CN207217235U - 一种主变压器冷却散热装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种主变压器冷却散热装置，包括：主变压器、油泵以及和主变压器外部连接的列管式液态金属冷却器，所述主变压器内装有变压器油，所述列管式液态金属冷却器中设置冷却管道，所述变压器油通过油泵输送至列管式液态金属冷却器中，与冷却管道接触；所述冷却管道中装有液态金属。主变压器上部设置冷油进口和冷油进油阀，所述主变压器下部设置热油出口和热油出油阀。本实用新型提供的主变压器冷却散热装置，与现有技术采用水冷相比，本实用新型采用的液态金属作为冷媒，冷却管道中采用的液态金属沸点通常大于2200℃，避免了液态冷媒在流动中压力的突然变化，降低因温度过高导致设备烧毁的可能性，提高了装置的可靠性和安全性。

Description

一种主变压器冷却散热装置

技术领域

本实用新型涉及变压器冷却技术领域，特别涉及一种主变压器冷却散热装置。

背景技术

主变压器在运行过程中，由于电和磁的作用，其线圈和铁芯会发热，如不能及时将此热量带走，将导致主变烧毁甚至***的严重事故，因此必须通过主变内充满的变压器油流来冷却线圈和铁芯，而变压器油流带走的热量又需通过散热装置来进行热交换，冷却后的冷油流再进入主变压器进行冷却。

传统主变冷却方式主要为强制风冷、自然风冷及水冷三种，水冷虽然经济，效率也高，若冷却***中若发生冷却水向主变渗漏现象，哪怕是微小渗漏，也将导致严重后果，并且由于水的沸点100摄氏度，容易发生相间转变，对于设备***的稳定性有潜在的危险。

实用新型内容

本实用新型为解决现有技术稳定性、安全性不佳的缺陷，提供一种主变压器冷却散热装置。

本实用新型提供一种冷却散热装置，包括：主变压器、油泵以及和主变压器外部连接的列管式液态金属冷却器，所述主变压器内装有变压器油，所述列管式液态金属冷却器中设置冷却管道，所述变压器油通过油泵输送至列管式液态金属冷却器中，与冷却管道接触；所述冷却管道中装有液态金属。

其中，所述主变压器上部设置冷油进口和冷油进油阀，所述主变压器下部设置热油出口和热油出油阀，所述热油出口通过油泵与列管式液态金属冷却器的变压器油管路进口连接。

其中，所述装置还包括空冷器，所述空冷器与所述列管式液态金属冷却器外部连接。

其中，所述空冷器包括翅片。

其中，所述冷却管道连接驱动泵，所述驱动泵的进口与所述冷却管道的出口连接，所述驱动泵的出口与所述冷却管道的进口连接。

其中，所述驱动泵为电磁驱动泵。

其中，所述列管式液态金属冷却器带有预热装置。

其中，所述的液态金属为镓基合金、铟基合金、铋基合金、镓铟锡合金、钠钾合金、镓铟锡钠钾合金、水银镓铟锡合金和水银钠钾合金中的一种。

其中，所述镓基合金为镓基二元合金或镓基多元合金；所述铟基合金为铟铋铜合金或铟铋锡合金中的一种；所述铋基合金为铋铟锡合金或铋铟锡锌合金。

其中，所述液态金属还包括：

混有直径介于100nm至900nm的导热颗粒(如铜、金、银、金刚石)或者磁性颗粒(如四氧化三铁)。

本实用新型提供的主变压器冷却散热装置，主变压器中的变压器油通过油泵输送至列管式液态金属冷却器，变压器油在列管式液态金属冷却器中被以液态金属为冷媒的冷却管道冷却。与现有技术采用水冷相比，本实用新型采用的液态金属作为冷媒，冷却管道中采用的液态金属沸点通常大于2200℃，避免了液态冷媒在流动中压力的突然变化，降低因温度过高导致设备烧毁的可能性，从而提高了装置的可靠性和安全性，简化了设备的设计和制造，并进一步简化了设备的操作。

