基于电磁感应加热原理的套管式变压器油加热装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种基于电磁感应加热原理的套管式变压器油加热装置及方法，通过使用套管式的电磁感应加热装置，使变压器油循环过程中的电磁感应加热性能提高，加热过程中温度均匀性好，强化加热装置内的变压器油的传热性能，在避免变压器油变质的情况下提高最大电磁感应加热功率，节约变压器油循环加热的时间成本，改善变压器油加热的温度均匀性。

【技术实现步骤摘要】
基于电磁感应加热原理的套管式变压器油加热装置及方法
本专利技术涉及变压器油加热
，具体是一种基于电磁感应加热原理的套管式变压器油加热装置及方法。
技术介绍
变压器油加热循环的必要性：在变压器的运输、安装、检修的过程中以及潮湿的空气环境都会导致变压器渗水，使变压器绝缘性下降，降低了变压器击穿电压，然而变压器的损坏很大程度上都是由于变压器渗水导致的绝缘性能下降，致使变压器被击穿。因此，在变压器投入使用前需要对变压器的绝缘性进行测定，当判定变压器绝缘性不符合使用标准时，需要对变压器油在真空条件下进行加热循环干燥处理，其目的是通过变压器油的加热循环加热变压器器身，使得变压器器身内部温度随着变压器油的加热循环而升高，将存在于变压器器身和绝缘物质的水分蒸发出来，水分溶解于变压器油当中，水分随着变压器油的循环带出变压器并被变压器油加热循环装置的其他部件将水分从变压器油当中分离出来，在这样的循环过程中，逐渐减少变压器内部的水分，使其绝缘性恢复到可使用的范围。电磁感应加热技术是利用电路中交变电流通过线圈产生的交变感应磁场，交变感应磁场的磁力线通过被加热金属部件内部时会产生涡流(感应电流)，由于涡流回路的金属电阻很小,因而涡流的电流强度很大,能够产生很大的焦耳热从而加热金属部件。目前大部分研究着重于提出新的变压器干燥方法，然而现在最主要的变压器干燥方法是热油循环干燥法，这种方法的缺点是加热效率低，在极端环境下变压器使用这种干燥方法的干燥效果很差，并且能源利用率低。还有一些研究者研究了有关电磁感应加热的热油循环干燥法，比如铁损干燥法。虽然铁损干燥法利用了变压器的油枕作为被电磁感应加热的装置，但其加热效率低，油枕内的变压器油均温性差，容易造成油的变质。目前存在的电磁感应加热变压器油的装置和方法都没有考虑到电磁感应加热的加热均匀性和变压器油与电磁感应加热装置的对流传热强度，没有从强化变压器油在电磁感应加热过程当中的流动换热特性的角度设计电磁感应加热装置。国网宁夏电力公司检修公司提出的基于电磁感应的变压器油辅助加热装置及其控制方法(申请号201911046241.9)和变压器油电磁感应辅助加热装置(申请号201621092915.0)，主要利用电磁感应线圈缠绕在钢制油管表面，利用电路中的交变电流加热钢制油管，最终加热油管内的变压器油。该专利给出了结合滤油机装置的热油循环干燥回路，但并未考虑到电磁感应加热的加热均匀性，钢制油管在电磁感应加热过程中温度升高，其始终是利用管内单侧加热变压器油，加热壁面附近变压器油温度与流动中心区域变压器油温度相差很大，温度均匀性差，与此同时，还未从强化传热的角度考虑到变压器油与钢制油管的对流换热效果，其加热性能还有提升空间。
技术实现思路
为了克服上述现有技术存在的问题，本专利技术的目的在于提供一种基于电磁感应加热原理的套管式变压器油加热装置及方法，该装置在电磁感应加热变压器油的应用当中，可以使加热装置内部流动的变压器油被均匀加热，提高变压器油在加热过程中的均温性，在确保加热温度低于变压器油变质的温度的情况下，提高最大电磁感应加热功率的限度，减少热油循环干燥变压器过程中变压器油的加热升温时间，节约时间成本。为了达到上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种基于电磁感应加热原理的套管式变压器油加热装置，包括套管式结构的外管1和内管2，内管2通过绝缘支撑6同轴固定在外管1内壁面，外管电磁感应线圈3和内管电磁感应线圈4分别缠绕在外管1和内管2外壁面上；所述内管2的外壁面沿轴向多个位置处上下开有凹槽分别用于安装半圆弯曲、外周带有肋片的上盖板7和下盖板8，上盖板7和下盖板8形成整体柱状包裹内管电磁感应线圈4，将内管电磁感应线圈4与变压器油隔离并将内管2在电磁感应作用下产生的铁损热量传递到上盖板7和下盖板8的肋片上以加热外管1和内管2之间的变压器油；根据电磁感应加热的需要，接入不同的交变电流和电压，实现套管结构内磁场的交替变化，产生焦耳热使套管结构的外管1和内管2温度升高以加热变压器油。