一种适用于变电站的余热利用系统及其工作方法与流程

1.本发明涉及变电站技术领域，特别涉及一种适用于变电站的余热利用系统及其工作方法。

背景技术：

2.本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术，并不必然构成现有技术。
3.在冬季温度较低的区域，变电站的室内工作场所需要供热。由于大型变电站多建于郊外，其供暖热源的主要形式有燃煤锅炉、电锅炉、电暖气等。如果可以将变电站变压器余热回收利用的技术用于变电站的供暖，既可以解决变电站冬季采暖的问题，又减少环境污染，同时降低了变压器的绝缘油温，达到防止变压器内部线圈温度过高造成变压器绝缘老化发生故障的问题，延长了其使用寿命。
4.为充分利用变压器产生的热量，申请号为201520180407.7，公布日为2015.11.11的发明专利“电力变压器散热片余热利用装置”中的换热器由若干散热片串联组成，其空心导流管道内部通水、外部通绝缘油，达到充分利用余热的效果。申请号为201520098703.2，公布日为2015.08.26的发明专利“一种基于电力变压器损耗的变电站房屋供热系统”利用变压器绝缘油的热量作为低温热水地板辐射散热器的热量来进行变电站冬季供暖。申请号为201721852551.6，公布日为2018.07.13的发明专利“变电所余热回收装置”和申请号为201721839251.4，公布日为2018.08.21的发明专利“吊装式变电所余热回收装置”利用空气源热泵系统以供变电站内的热水需求。
5.根据上述专利分析，为满足供给变电站内供暖或生活等热量需求，对变电站余热利用的最佳手段是利用变电站内热空气或变压器绝缘油作为热源。但考虑到大型变电站变压器设在室外，以及利用室内热空气的热损失高于利用变压器绝缘油，因此，对变压器绝缘油热量的利用可获得更高的效率。在冬季温度较低的地区，冬季室外温度可达到零下30℃，而变压器使用的#25变压器油的凝固点在零下25℃，因此，在冬季温度较低的地区室外温度较低时变压器绝缘油流动缓慢易凝固，仅使用变压器绝缘油作为热源将无法满足热泵需求。而使用介质水进行换热，冬季温度低于0℃时会出现结冰现象导致不能长期换热。
6.综上分析，变电站内变压器的余热的利用是电力传输系统节能减排的重要环节，具有广泛的应用前景，能够提高电网能源节约、缓解电力供应。因此，有必要充分利用变电站余热、提高能源利用效率。

技术实现要素：

7.为了解决现有技术的不足，本发明提供了一种适用于变电站的余热利用系统及其工作方法，利用变电站变压器绝缘油作为低温热源，经过热泵将温度提升后，通过空调系统供给变电站冬季供热，降低了空调系统能耗，实现了低温低品的热能的有效利用，达到了节能减排的效果。
8.为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
9.本发明第一方面提供了一种适用于变电站的余热利用系统。
10.一种适用于变电站的余热利用系统，包括变压器、强制循环油泵、油-水钎焊板式换热器、油-防冻液钎焊板式换热器、水源室外换热器、防冻液源室外换热器和热泵空调系统；
11.所述变压器的输出端连接所述强制循环油泵的输入端；
12.所述强制循环油泵的输出端通过不同的阀门分别连接油-水钎焊板式换热器和油-防冻液钎焊板式换热器的第一输入端；
13.所述连接油-水钎焊板式换热器和油-防冻液钎焊板式换热器的第一输出端分别连接至水源室外换热器和防冻液源室外换热器的第一输入端；
14.所述水源室外换热器和防冻液源室外换热器的第一输出端均连接至热泵空调系统的输入端；水源室外换热器和防冻液源室外换热器的第二输出端分别连接至所述油-水钎焊板式换热器和油-防冻液钎焊板式换热器的第二输入端；
15.所述热泵空调系统的输出端通过不同的阀门分别连接至水源室外换热器和防冻液源室外换热器的第二输入端。
16.进一步地，所述防冻液源室外换热器的第二输出端通过防冻液泵连接至油-水钎焊板式换热器的第二输入端。
17.进一步地，所述水源室外换热器的第二输出端通过水泵连接至油-水钎焊板式换热器。
18.进一步地，所述油-水钎焊板式换热器和油-防冻液钎焊板式换热器的第二输出端均连接至变压器的输入端。