使用液态金属作为冷媒，表面张力比水更高，液体金属更不易泄漏，不需要重新充注。另外，液态金属在室温下蒸汽压力低、导热系数高、工作温度范围大，并且与氧气和水不易发生化学反应，种种优点令其能够在热交换中替代水。虽然液体金属相对成本较高，但由于其可循环利用，清洁无污染，不易泄漏，维护费用和处理费用远远低于水，从而使得液体金属换热器的运行成本低于水冷换热器。

附图说明

图1为根据本实用新型实施例提供的主变压器冷却散热装置示意图；

图中，1：主变压器；2：油泵；3：变压器油；4：列管式液态金属冷却器；5：液态金属；6：液态金属驱动泵；7：空冷器；8：冷却管道。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。

图1为根据本实用新型实施例提供的主变压器冷却散热装置示意图，如图1所示，该装置包括：

主变压器1、油泵2以及和主变压器外部连接的列管式液态金属冷却器4，所述主变压器内装有变压器油3，所述列管式液态金属冷却器4中设置冷却管道8，所述变压器油3通过油泵2输送至列管式液态金属冷却器4中，与冷却管道接触8；所述冷却管道8中装有液态金属5。

主变压器，简称主变，英文名：generator step-up transformer，简称GSUtransformer或者GSU。其功能就是为***通过所需等级电源的变压器。主变压器1内装有变压器油3，变压器油又称绝缘油，是指从石油炼制的天然径类混合物的矿物型绝缘油。它的主要成分是烷烃，环烷族饱和烃，芳香族不饱和烃等化合物。俗称方棚油，浅黄色透明液体，相对密度0.895。凝固点<-45℃。变压器油广泛应用于变压器类和断路器类等设备。

列管式液态金属冷却器4包括变压器油和冷却管道8，所述冷却管道8中装有液态金属5。主变压器1中的变压器油3通过油泵2输送至列管式液态金属冷却器4，所述变压器油3在列管式液态金属冷却器4中被以液态金属为冷媒的冷却管道冷却。所述油泵2用于将变压器油3输送至列管式液态金属冷却器8中并与冷却管道8接触.

本实用新型提供的主变压器冷却散热装置，主变压器中的变压器油通过油泵输送至列管式液态金属冷却器，变压器油在列管式液态金属冷却器中被以液态金属为冷媒的冷却管道冷却。与现有技术采用水冷相比，本实用新型采用的液态金属作为冷媒，冷却管道中采用的液态金属沸点通常大于2200℃，避免了液态冷媒在流动中压力的突然变化，降低因温度过高导致设备烧毁的可能性，从而提高了装置的可靠性和安全性，简化了设备的设计和制造，并进一步简化了设备的操作。

在上述实施例的基础上，所述主变压器1上部设置冷油进口和冷油进油阀，所述主变压器1下部设置热油出口和热油出油阀，所述热油出口通过油泵2与列管式液态金属冷却器4的变压器油管路进口连接。

具体地，主变压器1下部设置有热油出口和热油出油阀，油泵2将变压器油3从热油出口输送至列管式液态金属冷却器4的变压器油管路进口，变压器油3被以液态金属为冷媒的冷却管道8冷却后，从列管式液态金属冷却器4变压器油管路出口流至冷油进口。使用液态金属作为冷媒，避免了流动中压力的突然变化，而且因温度过高导致设备烧毁的可能性要低得多，从而提高了工作回路的可靠性和安全性。变压器油被冷却后回流至冷油进口，达到循环利用的效果。

在上述各实施例的基础上，本实用新型实施例提供的主变压器冷却散热装置还包括空冷器，所述空冷器与所述列管式液态金属冷却器外部连接。

空气冷却器是以环境空气作为冷却介质，横掠翅片管外，使管内高温工艺流体得到冷却或冷凝的设备，简称“空冷器”，也称“空气冷却式换热器”。空冷器也叫做翅片风机，常用它代替水冷式壳－管式换热器冷却介质。空冷器与列管式液态金属冷却器外部连接，液态金属5吸收变压器油中的热量后，在冷却管道8中循环流动将热量带至空冷器7处，通过风冷散热把热量带走，使液态金属温度降低进而继续参与循环散热。空冷器带有翅片，翅片是通常在需要进行热传递的换热装置表面通过增加导热性较强的金属片，增大换热装置的换热表面积，具有此功能的金属片称之为翅片。

