[发明专利]一种液氮强冷变压器及其制冷方法

说明书

技术领域

本发明属于变压器冷却系统，尤其是涉及一种利用液态氮强制制冷的液氮强冷变压器及其制冷方法。

背景技术

变压器是生产生活中常用的电器设备，主要有升降电压、匹配阻抗和安全隔离等功能。按冷却方式分，变压器可分为干式变压器和油浸式变压器，其中，干式变压器是依靠空气对流进行自然冷却或增加风机冷却，多用于高层建筑、高速收费站点用电及局部照明、电子线路等小容量变压器；油浸式变压器主要是依靠油作冷却介质，如油浸自冷、油浸风冷、油浸水冷、强迫油循环等方式，达到降低变压器油油温的目的。

一般变压器内部有铁芯和绕组线圈，对于油浸式变压器来说，变压器箱内还装有变压器油，变压器油大多采用矿物绝缘油，主要以下几种作用：1）绝缘作用：变压器油具有比空气高得多的绝缘强度。绝缘材料浸在油中，不仅可提高绝缘强度，而且还可免受潮气的侵蚀；2）散热作用：变压器油的比热大，常用作冷却剂，变压器运行时产生的热量使靠近铁芯和绕组的油受热膨胀上升，通过油的上下对流，热量通过散热器散出，保证变压器正常运行；3）消弧作用：在油断路器和变压器的有载调压开关上，触头切换时会产生电弧。由于变压器油导热性能好，且在电弧的高温作用下能分触了大量气体，产生较大压力，从而提高了介质的灭弧性能，使电弧很快熄灭。

在散热过程中，变压器油会吸收大量热量，若变压器油过热，会影响变压器的正常使用，因而还需要通过其他方式对变压器油进行冷却，常规变压器冷却系统多采取水冷热交换或利用散热片油循环自冷的方式进行，但是两种冷却方式的冷却效率都较差，现提供一种水冷热交换变压器冷却系统，如公告号为：CN202917292U的中国实用新型提供的一种新型水冷变压器，所述的冷却装置由空腔板块构成，所述的空腔板块下端设有进水嘴、上端设有出水嘴，所述的空腔板块嵌入式包围安装在变压器主体中的初级线圈与次级线圈之间。该水冷变压器采用水冷热交换原理来降低变压器油的油温，但是水的临界温度较高，常温下水为液态，吸收以及热交换的热量就较少，吸热效率较差，为保证冷却效率，就需要大量液态水，这又增大了生产成本，延长了冷却时间，若降低水的温度，众所周知，水在零摄氏度以下将会凝结成冰，固态冰移动不便，容易造成堵塞，不适于作为冷却剂使用，因而水冷热交换冷却方式存在一定的局限性。

发明内容

本发明主要是针对现有变压器油水冷热交换冷却方式所存在的成本高、热交换效率低，冷却时间较长的问题，提供一种可循环使用，成本较低、热交换效率高，冷却时间短的液氮强冷变压器及其制冷方法。

本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：一种液氮强冷变压器，包括装有变压器油的变压器油箱，变压器油箱内设有铁芯，铁芯外部连接有变压器绕组线圈，其还包括装有液态氮的液态氮箱，液态氮箱上连接有液氮引出管，变压器油箱上连接有气氮出口管，变压器油箱内沿着箱体内壁盘绕有蒸发管，蒸发管的一端与液氮引出管连通，另一端与气氮出口管连通，气氮出口管上依次设有液氮压缩机、冷凝器和节流阀，气氮出口管的末端伸入液态氮箱的内部，变压器油箱内设有温度感应器，液氮引出管上设有与温度感应器电连接的保温电磁阀。本发明将冷却介质由常规液态水，更换成液态氮，由于液态氮的温度在零下-196度，沸点-195.8度，临界温度-147度，临界压力3.39Mpa，与液态水相比，液态氮具有很低的温度，在冷却过程中能够更好的吸收热量，热交换效率较高，冷却时间短，另外液态氮的特性为无色无味、不易燃烧、不会爆炸，是变压器油比较理想的冷却介质。保温电磁阀的作用是当温度感应器测到设定的温度时，自动打开保温电磁阀，液态氮流入变压器油箱，对变压器油箱内变压器油进行冷却。变压器油箱底部设置由一圈铜管构成的蒸发管，蒸发管的出口与入口的方向相同，蒸发管的出口设在变压器油箱的上部，蒸发管的出口与液氮引出管连通，蒸发管的入口与气氮出口管连通，最后接入液氮压缩机，把液气化后的气体吸入压缩机，经压缩机压缩后进入冷凝器，冷凝器到液态氮箱之间设置由细铜管构成的节流阀，使气态氮还原为液态氮进入液态箱，进入下一个冷却循环。