19.进一步地，所述变压器、强制循环油泵、油-水钎焊板式换热器和油-防冻液钎焊板式换热器之间通过绝缘油管连接。
20.进一步地，所述热泵空调系统包括压缩机和室内换热器；
21.所述水源室外换热器和防冻液源室外换热器的第一输出端均通过所述压缩机连接至所述室内换热器的输入端。
22.进一步地，所述室内换热器的一侧放置风机。
23.进一步地，所述热泵空调系统还包括节流装置；
24.所述室内换热器的输入端通过所述节流装置连接至水源室外换热器和防冻液源室外换热器的第二输入端。
25.进一步地，所述压缩机、室内换热器、节流装置、水源室外换热器和防冻液源室外换热器之间通过循环工质管连接。
26.本发明第二方面提供了如第一方面所述一种适用于变电站的余热利用系统的工作方法，包括如下步骤：
27.当温度高于设定值时，由变压器流出的绝缘油经过强制油循环泵进入油-水钎焊板式换热器，通过绝缘油和水换热使水温升高，吸热后的水流入水源室外换热器中与热泵空调系统中的循环工质进行换热；
28.当温度低于设定值时时，由变压器流出的温绝缘油经过强制油循环泵进入油-防冻液钎焊板式换热器，通过绝缘油和防冻液换热使防冻液温度升高，吸热后的防冻液流入防冻液室外换热器中与热泵空调系统中的循环工质进行换热。
29.与现有技术相比，本发明的有益效果是：
30.本发明所述的一种适用于变电站的余热利用系统，其利用变电站变压器绝缘油作为低温热源，经过热泵将温度提升后，通过空调系统供给变电站冬季供热，降低空调系统能耗，实现低温低品的热能的有效利用，达到节能减排的效果。
31.本发明所述的一种适用于变电站的余热利用系统，其冬季室外温度较低时，用油和防冻液换热，解决了北方冬季温度达到零下，与绝缘油换热的水达到凝固点而导致换热困难的问题。
32.本发明所述的一种适用于变电站的余热利用系统，其两种系统并联，室外温度较高时，用油和导热性能较好的水进行换热作为热泵低温热源，增加余热利用率；室外温度低时，换用油和防冻液换热的系统，防止冬季由于温度过低导致水凝固换热困难的情况。两套系统的使用更好的保证了北方冬季供暖期内不间断供暖。
附图说明
33.构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
34.图1为本发明实施例1的适用于变电站的余热利用系统的结构图。
35.其中，1、变压器，2、强制循环油泵，3、绝缘油管上水换热系统阀门，4、绝缘油管上防冻液换热系统阀门，5、油-水钎焊板式换热器，6、油-防冻液钎焊板式换热器，7、水泵，8、防冻液泵，9、水源室外换热器，10、防冻液源室外换热器，11、循环工质管上水换热系统阀门，12、循环工质管上防冻液换热系统阀门，13、压缩机，14、室内换热器，15、节流装置，16、风机。
具体实施方式
36.下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。
37.应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
38.需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
39.在本发明中，术语如“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“竖直”、“水平”、“侧”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，只是为了便于叙述本发明各部件或元件结构关系而确定的关系词，并非特指本发明中任一部件或元件，不能理解为对本发明的限制。
40.本发明中，术语如“固接”、“相连”、“连接”等应做广义理解，表示可以是固定连接，也可以是一体地连接或可拆卸连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的相关科研或技术人员，可以根据具体情况确定上述术语在本发明中的具体含义，不能理解为对本发明的限制。
41.在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
