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变压器自然循环热管分体散热新技术点击：1848 日期：[ 2014-04-26 22:21:16 ] |
| 变压器自然循环热管分体散热新技术 曾庆赣 孙 兵 （上海科宏变电设备有限公司， 上海 ２００２３３） 摘要： 概述了电力变压器散热技术发展趋势， 介绍了分体式热管原理， 提出了自然循环热管分体散热新技术。 关键词： 变压器； 散热； 热管； 技术 中图分类号： ＴＭ４０２ 文献标识码： Ｂ 文章编号： １００１－ ８４２５（２００７）０６－ ００６９－ ０４ １ 绪论 室内变压器或地下变压器散热技术的发展趋势是自然油循环、自然风冷、节约资源、隔噪静音、减少占地、本质安全和环境良好。上海市正在编制《变电站环境保护设计规范》标准， 提出了变电站环境评价、噪声降低、电磁辐射护、地下变电站建造等要求。正是为适应这种发展趋势， 笔者提出了采用分离式热管进行变压器自然循环分体散热的新技术。 ２ 分体式热管 热管是一种热阻很小、热传导能力极高的封闭管子， 俗称热超导管。与相同尺寸的金属银棒比较，其热传导能力超过银棒的 １００ 倍以上。 典型的重力热管结构如图 １ 所示， 在两端密封并抽成真空的管子内注入适量工作介质， 如丙酮、乙醇和纯水等， 真空条件下的介质在蒸发段吸热汽化成蒸汽， 蒸汽高速抵达冷凝段后放热冷凝成液体， 冷凝的液体在重力的作用下沿管壁回流到蒸发段。热管就是利用真空中工作介质的蒸发吸热和冷凝放热，如此往复不止， 将巨大的热量通过一个很小截面的管道， 由蒸发段高效传递至冷凝段。这种重力热管， 只能沿重力相反的方向传递热量。 对非重力热管， 管内还包括毛细吸液芯， 冷凝液体主要是靠吸液芯的毛细作用回流， 因此毛细芯热管可在失重条件下工作， 其传热方向不受重力的限制。 在上述重力热管工作原理基础上， 分离式重力热管的吸热器（ 蒸发段） 和散热器（ 冷凝段） 分开布置， 通过输汽管和回液管连接成回路， 吸热器产生的蒸汽经输汽管传送到散热器， 散热器产生的冷凝液体经回液管送回到吸热器， 实现远距离高效传热和散热。分离式重力热管原理图如图 ２ 所示。 ３ 自然循环热管分体散热变压器 图 ２ 也是自然循环热管分体散热变压器原理图， 它包括变压器、分离式热管和换热器。变压器油箱与换热器的热源箱连通， 变压器油为换热器的热源， 换热器的热汇箱亦作为分离式热管的吸热器， 热汇箱中的吸热介质亦是热管的工作介质。热汇箱中的吸热介质吸收变压器油中热量并产生蒸汽， 蒸汽经输汽管传输到散热器并散热冷凝为液体， 冷凝液体在重力作用下， 经回液管返回吸热器， 完成吸热散热、汽化冷凝和输汽回液的循环过程， 实现将变压器的发热移位到远处的散热器散发的目的。上述散热循环过程中， 热管工作介质循环流动是靠重力， 无需循环泵， 节约能源， 无噪声； 同时热管介质与变压器油隔离， 对变压器油无影响， 安全可靠。 图 ３ 是自然循环热管分体散热变压器布置图。热管散热器为置顶式安装， 优点是减少变压器占地面积， 可降低变电站工程造价， 且非常适应变电站增容扩建。自然油循环和自然风冷， 不产生散热噪声，同时省去散热的循环驱动电能， 无需散热水源， 具有节约资源的优点。热管分体散热技术较好地解决了变压器分体散热难题。