進冷油閥的連接管路上還 設有變頻油泵。
3. 根據(jù)權利要求1所述的一種具有智能變頻功能的主變降膜式換熱裝置，所述孔板包 括板體，所述板體上設有用于插入降膜管的通孔，所述板體周部與降膜式蒸發(fā)器殼體內表 面相貼合。
4. 根據(jù)權利要求1所述的一種具有智能變頻功能的主變降膜式換熱裝置，所述冷凝器 為風冷卻冷凝器或水冷凝器。
5. 根據(jù)權利要求2所述的一種具有智能變頻功能的主變降膜式換熱裝置，所述主變冷 卻裝置還包括控制模塊，所述控制模塊電性連接于油位感應器，溫度傳感器、變頻制冷壓縮 機、變頻油泵，出熱油電磁閥。
6. -種具有智能變頻功能的主變降膜式換熱裝置方法，包括如權利要求5所述的一種 具有智能變頻功能的主變降膜式換熱裝置，具體步驟如下： 1) 開啟變壓器主體上部的出熱油電磁閥和下部的進冷油閥及變頻油泵，變壓器主體 內流動的變壓器油將主變繞組和鐵芯產生的熱量帶走，變壓器油自身被加熱而成為熱變壓 器油；出熱油電磁閥控制流出的熱變壓器油流至降膜式蒸發(fā)器的降膜管周圍，通過降膜管 上部四周均布的溢流孔，沿降膜管內壁形成膜狀流下，并與降膜式蒸發(fā)器殼體內的包圍在 降膜管周圍循環(huán)的低溫冷媒介質進行熱交換，其熱量被低溫冷媒帶走而自身成為冷變壓器 油； 2) 開啟變頻制冷壓縮機，變頻制冷壓縮機將從降膜式蒸發(fā)器冷媒出口出來的低壓冷媒 氣體壓縮成高壓高溫冷媒氣體；出變頻制冷壓縮機高壓高溫冷媒氣體進入冷凝器內冷卻成 高溫冷媒液體；從冷凝器出來的高溫冷媒液體經(jīng)節(jié)流閥節(jié)流至降膜式蒸發(fā)器的殼體內，低 溫冷媒液體在吸收大量熱變壓器油的熱量后全部蒸發(fā)成低壓冷媒氣體，低壓冷媒氣體又被 抽至變頻制冷壓縮機中壓縮，以此反復循環(huán)開啟冷媒介質循環(huán)系統(tǒng)； 4) 冷變壓器油出降膜式蒸發(fā)器管程出口后，被變頻油泵經(jīng)進冷油閥打至變壓器主體 中，對繞組和鐵芯進行下一輪冷卻循環(huán)； 5) 開啟控制系統(tǒng)的傳感裝置和控制模塊，控制模塊能根據(jù)降膜式蒸發(fā)器的油位傳感 器設置的油位高度，控制出熱油電磁閥，以保證變壓器油在降膜式蒸發(fā)器的降膜管內形成 膜狀沿降膜管內壁流下；控制模塊根據(jù)主變油溫自動控制變頻制冷壓縮機和變頻油泵的工 作，當油溫高時，控制變頻制冷壓縮機和變頻油泵出力增大，反之亦然，始終保持主變繞組 與油流溫差的最優(yōu)值。
【文檔編號】H01F27/18GK104157401SQ201410402907
【公開日】2014年11月19日 申請日期:2014年8月18日 優(yōu)先權日:2014年8月18日
【發(fā)明者】林曉銘, 鄭良根, 鄭東升, 宋仕江, 李智源, 鄭孝章 申請人:國家電網(wǎng)公司, 國網(wǎng)福建省電力有限公司, 國網(wǎng)福建省電力有限公司南平供電公司, 國網(wǎng)福建省電力有限公司電力科學研究院, 國網(wǎng)福建省電力有限公司邵武市供電公司, 林曉銘, 林舒妍