42.实施例1
43.如图1所示，本发明实施例1提供了一种适用于变电站的余热利用系统，包括：变压器、强制循环油泵、油-水钎焊板式换热器、油-防冻液钎焊板式换热器、水源室外换热器、防冻液源室外换热器、热泵空调系统；热泵空调系统包括压缩机、室内换热器和节流装置。
44.变压器的输出端连接所述强制循环油泵的输入端；强制循环油泵的输出端通过不同的阀门分别连接油-水钎焊板式换热器和油-防冻液钎焊板式换热器的第一输入端；连接油-水钎焊板式换热器和油-防冻液钎焊板式换热器的第一输出端分别连接至水源室外换热器和防冻液源室外换热器的第一输入端；水源室外换热器和防冻液源室外换热器的第一输出端均连接至热泵空调系统的输入端；水源室外换热器和防冻液源室外换热器的第二输出端分别连接至所述油-水钎焊板式换热器和油-防冻液钎焊板式换热器的第二输入端；热泵空调系统的输出端通过不同的阀门分别连接至水源室外换热器和防冻液源室外换热器的第二输入端。
45.防冻液源室外换热器的第二输出端通过防冻液泵连接至油-水钎焊板式换热器的第二输入端。水源室外换热器的第二输出端通过水泵连接至油-水钎焊板式换热器。
46.油-水钎焊板式换热器和油-防冻液钎焊板式换热器的第二输出端均连接至变压器的输入端。
47.变压器、强制循环油泵、油-水钎焊板式换热器和油-防冻液钎焊板式换热器之间通过绝缘油管连接。
48.水源室外换热器和防冻液源室外换热器的第一输出端均通过所述压缩机连接至所述室内换热器的输入端。室内换热器的输入端通过所述节流装置连接至水源室外换热器和防冻液源室外换热器的第二输入端。压缩机、室内换热器、节流装置、水源室外换热器和防冻液源室外换热器之间通过循环工质管连接。
49.本系统与绝缘油管连接有两组并联的换热系统，由阀门控制系统的开闭，一组为水换热系统，另一组为防冻液换热系统。两组并联的换热系统再与热泵空调系统串联，形成完整的适用于北方地区变电站的余热利用系统。
50.当室外温度处于0℃以上时，使用水换热系统，通过控制阀门使防冻液系统处于关闭状态。运行时，由变压器1流出的较高温绝缘油经过强制油循环泵2进入油-水钎焊板式换热器5，通过换热使水温升高；吸热后的水在水泵7的驱动下流入水源室外换热器9中与热泵空调系统中的循环工质进行换热。
51.当室外温度处于0℃以下时，使用防冻液换热系统，通过控制阀门使水系统处于关闭状态。运行时，由变压器1流出的较高温绝缘油经过强制油循环泵2进入油-防冻液钎焊板式换热器6，通过换热使防冻液温度升高；吸热后的防冻液在防冻液泵8的驱动下流入防冻液源室外换热器10中与热泵空调系统中的循环工质进行换热。
52.本系统中的热泵空调系统，与并联的两组换热系统串联，包括循环工质及以循环工质管串联起来的压缩机13、室外换热器(2个)、热膨胀节流阀15、室内换热器14，以及在室内换热器旁辅助热量散出的风机16。其工作工况流程如下：
53.当室外温度处于0℃以上时，使用水换热系统，通过控制阀门使防冻液系统处于关闭状态。在水源室外换热器9处，利用吸热升温后的水，给低压低温循环工质加热，经由压缩
机13加压流入室内换热器14散热，再被节流装置15节流后流入防冻液源室外换热器10内和水换热9继续吸热升温，如此循环工作；
54.当室外温度处于0℃以下时，使用防冻液换热系统，通过控制阀门使水系统处于关闭状态。在防冻液源室外换热器10处，利用吸热升温后的防冻液，给低压低温循环工质加热，经由压缩机13加压流入室内换热器14放热，再被节流装置15节流后流入水源室外换热器9内和防冻液换热10继续吸热升温，如此循环工作。
55.在本空调系统中，与变压器串联有两个钎焊板式换热器，由一系列具有一定波纹形状的金属片叠装，并经过钎焊加工而成的一种新型高效换热器，其各种板片之间形成薄矩形通道，通过板片进行热量交换。在相同的流动阻力和泵功率消耗下，钎焊板式换热器的传热系数较高，要高于常规的管壳式换热器。
56.两个系统并联使本系统在北方地区较低的室外环境中依然可以正常使用，同时还能拥有较高的换热效率，使得变压器的余热得到合理利用。
57.在冬季工况下，由变压器1流出的较高温的绝缘油通过强制循环油泵2流入到钎焊板式热交换器，与钎焊板式换热器内的换热工质进行换热将变压器变压时产生的热提取出来。
