CN113963896A - 基于热管的变压器余热利用装置及利用方法 - Google Patents

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田庄
杨赫
王楠
王永祺
于桂华
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Abstract

本发明提出基于热管的变压器余热利用装置，包括热管及压缩式热泵，压缩式热泵包括蒸发器、压缩机、冷凝器、膨胀阀；蒸发器、压缩机、冷凝器、膨胀阀依次首尾连接形成闭合结构，热管的蒸发段倾斜***油浸式变压器的油箱中，热管的冷凝段位于蒸发段上方，并***压缩式热泵的蒸发器内部，冷凝器的进水口与风机盘管回水连接，冷凝器的出水口与风机盘管供水连接；利用上述的装置可进行基于热管的变压器余热利用。本发明能够高效利用变压器余热替代站内电采暖，提升电网环节能源利用效率，减少碳排放；本发明所提供的装置能够提高变压器散热能力，有效提升油浸式变压器运行的安全性能。

Description

基于热管的变压器余热利用装置及利用方法
技术领域
本发明涉及变压器余热利用技术领域，特别是涉及基于热管的变压器余热利用装置及利用方法。
背景技术
电力变压器是电力传输***中的核心设备之一，其运行时内部因铁损和铜损产生热量，以220kV变电站为例，单台主变在大负荷日的损耗可达10GJ，这部分热量通过绝缘油导入油浸式变压器的散热器，直接散失在室外环境中，造成余热资源的浪费。变电站作为电力传输的重要一环，目前尚未有针对性的对其进行节能管理，存在着能源未被重复利用、节能措施不到位等问题。
变电站传统的采暖方式是依靠悬挂电暖气或者采用空调达到采暖目的，但是电能作为高品位能源，直接用于采暖***是一种低效利用能源的行为，从某种程度上来讲也属于能源浪费。若能结合变压器绝缘油温度工况要求，合理回收变压器耗损散发的余热，一方面能有效降低变压器油温，确保变压器安全运行；另一方面使变压器的余热潜力得到充分的发掘，提高***综合能效，以达到节能减排的目的。
目前变压器的冷却方式主要有自冷、风冷和水冷，其中自冷式油浸变压器是当前国内普遍采用的变压设备，其依靠油自身的热胀冷缩驱动油循环，绝缘油通过连接油管流入散热器冷却，但由于绝缘油的流速极慢，这部分热量均匀散失在环境中，因此集中回收余热较为困难。
因此，基于这些问题，有必要研究一种能够高效回收变压器余热，提升***综合能源利用效率，并且能有效提高油浸式变压器的散热能力，确保变压器安全运行的基于热管的变压器余热利用装置及利用方法。
发明内容
本发明的目的在于设计一种能够高效回收变压器余热，提升***综合能源利用效率，并且能有效提高油浸式变压器的散热能力，确保变压器安全运行的基于热管的变压器余热利用装置及利用方法。
本发明的方案为：
基于热管的变压器余热利用装置，包括热管及压缩式热泵，所述压缩式热泵包括蒸发器、压缩机、冷凝器、膨胀阀；
所述蒸发器、压缩机、冷凝器、膨胀阀依次首尾连接形成闭合结构，所述热管的蒸发段倾斜***油浸式变压器的油箱中，所述热管的冷凝段位于蒸发段上方，并***所述压缩式热泵的蒸发器内部，冷凝器的进水口与风机盘管回水连接，冷凝器的出水口与风机盘管供水连接。
进一步的，所述热管可采用甲醇、乙醇或水作为工质。
利用上述的装置进行基于热管的变压器余热利用方法，将热管的的蒸发段倾斜***油浸式变压器的油箱中，将所述热管的冷凝段位置高于其蒸发段，并将其冷凝段***所述压缩式热泵的蒸发器内部，将冷凝器的进水口与风机盘管的回水管路连接，冷凝器的出水口与风机盘管的供水管路连接，使得回水被加热得到采暖热水。
本发明的优点和积极效果是：
本发明针对传统油浸式变压器余热集热困难，余热利用效率低等问题，提出一种热管与热泵技术有机结合的变压器余热利用方法，这种方法可应用于110kV及以上变电站，能够高效利用变压器余热替代站内电采暖，提升电网环节能源利用效率，减少碳排放；本发明所提供的装置能够提高变压器散热能力，有效提升油浸式变压器运行的安全性能。
附图说明
