专利名称：一种采用蒸发冷却技术的变压器冷却系统的制作方法
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15~75 W/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。
所述蒸发液换热器可以但不限于是管壳式的、板翅式的、管-管式的、板板式的等各种 形式。
所述蒸发液换热器的进油法兰和出油法兰可以上下布置，也可以左右布置；可以是进油 法兰在上，出油法兰在下；也可以是出油法兰在上，进油法兰在下。所述二次冷却器可以但不限于是片式散热器、风冷凝器、风冷却器、水冷却器、油冷却 器等各种形式的冷却器或冷凝器，负责进行蒸发液蒸汽冷凝回液体的换热工作。
所述蒸发液换热器和二次冷却器可以通过装设支架、上部吊装等不同方法进行固定后安 装。安装的高度任意，可满足于地下室变电站等场合的高落差安装要求。
所述进油管路、出油管路、进气管路、回液管路的铺设高度、长度任意，可满足于地下 室变电站等场合的长距离、高落差的铺设要求。
所述蒸发液的流动为无外加驱动力自循环的，也可以是外加驱动力强迫循环的。 所述变压器油的流动为无外加驱动力自循环的，也可以是外加驱动力强迫循环的。 所述蒸发液包括但不限于各种全氟碳、氟碳氧、氟碳氢或氟碳氮化合物，及其混合物。 所述采用蒸发冷却技术的新型变压器冷却系统可以用于变压器的冷却，也可以用于互感 器、电抗器等其他设备的冷却。
本发明的冷却系统设计，采用蒸发液的自然循环相变换热代替传统的比热换热，蒸发液 侧的换热系数达到几百到几千W/m2K， 一方面大大提高了换热效率，减小了冷却系统的体积 和重量，降低了成本；另一方面极大的提高了运行可靠性蒸发液自然循环，不需要泵；运 行没有噪音；因蒸发液的电绝缘水平高，即使出现泄漏，漏入并混合进变压器油中也不会造 成变压器(或互感器、电抗器等)的绝缘事故。因此最大程度上避免了水冷冷却器和风冷冷 却器的缺点。
附图是本发明实施方式的结构示意图，图中10变压器油箱、20变压器油箱出油法兰、 30进油管路、40变压器油箱进油法兰、50出油管路、60蒸发液换热器出油法兰、70蒸发液 换热器进油法兰、80蒸发液换热器、90出气法兰、IOO出气管路、105上油液分离板、110 金属换热管、115油室、118下油液分离板、120蒸发液空间、130进液法兰、140蒸发液换 热器支架、150回液管路、160进气法兰、170二次冷却器、180出液法兰、190二次冷却器 支架。
具体实施例方式
下面结合附图和具体实施方式
对本发明做进一步的描述。
如附图所示，本发明具体实施方式
主要由变压器油箱10、蒸发液换热器80、 二次冷却 器170等三大部件及其连接管路和支架组成。蒸发液换热器80在变压器油箱10的外部，进 油管路30和出油管路50连接蒸发液换热器80和变压器油箱10。 二次冷却器170的布置高度超过蒸发液换热器80的顶部，出气管路100和回液管路150连接二次冷却器no和蒸发 液换热器80。
变压器油箱10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20，从变压器油箱10顶部流出，经过进油管路30，从蒸发液 换热器进油法兰70流入蒸发液换热器80，通过金属换热管110管壁与蒸发液发生热交换， 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60流出蒸发液换热 器80,经过出油管路50，从变压器油箱进油法兰40回到变压器油箱10底部，完成变压器 油的冷却循环流动。
该实施方式中蒸发液换热器80采用管壳式换热器结构，通过蒸发液换热器80内顶部的 上油液分离板105、底部的下油液分离板118和金属换热管110等部件把内部空间分为油室 115和蒸发液空间120，分别用作变压器油和蒸发液流动的空间。上油液分离板105处于蒸 发液换热器80内的顶部，下油液分离板118处于蒸发液换热器80内的底部，金属换热管110 竖直排放，连接在上油液分离板105和下油液分离板118之间。油室115中的变压器油和蒸 发液空间120中的蒸发液通过金属换热管110进行热量交换。充满金属换热管110管内空间 的蒸发液在受到流入油室115中的变压器油的持续加热后，逐渐沸腾相变，汽化吸热，达到 冷却变压器油的目的。汽化后生成的蒸发液蒸汽通过金属换热管110向上流动从出气法兰90 流出蒸发液换热器80，经过出气管路IOO，从二次冷却器170的进气法兰160流入二次冷却 器170内。