在上述各实施例的基础上，冷却管道连接驱动泵，驱动泵的进口与冷却管道的出口连接，驱动泵的出口与冷却管道的进口连接。液态金属5吸收变压器油3中的热量后，通过驱动泵6驱动液态金属5在冷却管道8中循环流动将热量带至空冷器7处，通过风冷散热把热量带走，使液态金属温度降低进而继续参与循环散热。

在上述各实施例的基础上，所述驱动泵为电磁驱动泵。磁力驱动泵是将永磁联轴器的工作原理应用于离心泵的新产品，主要材料有不锈钢、增强聚丙稀，工程塑料。设计合理、工艺先进，具有全密封、无泄漏、耐腐蚀的特点，其性能达到国外同类产品的先进水平。磁力驱动泵常规分类：不锈钢磁力驱动泵，塑料磁力驱动泵，高温磁力驱动泵，自吸磁力驱动泵。由于电磁驱动泵无任何机械运动部件，因此冷却管道运行无机械损耗，效率高，功耗低，节能效果明显优于传统的水冷***，且无噪音。

在上述各实施例的基础上，所述列管式液态金属冷却器带有预热装置。在变压器油3从热油出口流入列管式液态金属冷却器4前，预热装置对列管式液态金属冷却器进行加热。预热装置能够削减温差，避免热冲击。

在上述各实施例的基础上，所述的液态金属为镓基合金、铟基合金、铋基合金、镓铟锡合金、钠钾合金、镓铟锡钠钾合金、水银镓铟锡合金和水银钠钾合金中的一种。

其中，所述镓基合金为镓基二元合金或镓基多元合金，例如镓铟合金或镓锡合金，铟基合金为铟铋铜合金或铟铋锡合金中的一种；铋基合金为铋铟锡合金或铋铟锡锌合金。

在上述各实施例的基础上，液态金属还包括：

混有直径介于100nm至900nm的导热颗粒(如铜、金、银、金刚石)或者磁性颗粒(如四氧化三铁)。

本实用新型实施例中可以使用的液态金属如下表所示：

液态金属	各组分质量分数	熔点
			镓铟锡合金	Ga：62％、In：25％、Sn：13％	11℃
镓铟合金	Ga：75.5％、In：24.5％	15.7℃
			镓锡合金	Ga：86.5％、Sn：13.5％	20.5℃
铟铋锡合金	In：51.5％、Bi：32％、Sn：16.5％	60℃
			铋铟合金	Bi：33.7％、In：66.3％	72℃
铟铋锡锌合金	In：26％、Bi：56％、Sn：17％、Zn：1％	79℃
			铋铟锡合金	Bi：54％、In：29.7％、Sn：16.3％	81℃
铟锡锌合金	In：52.2％、Sn：46％、Zn：1.8％	108℃
			铋锡合金	Bi：58％、Sn：42％	138℃

实施例1

本实施例中，液态金属为镓铟锡合金(其中各组分质量分数为Ga：62％、In：25％、Sn：13％)，其熔点为11℃。如图1所示，该装置包括主变压器1、油泵2以及列管式液态金属冷却器4，所述主变压器1内盛装有变压器油，所述主变压器1上部设置冷油进口和冷油进油阀，所述主变压器1下部设置有热油出口和热油出油阀，所述油泵2将热变压器油3从热油出口输送至列管式液态金属冷却器4的变压油管路进口，所述变压器油3被冷却管道8冷却后从列管式液态金属冷却器4的变压油管路出口流至冷油进口。该装置还包括空冷器7和驱动液态金属5在冷却管道8中循环的驱动泵6，所述空冷器7用于将液态金属5吸收的热变压器油3所产生的热量带走。由于电磁泵无任何机械运动部件，因此换热器运行无机械损耗，效率高，功耗低，节能效果明显优于传统的水冷***，且无噪音。

