一種具有光伏變頻制冷功能的主變冷卻裝置及使用方法
【專利摘要】本發明包括一種具有光伏變頻制冷功能的主變冷卻裝置及使用方法，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冷卻裝置，冷卻裝置包括冷卻器、內置有冷媒的蒸發器及變頻制冷壓縮機，制冷裝置的供電源與電源控制器電性連接，電源控制器與貯能器及外接備用電源相連接，貯能器經光電轉換器與太陽能接收器相連接。本發明克服了傳統冷卻方式的缺陷，利用太陽能并通過光伏轉換提供給主變冷卻裝置工作所需的電能，耗能極低。還由于運用制冷系統，使主變冷卻效率得到很大提高，大幅降低主變銅、鐵損，極大改善主變運行狀況，與傳統主變冷卻方式相比，具有安全可靠、冷卻效率高、設備體積小、用油量少、耗能低、整體運行經濟等巨大優勢。
【專利說明】一種具有光伏變頻制冷功能的主變冷卻裝置及使用方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種具有光伏變頻制冷功能的主變冷卻裝置及使用方法。
【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來冷卻繞組和鐵芯，而變壓器油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主變本體進行冷卻。傳統主變冷卻方式主要為強制風冷、自然風冷及水冷三種，水冷雖然經濟，效率也高，但如冷卻系統中若發生冷卻水向主變滲漏現象，哪怕是微小滲漏，也將導致嚴重后果；自然風冷雖然能耗低，但因空氣熱焓低，使得主變冷卻效率低，主變、散熱器設備制造體積龐大，用油量多等缺點；強制風冷雖比自然風冷好些，但同樣的缺點依然明顯，且風機運轉維護工作量大，還需較多能耗。
【發明內容】
[0003]本發明的目的是提供一種具有光伏變頻制冷功能的主變冷卻裝置及運用，能安全、可靠、高效、經濟的帶走運行中主變產生的熱能，有力保障電力系統主變的安全、經濟運行。
[0004]本發明的具體實施方案是:一種具有光伏變頻制冷功能的主變冷卻裝置，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冷卻裝置，所述冷卻裝置包括冷卻器、內置有冷媒的蒸發器及變頻制冷壓縮機，所述變壓器主體下部的側壁設有主變出油閥，變壓器主體上部的側壁設有主變進油閥，所述主變出油閥經管路與蒸發器底部側壁的熱油進口相連接，所述蒸發器頂部側壁的冷油出口經管路與主變進油閥相連接，所述主變冷卻裝置所需的供電源與電源控制器電性連接，所述電源控制器與貯能器相連接，所述貯能器經光電轉換器與太陽能接收器相連接。
[0005]進一步的，所述蒸發器上端設有冷媒出口，下端設有冷媒進口，所述冷媒出口經管路與變頻制冷壓縮機相連接，所述制冷壓縮機與冷卻器相連接，所述冷卻器的出口端與蒸發器冷媒進口相連通。
[0006]進一步的，所述主變出油閥出口端設有變頻油泵及變頻油泵出油閥。
[0007]進一步的，所述冷卻器與蒸發器連接的管路上設有節流閥。
[0008]進一步的，所述變壓器主體內設有油溫在線測溫器，所述測溫器經控制模塊與變頻油泵和變頻制冷壓縮機相連接。
[0009]進一步的，所述太陽能接收器包括多片可翻轉的太陽能電池板，所述每片太陽能電池板下端套于轉軸上并貯能器相連接，所述貯能器內設有比較器，所述比較器根據各個太陽能電池板收集能量大小控制轉軸旋轉以實現各個太陽能電池板達到最大能量采集量。
[0010]進一步的，所述制冷裝置還連接有外接備用電源，電源控制器與貯能器及外接備用電源相連接以供當長期雨天光照不足時自動切換使用。[0011]本發明第二實施方案為:一種具有光伏變頻制冷功能的主變冷卻裝置的使用方法其特征在于:包括如權利要求5或6所述的一種具有光伏變頻制冷功能的主變冷卻裝置，具體使用方法步驟如下:
(O開啟太陽能接收器及變壓器主體下部出油閥和上部的進油閥；開啟制冷系統中蒸發器，開啟變頻油泵，使油流開始循環流動；
(2)開啟變頻制冷壓縮機，開始制冷工作；
(3)開啟控制模塊，控制模塊根據油溫在線監測溫裝置測量的油溫，進行智能分析運算，當主變內油溫上升到設定值時，控制模塊自動啟動變頻制冷壓縮機，油溫越高，控制模塊控制變頻制冷壓縮機頻率增加，增大出力，同時自動控制變頻油泵的頻率增加，增大油流循環量；當主變油溫降低時，控制模塊控制變頻制冷壓縮機頻率減少，減少出力，同時自動控制變頻油泵的頻率降低，減少油流循環量；當主變內油溫降到設定至以下范時，制冷系統停止工作，變頻油泵以最低負荷運行。
[0012]與現有技術相比，本發明具有以下有益效果:本發明克服了以上傳統冷卻方式的缺陷，運用智能光伏變頻制冷功能的主變冷卻裝置，利用太陽能并通過光伏轉換提供給主變冷卻裝置工作所需的電能，因此除了極少數時間使用備用電源外，耗能極低。還由于運用制冷系統，使主變冷卻效率得到很大提高，大幅降低主變銅、鐵損，極大改善主變運行狀況，與傳統主變冷卻方式相比，具有安全可靠、冷卻效率高、設備體積小、用油量少、耗能低、整體運行經濟等巨大優勢，是主變冷卻方式的革命性創新。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0013]圖1是本發明實施例的光伏轉換供電系統原理示意圖(Kl為電源控制開關，呈常開狀態；K2為另一電源控制開關,呈常閉狀態，Κ1、Κ2互為閉鎖)。
[0014]圖2是本發明實施例的控制模塊工作原理方框示意圖。
[0015]圖3是本發明實施例的主變油流冷卻循環系統流程示意圖。
圖4是本發明實施例的冷媒循環系統示意圖。
[0016]圖5是本發明實施例的主變冷卻裝置工作流程示意圖。
[0017]圖6是本發明實施例的太陽能接收器工作結構示意圖。
[0018]圖中:1_變頻制冷壓縮機；2_冷卻器進管；3_冷卻器；4_冷卻器風機；5_冷卻器出口 ；6_節流閥；7_蒸發器；8_蒸發器冷媒流程；9_蒸發器冷媒出口 ；10_主變出油閥；11-變頻油泵；12_變頻油泵出油閥；13_熱油進蒸發器流程；14-蒸發器內油流程；15-蒸發器油流程出口 ；16_主變進油閥；17_油溫在線測溫器，18-主變本體，19-太陽能電池板，20-電機，21-比較器。
【具體實施方式】
[0019]下面結合附圖和【具體實施方式】對本發明做進一步詳細的說明。
[0020]如圖1?6所示,本發明涉及一種具有光伏變頻制冷功能的主變冷卻裝置,包括內設有變壓器油的主變本體18、變頻制冷壓縮機1、蒸發器7、冷卻器3、節流閥6、變頻油泵
11、油溫在線測溫器17、控制模塊、備用電源以及系統連接的管道、閥門等組成，變壓器油與冷媒在蒸發器7中不直接接觸，而是走各自的流程，通過器壁進行熱交換。[0021]變壓器油流冷卻循環系統的連接及運行方式:
主變本體下部的側壁設有主變出油閥10，主變本體上部的側壁設有主變進油閥16，所述主變出油閥10經管路與蒸發器7底部側壁的熱油進口相連接，所述蒸發器7頂部側壁的冷油出口經管路與主變進油閥16相連接。
[0022]所述主變本體18內部充滿的變壓器油主要起到絕緣和冷卻作用，主變繞組和鐵芯由于在電、磁的作用下會發熱，如不及時將此熱量帶走，將導致主變燒毀甚至爆炸的嚴重事故。所述流動的冷變壓器油能將主變繞組、鐵芯產生的熱量帶走，油流自身被加熱而成為熱油流，熱油流在蒸發器中通過與低溫冷媒(低溫冷媒可以是SF6介質或其它合適的冷媒介質，包括混合冷媒等)的熱交換，其熱量被蒸發的冷媒帶走，而又成為冷油流，重新回到主變中對繞組和鐵芯進行冷卻，周而復始。
[0023]變頻制冷系統的連接及運行方式:
所述蒸發器7上端設有冷媒出口 9，下端設有冷媒進口，所述冷媒出口 9經管路與變頻制冷壓縮機I相連接，所述制冷壓縮機與冷卻器進管2相連接，所述冷卻器出口 5與冷媒進口相連通。
[0024]運行時，蒸發器7冷媒流程輸出低壓冷媒氣體，此低壓冷媒氣體通過變頻制冷壓縮機壓縮成高壓、高溫冷媒氣體后進入冷卻器3冷卻(本發明以風冷卻器為例說明，由于冷媒介質與油是間接熱交換，水分不會滲入變壓器油中，因此冷卻器還可以是水冷卻器)，在冷卻器3中高壓、高溫冷媒氣體被冷卻成高溫冷媒液體，高溫冷媒液體通過節流閥6的節流，至蒸發器7冷媒流程中節流蒸發，吸收大量熱油流中的熱量成為低壓冷媒氣體，又至變頻制冷壓縮機I中壓縮，以此反復循環。
[0025]變壓器油流冷卻循環系統及變頻制冷系統的控制方式:
變壓器本體18內設有油溫在線測溫器17，主變出油閥10出口端設有變頻油泵11及變頻油泵出油閥12。控制模塊電性連接于油溫在線測溫器17、變頻油泵11和變頻制冷壓縮機I。在線測溫器17實時將油溫數據傳送至控制模塊，控制模塊根據預先編程設置的程序對變頻油泵11、變頻制冷壓縮機I進行自動控制，控制模塊可以是PLC、單片機或其它形式的微機處理器。當油溫升高至設定值時，控制模塊啟動變頻制冷壓縮機，油溫越高，控制模塊控制變頻制冷壓縮機電機頻率增加，加大制冷量，同時控制變頻油泵增大循環量，以降低油溫，反之亦然，當油溫降低至設置溫度以下時，控制模塊自動關閉變頻制冷壓縮機，同時減少變頻油泵的油循環量。
[0026]變壓器冷卻裝置的能源供應:
所述光伏轉換供電系統包括有:太陽能接收器、光電轉換器、貯能器、電源控制器、備用電源等組成。所述制冷裝置與電源控制器及備用電源電性連接，所述電源控制器還與貯能器相連接，所述貯能器經光電轉換器與太陽能接收器相連接。
[0027]由太陽能接收器接收到的太陽能，通過光電轉換器將太陽能轉化為電能并貯存在貯能器中，電源控制器能將光伏電源轉化為可供主變冷卻裝置工作的電能。光伏轉換供電系統電性連接于備用電源，當遇到夜晚或長期陰雨天，而主變油溫又超過設定值，此時如光伏轉換供電系統供電不足，自動啟動備用電源以補充冷卻裝置供電的不足。正常情況下，備用電源平常處關閉狀態，只有當光伏轉換供電系統供電不足時，備用電源才自動開啟。一般在白晝有陽光時，光伏轉換供電系統能提供充足的電力，而夜晚和陰雨天氣溫低，主變本身被大氣環境所冷卻，所需的制冷量也小，因此啟動備用電源的幾率較小。
[0028]為了保證太陽能接收器的儲能效率，本發明還設計了一種具有自動調控太陽能板朝向的裝置，太陽能接收器包括多片可翻轉的太陽能電池板，所述每片太陽能電池板下端設有軸套，軸套套于轉軸上并貯能器相連接，轉軸由電機控制轉動，所述貯能器內設有比較器，所述比較器與電機及控制系統連接，比較器根據各個太陽能電池板收集能量大小控制轉軸旋轉以實現調節各個太陽能電池板的角度，使不同角度的太陽能電池板調整至與最大儲能太陽能電池板相同的角度，以達到太陽能接收器最大儲能量。
工作時，變壓器油去冷卻主變繞組由于電流作用產生的熱量，熱的油流流至蒸發器被冷媒冷卻后又回到主變內冷卻。其具體使用方法步驟如下:1、啟動光伏供電系統；開啟主變下部出油閥10和上部的進油閥16 ;2、開啟制冷系統中蒸發器7中的油流流程14 ;3、開啟變頻油泵11，此時油流開始循環流動；4、開啟制冷系統中蒸發器7中的冷媒流程8、節流閥
6、冷卻器3、冷卻器風機4 ;5、啟動變頻制冷壓縮機I，開始制冷工作。6、開啟控制t旲塊，控制模塊根據油溫在線監測器17測量的油溫，進行智能分析運算，當主變內油溫上升到設定值時，控制模塊自動啟動變頻制冷壓縮機1，油溫越高，控制模塊控制變頻制冷壓縮機I的頻率增加，增大出力，同時自動控制變頻油泵11的頻率增加，增大油流循環量；7、當主變油溫降低時，以上自動控制反之；8、當主變內油溫降到設定值以下時，制冷系統停止工作，變頻油泵11以最低負荷運行(可以是多臺變頻油泵中僅輪流開一臺并以最低負荷運行);9、以上主變冷卻裝置的運行由光伏轉換供電系統供電，備用電源平常處關閉狀態，只有當光伏轉換供電系統供電不足時，備用電源才自動開啟，以保證主變冷卻裝置的正常運行。
