Устройство для охлаждения масляного трансформатора
OIL TRANSFORMER COOLING DEVICE

Изобретение относится к области электротехники и предназначено для охлаждения силовых масляных трансформаторов.
Известна установка для охлаждения масляного трансформатора, содержащая емкость, заполненную элегазом, компрессор, подключенный к источнику электрической энергии, трубки с равномерно расположенными на них клапанами-распределителями, размещенные в нижней части бака, бак-расширитель, фильтры тонкой и грубой очистки. Для повышения эффективности охлаждения активной части трансформатора через масло с помощью компрессора прокачивается (барботируется) элегаз. [Хисматуллин А.С., Баширов М.Г., Хуснутдинова И.Г. Применение барботажа в системе охлаждения силовых трансформаторов //Транспорт и хранение нефтепродуктов и углеводородного сырья, 2014. №3. С. 29-32 URL: http://elibrary.ru/item.asp?id=22660330].
Недостатком аналога является низкая эффективность охлаждения активной части трансформатора в летнее время года, когда средняя температура окружающего воздуха находится в пределах 25-32°С, а температура активной части трансформатора увеличивается до 50-70°С. В процессе охлаждения активной части трансформатора температура элегаза тоже повышается и не может быть охлаждена ниже температуры окружающего воздуха.
Наиболее близким по технической сути и достигаемому результату является установка элегазово-водяного охлаждения масляного трансформатора [патент РФ на изобретение №2717230, опубл. 19.03.2020. бюл. №8], содержащая компрессор, подключенный к источнику электрической энергии, последовательно соединенную трубками циркулирующую систему, заполненную элегазом, содержащую фильтры грубой и тонкой очистки, фильтр грубой очистки имеет устройство вращения вала с фильтрующим элементом, расположенного внутри фильтра грубой очистки, подключенное к щиту управления. Устройство охлаждения масляного трансформатора содержит змеевик, обвитый по наружной поверхности трубы системы холодного водоснабжения, а потом проходящий прямолинейно во внутренней части трубопровода.
Основным недостатком прототипа является то, что требуется дополнительное электропитание электронасоса для полного обхода элегаза через систему охлаждения. В прототипе не хватает системы автоматического управления, регулирующей открытие и закрытие задвижек, получая сигнал с контроллеров в зависимости от заданных параметров.
Задачей изобретения является создание устройства для охлаждения масляного трансформатора с достижением следующего технического результата: повышение регулируемой эффективности охлаждения масляного трансформатора при длительных и кратковременных перегрузках в летнее время года для предотвращения отказов и необоснованных отключений трансформатора.
Поставленная задача решается тем, что в устройстве охлаждения масляного трансформатора, содержащем компрессор, подключенный к источнику электрической энергии, последовательно соединенную трубками циркулирующую систему, заполненную элегазом, содержащую фильтры грубой и тонкой очистки, причем фильтр грубой очистки имеет устройство вращения вала с фильтрующим элементом, расположенного внутри фильтра грубой очистки, подключенное к щиту управления. Согласно изобретению устройство охлаждения масляного трансформатора содержит две ступени охлаждения: первая ступень - воздушный змеевик, находящийся над масляным трансформатором (после фильтров), вторая ступень - теплообменник, обвитый по наружной поверхности трубы системы холодного водоснабжения, а потом проходящий прямолинейно во внутренней части трубопровода. При этом устройство снабжено системой автоматического регулирования, к которой поступают данные с термопар, установленных в верхней части резервуара с трансформаторным маслом и с фильтра грубой очистки.
На фигуре изображено устройство для охлаждения масляного трансформатора.
Устройство для охлаждения масляного трансформатора содержит последовательно соединенные трубками систему, в которую входит трансформатор 1, фильтр 2 грубой очистки, имеющий устройство, подключенное к щиту управления, которое при высоком давлении включает привод, фильтры 3 тонкой очистки, насос 4, охлаждение первой ступени -воздушный змеевик 5 и второй ступени - трубопровод 6 системы холодного водоснабжения, вокруг которого обвит теплообменник 7, который обвивается. обвит по наружной поверхности трубы, с целью создания противоточного теплообмена, а потом проходит прямолинейно во внутренней части трубопровода, систему 8 автоматического управления, регулирующую открытие и закрытие задвижек, получая сигнал с контроллеров в зависимости от заданных параметров. Вся описанная конструкция заполнена элегазом, выступающим в качестве теплоносителя.