实施例2

本实施例中，液态金属为镓铟合金(其中各组分质量分数为Ga：75.5％、In：24.5％)，其熔点为15.7℃。如图1所示，该装置包括主变压器1、油泵2以及列管式液态金属冷却器4，所述主变压器1内盛装有变压器油，所述主变压器1上部设置冷油进口和冷油进油阀，所述主变压器1下部设置有热油出口和热油出油阀，所述油泵2将热变压器油3从热油出口输送至列管式液态金属冷却器4的变压油管路进口，所述变压器油3被冷却管道8冷却后从列管式液态金属冷却器4的变压油管路出口流至冷油进口。冷却管道8的出口与驱动泵6的进口连接，驱动泵6的出口与冷却管道8的进口连接，冷却管道8外部安装有冷却翅片，列管式液态金属冷却器4中液态金属5吸收变压油的热量后，通过驱动泵6驱动液态金属5在冷却管道8中循环将热量带至空冷器7处，通过风冷散热把热量带走，使液态金属温度降低进而继续参与循环散热。

实施例3

本实施例中，液态金属为镓锡合金(其中各组分质量分数为Ga：86.5％、Sn：13.5％)，其熔点为20.5℃。实施方法同实施例1。

实施例4

本实施例中，液态金属为铟铋锡合金(其中各组分质量分数为In：51.5％、Bi：32％、Sn：16.5％)，其熔点为60℃。实施方法同实施例1。

实施例5

本实施例中，液态金属为铋铟合金(其中各组分质量分数为Bi：33.7％、In：66.3％)，其熔点为72℃。实施方法同实施例1。

实施例6

本实施例中，液态金属为铟铋锡锌合金(其中各组分质量分数为In：26％、Bi：56％、Sn：17％、Zn：1％)，其熔点为79℃。实施方法同实施例2。

实施例7

本实施例中，液态金属为铋铟锡合金(其中各组分质量分数为Bi：54％、In：29.7％、Sn：16.3％)，其熔点为81℃。实施方法同实施例2。

实施例8

本实施例中，液态金属为铟锡锌合金(其中各组分质量分数为In：52.2％、Sn：46％、Zn：1.8％)，其熔点为108℃。实施方法同实施例2。

实施例9

本实施例中，液态金属为铋锡合金(其中各组分质量分数为Bi：58％、Sn：42％)，其熔点为138℃。实施方法同实施例2。

本实用新型提供的主变压器冷却散热装置，与现有技术采用水冷相比，本实用新型采用的液态金属作为冷媒，冷却管道中采用的液态金属沸点通常大于2200℃，液体金属在常温下是单相流体，工作压力始终保持低位，避免了液态冷媒在流动中压力的突然变化，降低因温度过高导致设备烧毁的可能性，从而提高了装置的可靠性和安全性，简化了设备的设计和制造，并进一步简化了设备的操作。虽然液体金属相对成本较高，但由于其可循环利用，清洁无污染，不易泄漏，维护费用和处理费用远远低于水，从而使得液体金属换热器的运行成本低于水冷换热器。

最后，本申请的方法仅为较佳的实施方案，并非用于限定本实用新型的保护范围。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种主变压器冷却散热装置，其特征在于，包括：

主变压器、油泵以及和主变压器外部连接的列管式液态金属冷却器，所述主变压器内装有变压器油，所述列管式液态金属冷却器中设置冷却管道，所述变压器油通过油泵输送至列管式液态金属冷却器中，与冷却管道接触；所述冷却管道中装有液态金属。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述主变压器上部设置冷油进口和冷油进油阀，所述主变压器下部设置热油出口和热油出油阀，所述热油出口通过油泵与列管式液态金属冷却器的变压器油管路进口连接。

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置还包括空冷器，所述空冷器与所述列管式液态金属冷却器外部连接。

4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述空冷器包括翅片。

5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述冷却管道连接驱动泵，所述驱动泵的进口与所述冷却管道的出口连接，所述驱动泵的出口与所述冷却管道的进口连接。

6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述驱动泵为电磁驱动泵。

7.根据权利要求1所述的装置，其特征在于列，所述列管式液态金属冷却器带有预热装置。

8.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述的液态金属为镓基合金、铟基合金、铋基合金、镓铟锡合金、钠钾合金、镓铟锡钠钾合金、水银镓铟锡合金和水银钠钾合金中的一种。

9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述镓基合金为镓基二元合金或镓基多元合金；所述铟基合金为铟铋铜合金或铟铋锡合金中的一种；所述铋基合金为铋铟锡合金或铋铟锡锌合金。

10.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述液态金属还包括：

混有直径介于100nm至900nm的导热颗粒或者磁性颗粒。