[0029]以上所述僅為本發明的較佳實施例，凡依本發明申請專利范圍所做的均等變化與修飾，皆應屬本發明的涵蓋范圍。
【權利要求】
1.一種具有光伏變頻制冷功能的主變冷卻裝置，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冷卻裝置，所述冷卻裝置包括冷卻器、內置有冷媒的蒸發器及變頻制冷壓縮機，所述變壓器主體下部的側壁設有主變出油閥，變壓器主體上部的側壁設有主變進油閥，所述主變出油閥經管路與蒸發器底部側壁的熱油進口相連接，所述蒸發器頂部側壁的冷油出口經管路與主變進油閥相連接，所述主變冷卻裝置所需的供電源與電源控制器電性連接，所述電源控制器與貯能器相連接，所述貯能器經光電轉換器與太陽能接收器相連接。
2.根據權利要求1所述的一種具有光伏變頻制冷功能的主變冷卻裝置，所述蒸發器上端設有冷媒出口，下端設有冷媒進口，所述冷媒出口經管路與變頻制冷壓縮機相連接，所述制冷壓縮機與冷卻器相連接，所述冷卻器的出口端與冷媒進口相連通。
3.根據權利要求2所述的一種具有光伏變頻制冷功能的主變冷卻裝置，所述主變出油閥出口端設有變頻油泵及變頻油泵出油閥。
4.根據權利要求3所述的一種具有光伏變頻制冷功能的主變冷卻裝置，所述冷卻器與蒸發器連接的管路上設有節流閥。
5.根據權利要求4所述的一種具有光伏變頻制冷功能的主變冷卻裝置，所述變壓器主體內設有油溫在線測溫器，所述測溫器經控制模塊與變頻油泵和變頻制冷壓縮機相連接。
6.根據權利要求5所述的一種具有光伏變頻制冷功能的主變冷卻裝置，所述太陽能接收器包括多片可翻轉的太陽能電池板，所述每片太陽能電池板下端套于轉軸上并貯能器相連接，所述貯能器內設有比較器，所述比較器根據各個太陽能電池板收集能量大小控制轉軸旋轉以實現各個太陽能電池板達到最大能量采集量。
7.根據權利要求1所述的一種具有光伏變頻制冷功能的主變冷卻裝置，所述制冷裝置還連接有外接備用電源，電源控制器與貯能器及外接備用電源相連接以供當長期雨天光照不足時自動切換使用。
8.一種具有光伏變頻制冷功能的主變冷卻裝置的使用方法其特征在于:包括如權利要求5或6所述的一種具有光伏變頻制冷功能的主變冷卻裝置，具體使用方法步驟如下: (1)、開啟太陽能接收器及變壓器主體下部出油閥和上部的進油閥；開啟制冷系統中蒸發器，開啟變頻油泵，使油流開始循環流動； (2)開啟變頻制冷壓縮機，開始制冷工作； (3)開啟控制模塊，控制模塊根據油溫在線監測溫裝置測量的油溫，進行智能分析運算，當主變內油溫上升到設定值時，控制模塊自動啟動變頻制冷壓縮機，油溫越高，控制模塊控制變頻制冷壓縮機頻率增加，增大出力，同時自動控制變頻油泵的頻率增加，增大油流循環量；當主變油溫降低時，控制模塊控制變頻制冷壓縮機頻率減少，減少出力，同時自動控制變頻油泵的頻率降低，減少油流循環量；當主變內油溫降到設定至以下范時，制冷系統停止工作，變頻油泵以最低負荷運行。
【文檔編號】H01F27/08GK104008855SQ201410191215
【公開日】2014年8月27日 申請日期:2014年5月8日 優先權日:2014年5月8日
【發明者】林曉銘, 陳玉樹, 張孔林, 陸鴻, 宋仕江, 黃種桑, 施廣宇, 鄭東升, 鄭良根, 連鴻松, 陳君, 林榮輝 申請人:國家電網公司, 國網福建省電力有限公司, 國網福建省電力有限公司南平供電公司, 國網福建省電力有限公司邵武市供電公司, 林曉銘, 林舒妍