该实施方式中二次冷却器170采用片式散热器结构，它由若干个散热片组成一组，一组 散热片的数目由该组片式散热器的散热功率决定。散热片是由金属薄板经焊接等工艺制成的 内部空腔的密封容器，可以承受一定的内部压力。金属板的表面可以有各种形状的脊楞或翅 片，以增大换热表面积，为减少腐蚀其内壁也可以淋漆。
蒸发液蒸汽与二次冷却器170的冷却介质，即环境空气进行热交换，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180流出，经过回液管路150，从蒸发液换热器80的进液法兰130流回 蒸发液换热器80，完成蒸发液的换热循环流动。
所述蒸发液换热器的进油法兰70和出油法兰60可以上下布置，也可以左右布置；可以 是进油法兰在70上，出油法兰60在下，或者出油法兰60在上，进油法兰70在下。
所述蒸发液换热器80可以但不限于是管壳式的、板翅式的、管管式的、板板式的等各 种形式。蒸发液换热器80内部有隔离措施，使变压器油和蒸发液各有自己的流动空间，在不直接接触的情况下进行热交换，不互相混合。由于蒸发液的绝^水平高，即便'因为某种原
因造成蒸发液泄漏并混入变压器油，也不会使变压器油绝缘水平降低，发生变压器绝缘事故。 所述二次冷却器170可以但不限于是片式散热器、风冷凝器、风冷却器、水冷却器、油
冷却器等各种形式的冷却器或冷凝器，负责进行蒸发液蒸汽冷凝回液体的换热工作。
所述蒸发液换热器80和二次冷却器170可以通过装设蒸发液换热器支架140和二次冷
却器支架190，或者上部吊装等方法进行固定。固定安装的高度任意，可满足于地下室变电
站等场合的高落差安装要求。
所述进油管路30、出油管路50、进气管路IOO、回液管路150的铺设高度、长度任意，
可满足于地下室变电站等场合的长距离、高落差的铺设要求。
所述蒸发液的流动为无外加驱动力自循环的，也可以是外加驱动力强迫循环的。 所述变压器油的流动为无外加驱动力自循环的，也可以是外加驱动力强迫循环的。 所述蒸发液包括但不限于各种全氟碳、氟碳氧、氟碳氢或氟碳氮化合物，及其混合物。 所述采用蒸发冷却技术的新型变压器冷却系统可以用于变压器的冷却，也可以用于互感
器、电抗器等其他设备的冷却。
权利要求
1、一种采用蒸发冷却技术的变压器冷却系统，其特征在于包括变压器油箱(10)、蒸发液换热器(80)、二次冷却器(170)，蒸发液换热器(80)在变压器油箱(10)的外部，进油管路(30)和出油管路(50)连接蒸发液换热器(80)和变压器油箱(10)；二次冷却器(170)的布置高度超过蒸发液换热器(80)的顶部，出气管路(100)和回液管路(150)连接二次冷却器(170)和蒸发液换热器(80)；变压器油经过进油管路(30)从变压器油箱(10)流入蒸发液换热器(80)内，与蒸发液发生热交换，使蒸发液沸腾相变，汽化吸热，冷却变压器油；冷却后的变压器油经过出油管路(50)重新流回变压器油箱(10)底部，完成变压器油的冷却循环流动；汽化后生成的蒸发液蒸汽经过出气管路(100)流入二次冷却器(170)内冷凝，放出热量，重新相变成为液体，经回液管路(150)流回蒸发液换热器(80)，完成蒸发液的换热循环流动。
2、 按照权利要求1所述的一种采用蒸发冷却技术的变压器冷却系统，其特征是所述 的蒸发液换热器(80)采用管壳式换热器结构，蒸发液换热器(80)内顶部的上油液分离板(105)以及底部的下油液分离板(118)和金属换热管(110)把蒸发液换热器(80)内部 空间分为油室(115)和蒸发液空间(120);金属换热管(110)竖直排放，连接在上油液分 离板(105)和下油液分离板(118)之间。
全文摘要
一种采用蒸发冷却技术的变压器冷却系统，要由变压器油箱(10)、蒸发液换热器(80)、二次冷却器(170)等三大部件及其连接管路和支架组成。变压器油经过进油管路(30)从变压器油箱(10)流入蒸发液换热器(80)内，与蒸发液发生热交换，使蒸发液沸腾相变，汽化吸热，达到冷却变压器油的目的。冷却后的变压器油经过出油管路(50)重新流回变压器油箱(10)。汽化后生成的蒸发液蒸汽经过出气管路(100)流入二次冷却器(170)内冷凝，放出热量，重新相变成为液体，经过回液管路(150)流回蒸发液换热器(80)，完成蒸发液的换热循环流动。本发明可提高换热效率，并因蒸发液的电绝缘水平高，即使泄漏而混入变压器油中也不会造成变压器绝缘事故。
文档编号H01F27/18GK101409140SQ20081011762
公开日2009年4月15日 申请日期2008年8月1日 优先权日2008年8月1日
发明者张国强, 牛文豪, 新 王 申请人:中国科学院电工研究所