58.当室外温度高于0℃时，打开阀门3和阀门11，并保持阀门4和阀门12关闭，使绝缘油通过钎焊板式换热器5和水换热，换热后温度升高的水在水泵7的驱动下流入室外换热器9中，通过换热经打开的阀门11将热量传给处于制热模式的热泵空调，循环工质吸收了从变压器传递来的热量而升温，经过压缩机13加压后流入室内换热器14，高温高压循环工质向室内排放出热量而冷却为高压液体，再流至节流阀15中进行节流膨胀成为低压液体，进入室外换热器9，然后通过蒸发过程吸收热量成为低压蒸汽，再进入压缩机压缩加压成高温高压液体，如此循环工作。
59.而当室外温度低于0℃时，开启阀门4和阀门12，关闭阀门3和阀门11，使较高温绝缘油进入钎焊板式换热器6中和防冻液换热，再由防冻液泵8使吸收热量的防冻液进入室外换热器10中，经打开的阀门12将热量传递给热泵空调，循环工质吸收了从变压器传递来的热量而升温，经过压缩机13加压后进入室内换热器14，高温高压循环工质向室内排放出热量而冷却为高压液体，再流至节流阀15中进行节流膨胀成为低压液体进入室外换热器10，然后通过蒸发过程吸收热量成为低压蒸汽，再进入压缩机压缩加压成高温高压液体，如此循环工作。
60.在末端室内部分，低压循环工质蒸汽所需热量由变压器流出的高温绝缘油提供，在室内换热器14内冷凝放热，风机16工作将循环工质放出的热量吹入室内，使室内温度升高，达到冬季为室内供暖的目的。
61.变压器绝缘油循环部分，由变压器1流出的高温油，在强制循环油泵2的驱动下流入钎焊板式热交换器内，将热量传给低压制冷器蒸汽，变压器绝缘油降温后返回变压器1中，维持变压器自身正常运转。实现了变压器本身绝缘油的循环，冷却变压器工作时产生的热量，保证变压器正常运行，同时为系统供给热量。
62.本实施例提供的一种适用于变电站的余热利用系统，相较于常规的变电站余热利用系统，增加了一个变压器绝缘油与防冻液的换热部分，并选取换热系数更高的钎焊板式换热器代替常规壳管式换热器，既增加了系统的适用范围，又提高了系统的换热效率。
63.本实施例提供的一种适用于变电站的余热利用系统，充分利用变电站变压器变压时产生的功率自损热量，在冬季为变电站供热，降低空调系统能耗，实现低品热能的有效利用，达到节能减排的效果。
64.本实施例提供的一种适用于变电站的余热利用系统，设计合适系统形式，以解决北方地区冬季温度达到零度以下时，与绝缘油换热的介质水达到凝固点，余热利用系统无法继续工作的情况。
65.本实施例提供的一种适用于变电站的余热利用系统，合理构建系统，使北方地区变电站余热利用更大化。
66.实施例2
67.本发明实施例2提供了如实施例1中的一种适用于变电站的余热利用系统的工作方法，包括如下步骤：
68.在冬季工况下，由变压器1流出的较高温的绝缘油通过强制循环油泵2流入到钎焊板式热交换器，与钎焊板式换热器内的换热工质进行换热将变压器变压时产生的热提取出来。
69.当室外温度高于0℃时，打开阀门3和阀门11，并保持阀门4和阀门12关闭，使绝缘油通过钎焊板式换热器5和水换热，换热后温度升高的水在水泵7的驱动下流入室外换热器9中，通过换热经打开的阀门11将热量传给处于制热模式的热泵空调，循环工质吸收了从变压器传递来的热量而升温，经过压缩机13加压后流入室内换热器14，高温高压循环工质向室内排放出热量而冷却为高压液体，再流至节流阀15中进行节流膨胀成为低压液体，进入室外换热器9，然后通过蒸发过程吸收热量成为低压蒸汽，再进入压缩机压缩加压成高温高压液体，如此循环工作。
70.而当室外温度低于0℃时，开启阀门4和阀门12，关闭阀门3和阀门11，使较高温绝缘油进入钎焊板式换热器6中和防冻液换热，再由防冻液泵8使吸收热量的防冻液进入室外换热器10中，经打开的阀门12将热量传递给热泵空调，循环工质吸收了从变压器传递来的热量而升温，经过压缩机13加压后进入室内换热器14，高温高压循环工质向室内排放出热量而冷却为高压液体，再流至节流阀15中进行节流膨胀成为低压液体进入室外换热器10，然后通过蒸发过程吸收热量成为低压蒸汽，再进入压缩机压缩加压成高温高压液体，如此循环工作。