Устройство для охлаждения масляного трансформатора работает следующим образом. Элегаз, находящийся в системе циркуляции охлаждения трансформатора, после выполнения требуемой им задачи, поступает на первую ступень охлаждения - в воздушный змеевик 5, и при необходимости попадает в теплообменник 7, обвитый вокруг трубопровода 6 центральной системы холодного водоснабжения. За открытием соответствующих задвижек отвечает система 8 автоматического управления, принцип работы которой заключается в контроле температуры масла в трансформаторе: при повышении температуры до 30°С срабатывает насос, перекачивающий элегаз, и первая ступень охлаждения, и при дальнейшем увеличении температуры до 50°С подключается и вторая ступень охлаждения, при дальнейшем повышении температуры отключается нагрузка до полного охлаждения масляного трансформатора. При понижении температуры ниже 50°С вторая ступень охлаждения отключается, при понижении температуры ниже 30°С насос, перекачивающий элегаз, и первая ступень охлаждения отключаются.
Находясь в контакте с хладоносителем, элегаз остывает до температуры, необходимой для охлаждения трансформатора. После остывания, элегаз, проходя по внутренней части трубопровода водоснабжения, поступает к трансформатору 1, что образует циркулирующую систему охлаждения трансформатора. Насос 4 регулирует скорость подачи элегаза в системе в зависимости от степени остывания элегаза.
Повышение регулируемой эффективности охлаждения масляного трансформатора при длительных и кратковременных перегрузках в летнее время года для предотвращения отказов и необоснованных отключений трансформатора достигается за счет наличия двухступенчатой системы охлаждения. Элегаз, охлаждающий масляный трансформатор, охлаждается на первой, ступени змеевиками, а потом, если охлаждение недостаточно, охлаждается на второй ступени трубопроводом проточной холодной воды, подключенной к центральной системе водоснабжения, вначале обвиваясь по наружной поверхности трубы, с целью создания противоточного теплообмена, а потом проходит прямолинейно во внутренней части трубопровода.
Увеличение коэффициента теплообмена нагревающегося масла в трансформаторе осуществляется за счет циркуляции барботируемого элегаза (SF6) через пространство, заполненного маслом. При наличии всплывающих пузырьков элегаза возникает сложное поле скоростей, в котором условно можно выделить слои, смещающиеся относительно друг друга. Максимальное смещение слоя происходит при его нахождении на уровне центра пузырька. Процесс теплообмена между слоями приводит к тому, что возникает перенос тепла за счет трансцилляторной составляющей. Устройство охлаждения включается в тот момент, когда окружающая среда не справляется с охлаждением. Процесс охлаждения самого элегаза, происходит посредством обвивания теплообменника 7 вокруг трубопровода 6 проточной холодной воды центральной системы водоснабжения, путем противоточного теплообмена. Вначале теплообменник 7 обвивается по наружной поверхности трубы, с целью создания противоточного теплообмена, а потом проходит прямолинейно во внутренней части трубопровода 6. Происходит циркуляция данного газа, позволяющая поддерживать температуру масляного трансформатора на требуемом значении. Анализируя явление трансцилляторного переноса тепла, можно установить, что система охлаждения силового масляного трансформатора с использованием всплывающих пузырьков элегаза позволяет повысить эффективность охлаждения обмоток при перегрузках.
Теплосъем с активной части трансформатора осуществляется трансформаторным маслом с циркулирующим в нем элегазом (барботирование элегаза). При этом существенно повышается эффективность охлаждения активной части трансформатора.
Основным преимуществом данного устройства является то, что процесс охлаждения элегаза, требует питания только компрессора. Естественный противоточный теплообмен не требует питания и работает по следующему принципу: система теплообменника, в котором горячий (элегаз) и холодный (холодная вода центральной системы водоснабжения) теплоносители движутся навстречу друг другу по трубам. При взаимодействии теплоносителей происходит теплообмен, в ходе которого охлаждающая среда не значительно нагревается, в виду того, что холодный теплоноситель-постоянно находится в движении, а горячий теплоноситель охлаждается до температуры охлаждающей среды.