在不增加变压器油压、不改变变压器原有技术和可靠性前提下， 可完全隔离变压器产生的噪声， 显著地改善变电站周围环境。 根据市场调查， 自然循环热管分体散热变压器的市场需求主要有三方面： 新建变电站、变电站环境改造和变电站增容扩建。 热管散热器采用自然通风散热， 为钢管铝翅结构， 钢管水平放置， 铝翅及散热气道与地面垂直， 特别适应自然通风散热。散热器进汽口要高于出液口，以实现冷凝液体在重力作用下自然循环流动。图 ４为钢管铝翅热管散热器外形。 ５０， ６３， ８０， １００ｋＷ 热管换热器和热管散热器尺寸如表 １。 ４ 技术经济分析 以 ４０ ０００ｋＶＡ／１１０ｋＶ 变压器为例， 变压器总发热量为 ２１０ｋＷ， 传统变压器片式油散热器为 ２０ 组２２ 片（０．５２ｍ×２．０ｍ） 散热片， 共需钢材为 ９ ３５０ｋｇ，变压器油为 ３ ５００ｋｇ， 直接材料成本为 ８．２６ 万元。热管散热器需用 ４２０ 根Φ２５ｍｍ×１．５ｍｍ（ 壁厚） ×４ｍ（ 长度） 钢铝复合散热管， 共需钢为 １ ６３６ｋｇ， 铝为 １７２０ｋｇ， 金属材料成本为 ７．６６ 万元， 热管换热器材料成本约为 ２．０ 万元， 共计 ９．６６ 万元。４０ ０００ｋＶＡ 变压器散热方案比较如表 ２ 所示。 一台 ４０ ０００ｋＶＡ 变压器自然风冷片式油散热器占地面积约为 ５０ｍ２， 采用置顶式热管散热器的分体散热方法， 将减少占地面积约 ５０ｍ２， 节约土地费用约 ５０ 万元。 由上述对比分析， 分离式热管自然循环散热变压器具有非常显著的环保、技术、经济效益。 ５ 试验验证 小型 ６００Ｗ 的重力热管散热器试验数据如表３。试品散热器热管直径为 ２５ｍｍ， 热管长度为 ２．５ｍ（１ｍ 为吸热段长度， １．２ｍ 为散热段长度， ０．３ｍ 为绝热段长度）， 散热翅片外径为 １２０ｍｍ。试验记录了变压器温度、环境空气温度、变压器总热量， 从而获得在自然通风散热条件下， 热管的散热功率。 一台 ４０ｋＷ 自然循环热管分体散热装置 ＬＨＲ－４０ 经试验室测定， 散热装置达到标准要求的额定散热功率。热管分体散热装置技术参数如下： 额定散热功率： ４０ｋＷ （ 进口油温与冷却空气温度差 ５０℃）； 最高环境温度： ４５℃； 最低环境温度： － ２５℃； 海拔高度： １ ０００ｍ； 换热器循环方式： 自然油循环； 散热器循环方式： 自然空气对流； 装置噪声（声压）： ４０ｄＢ（Ａ）； 试验测得散热装置的加热功率、各点温度如表４ 所示。 自然循环热管散热装置测试系统示意如图 ５ 所示。 通过对 ４０ｋＷ 自然循环热管分体散热装置性能试验以及对数据分析， 在自然油流循环和自然空气对流循环以及测试现场气象条件下， 得出如下试验结果： （１）在试验现场气象工况条件下， 整机总散热功率为 ４３．６ｋＷ， 扣除换热器空载的耗散功率， 实际散热器散热功率为 ４０．８ｋＷ。 （２）试验装置运行时， 装置对外界无附加噪声产生。 （３）被测件性能达到预计设计指标。 ６ 结论 （１） 变压器自然循环热管分体散热具有隔离噪声、改善环境、节电、节水的优点。 （２）采用置顶式散热器布置， 不增加变压器油压，保证变压器原有结构不变， 减少 ５０％变压器占地。 （３） 试验结果表明， 该技术经济先进、分体散热技术可行。 |
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