71.在末端室内部分，低压循环工质蒸汽所需热量由变压器流出的高温绝缘油提供，在室内换热器14内冷凝放热，风机16工作将循环工质放出的热量吹入室内，使室内温度升高，达到冬季为室内供暖的目的。
72.变压器绝缘油循环部分，由变压器1流出的高温油，在强制循环油泵2的驱动下流入钎焊板式热交换器内，将热量传给低压制冷器蒸汽，变压器绝缘油降温后返回变压器1中，维持变压器自身正常运转。
73.以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：

1.一种适用于变电站的余热利用系统，其特征在于：包括变压器、强制循环油泵、油-水钎焊板式换热器、油-防冻液钎焊板式换热器、水源室外换热器、防冻液源室外换热器和热泵空调系统；所述变压器的输出端连接所述强制循环油泵的输入端；所述强制循环油泵的输出端通过不同的阀门分别连接油-水钎焊板式换热器和油-防冻液钎焊板式换热器的第一输入端；所述连接油-水钎焊板式换热器和油-防冻液钎焊板式换热器的第一输出端分别连接至水源室外换热器和防冻液源室外换热器的第一输入端；所述水源室外换热器和防冻液源室外换热器的第一输出端均连接至热泵空调系统的输入端；水源室外换热器和防冻液源室外换热器的第二输出端分别连接至所述油-水钎焊板式换热器和油-防冻液钎焊板式换热器的第二输入端；所述热泵空调系统的输出端通过不同的阀门分别连接至水源室外换热器和防冻液源室外换热器的第二输入端。2.如权利要求1所述的一种适用于变电站的余热利用系统，其特征在于：所述防冻液源室外换热器的第二输出端通过防冻液泵连接至油-水钎焊板式换热器的第二输入端。3.如权利要求1所述的一种适用于变电站的余热利用系统，其特征在于：所述水源室外换热器的第二输出端通过水泵连接至油-水钎焊板式换热器。4.如权利要求1所述的一种适用于变电站的余热利用系统，其特征在于：所述油-水钎焊板式换热器和油-防冻液钎焊板式换热器的第二输出端均连接至变压器的输入端。5.如权利要求1所述的一种适用于变电站的余热利用系统，其特征在于：所述变压器、强制循环油泵、油-水钎焊板式换热器和油-防冻液钎焊板式换热器之间通过绝缘油管连接。6.如权利要求1所述的一种适用于变电站的余热利用系统，其特征在于：所述热泵空调系统包括压缩机和室内换热器；所述水源室外换热器和防冻液源室外换热器的第一输出端均通过所述压缩机连接至所述室内换热器的输入端。7.如权利要求6所述的一种适用于变电站的余热利用系统，其特征在于：所述室内换热器的一侧放置风机。8.如权利要求6所述的一种适用于变电站的余热利用系统，其特征在于：所述热泵空调系统还包括节流装置；所述室内换热器的输入端通过所述节流装置连接至水源室外换热器和防冻液源室外换热器的第二输入端。9.如权利要求8所述的一种适用于变电站的余热利用系统，其特征在于：所述压缩机、室内换热器、节流装置、水源室外换热器和防冻液源室外换热器之间通过循环工质管连接。10.如权利要求1-9任一项所述的一种适用于变电站的余热利用系统的工作方法，其特征在于：包括如下步骤：当温度高于设定值时，由变压器流出的绝缘油经过强制油循环泵进入油-水钎焊板式换热器，通过绝缘油和水换热使水温升高，吸热后的水流入水源室外换热器中与热泵空调系统中的循环工质进行换热；
当温度低于设定值时时，由变压器流出的温绝缘油经过强制油循环泵进入油-防冻液钎焊板式换热器，通过绝缘油和防冻液换热使防冻液温度升高，吸热后的防冻液流入防冻液室外换热器中与热泵空调系统中的循环工质进行换热。

技术总结

本发明涉及变电站技术领域，提供了一种适用于变电站的余热利用系统及其工作方法，包括变压器、强制循环油泵、油-水钎焊板式换热器、油-防冻液钎焊板式换热器、水源室外换热器、防冻液源室外换热器和热泵空调系统；变压器连接强制循环油泵；强制循环油泵通过不同的阀门分别连接两个换热器的第一输入端；换热器的第一输出端分别连接至室外换热器的第一输入端；室外换热器的第一输出端均连接至热泵空调系统的输入端；室外换热器的第二输出端分别连接至换热器的第二输入端；热泵空调系统的输出端通过不同的阀门分别连接至两个室外换热器的第二输入端。降低了空调系统能耗，实现了低温低品的热能的有效利用，达到了节能减排的效果。达到了节能减排的效果。达到了节能减排的效果。