图1是本发明实施例提供的基于热管的变压器余热利用装置的结构示意图；
图2是本发明实施例提供的热管的工作原理图；
具体实施方式
为使本发明实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行更加详细的描述。在附图中，自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
下面结合附图对本发明的实施例进行详细说明。
如图1、2所示，本实施例提供的基于热管的变压器余热利用装置，包括热管2及压缩式热泵3，所述压缩式热泵3包括蒸发器5、压缩机6、冷凝器7、膨胀阀8；
所述蒸发器5、压缩机6、冷凝器7、膨胀阀8依次首尾连接形成闭合结构，所述热管2的蒸发段倾斜***油浸式变压器的油箱1中，所述热管2的冷凝段位于蒸发段上方，并***所述压缩式热泵3的蒸发器5内部，冷凝器7的进水口与风机盘管4回水连接，冷凝器7的出水口与风机盘管4供水连接。
所述热管2可采用甲醇、乙醇或水作为工质。
利用上述的装置进行基于热管的变压器余热利用方法，将热管的的蒸发段倾斜***油浸式变压器的油箱中，将所述热管2的冷凝段位置高于其蒸发段，并将其冷凝段***所述压缩式热泵3的蒸发器5内部，将冷凝器7的进水口与风机盘管4的回水管路连接，冷凝器7的出水口与风机盘管4的供水管路连接，使得回水被加热得到采暖热水。
在本实施例中，所述油浸式变压器为220kV自冷油浸式变压器，运行时油的温升在20-50℃左右，空载损耗约为109kW，负载损耗(额定容量)约为676kW，220kV变电站冬季热负荷约60kW，主变余热可承担全部站内采暖热负荷。
作为举例，在本实施例中，所述热管的蒸发段倾斜***油浸式变压器的油箱中，与绝缘油充分接触，将油温冷却至40℃，热管的冷凝段位于蒸发段上方，与压缩式热泵3的蒸发器5连接；高温绝缘油作为热源加热热管蒸发段，使热管2内的液体工质受热发生相变，工质蒸汽向上运动进入冷凝段。热管冷凝段与压缩式热泵3的蒸发器连接，热管内的工质蒸汽放热冷凝，再次发生相变，液体工质在重力影响下向下运动进入蒸发段完成热管内的工质循环；
压缩式热泵3的所述蒸发器5与压缩机6连接，压缩机6与冷凝器7连接，冷凝器7与膨胀阀8、蒸发器5依次连接实现工质循环，所述压缩式热泵3通过消耗电能为代价利用变压器中低温余热加热风机盘管供热热水。
在余热回收工况下，压缩式热泵的制热性能系数COP为5，本实施例中以消耗12kW电功率为代价，回收48kW主变余热用于变电站冬季采暖，即便在变压器空载运行的工况下也能满足站内采暖需求。
本发明所提供的基于热管技术的变压器余热利用方法年均耗电量约为4万kWh，相比较当前变电站采用空调加电暖气的采暖方案年均耗电量12万kWh，每年能至少节省8万kWh的电量。
最后需要指出的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制。尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (3)

1.基于热管的变压器余热利用装置，其特征在于，包括热管及压缩式热泵，所述压缩式热泵包括蒸发器、压缩机、冷凝器、膨胀阀；
所述蒸发器、压缩机、冷凝器、膨胀阀依次首尾连接形成闭合结构，所述热管的蒸发段倾斜***油浸式变压器的油箱中，所述热管的冷凝段位于蒸发段上方，并***所述压缩式热泵的蒸发器内部，冷凝器的进水口与风机盘管回水连接，冷凝器的出水口与风机盘管供水连接。
2.根据权利要求1所述的基于热管的变压器余热利用装置，其特征在于，所述热管可采用甲醇、乙醇或水作为工质。
3.利用权利要求1或2所述的装置进行基于热管的变压器余热利用方法，其特征在于，
将热管的的蒸发段倾斜***油浸式变压器的油箱中，将所述热管的冷凝段位置高于其蒸发段，并将其冷凝段***所述压缩式热泵的蒸发器内部，将冷凝器的进水口与风机盘管的回水管路连接，冷凝器的出水口与风机盘管的供水管路连接，使得回水被加热得到采暖热水。
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