所述内管2的内壁面开有螺纹槽以扩大内管内壁面与内管内流动的变压器油的接触面积，破环变压器油流动边界层，抑制边界层的增长，提高管内对流换热强度。所述内管2外壁面与上盖板7和下盖板8之间缠绕电磁感应线圈4的空间，填充高热导率的金属或非金属材料，以减少该空间内空气的自然对流，减小内管2外壁面将热量传递到上盖板7和下盖板8上的热阻。优化上盖板7和下盖板8的形状、结构尺寸参数，进一步提高上盖板7和下盖板8与变压器油的对流换热系数，强化对流换热。所述内管2外壁面与上盖板7和下盖板8的接触面上涂敷热界面材料，以减少由于接触不良和机加工精度引起的接触热阻，降低热传导过程的热阻。所述上盖板7和下盖板8的材料采用高热导率的金属材料，在上盖板7上钻有内引线孔10，以引出内管电磁感应线圈4；所述外管1外壁面上钻有外管引线孔9，将内管电磁感应线圈4引出到外界环境中，在外管引线孔9位置安装密封件5，防止变压器油从外管引线孔9中泄露。所述外管1和内管2的材料采用低电阻的低碳钢材料。所述的基于电磁感应加热原理的套管式变压器油加热装置加热变压器油的方法，其特征在于：步骤如下：(1)交变电流和电压通入外管电磁感应线圈3和内管电磁感应线圈4中，外管电磁感应线圈3和内管电磁感应线圈4由于自身的自感现象使得感应线圈内部产生交变磁场，外管1和内管2在交变磁场的作用下产生涡流，并由于趋肤效应使电流密度主要集中在外管1和内管2的外壁面，外管1和内管2产生焦耳热，使外管1和内管2温度升高；(2)内管2温度升高，将热量通过对流换热的方式传递给管内流动的变压器油，内管2内壁面的螺纹结构增强管内换热；内管2将一部分热量通过热传导的方式传递给上盖板7和下盖板8，上盖板7和下盖板8温度升高，并将热量以对流换热的方式传递给内管2与外管1间流动的变压器油；(3)外管1温度升高，将绝大部分热量以对流换热的方式传递给外管1与内管2之间流动的变压器油，还有一小部分热量以外管1外壁面的自然对流和热辐射的方式向周围环境传递；(4)变压器油从该加热装置的进口流入，经加热后，内管2管内流动的变压器油和外管1与内管2之间流动的变压器油在出口处混合；(5)该套管式变压器油加热装置连接齿轮油泵和油箱，形成循环加热系统，完成变压器油的循环加热。和现有技术相比较，本专利技术具有如下优点：1)本专利技术采用套管式结构，在外管1和内管2外壁面缠绕电磁感应线圈，在交变电流和电压的作用下，外管1和内管2均产生焦耳热升温，实现变压器油在内管内以及内管与外管间流动过程中流体中心区域和流动边界区域同时加热，变压器油加热更加均匀，提高变压器油加热过程中的均温性。2)本专利技术利用上盖板7和下盖板8与内管2外壁面的有效接触，将内管2因电磁感应加热产生的热量传递给上盖板7和下盖板8，一方面利用上盖板7和下盖板8肋片的扩展表面，提高换热面积；另一方面利用上盖板7和下盖板8的肋片高度将上盖板7和下盖板8上热量传递给远离加热壁面的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于电磁感应加热原理的套管式变压器油加热装置，其特征在于：包括套管式结构的外管(1)和内管(2)，内管(2)通过绝缘支撑(6)同轴固定在外管(1)内壁面，外管电磁感应线圈(3)和内管电磁感应线圈(4)分别缠绕在外管(1)和内管(2)外壁面上；所述内管(2)的外壁面沿轴向多个位置处上下开有凹槽分别用于安装半圆弯曲、外周带有肋片的上盖板(7)和下盖板(8)，上盖板(7)和下盖板(8)形成整体柱状包裹内管电磁感应线圈(4)，将内管电磁感应线圈(4)与变压器油隔离并将内管(2)在电磁感应作用下产生的铁损热量传递到上盖板(7)和下盖板(8)的肋片上以加热外管(1)和内管(2)之间的变压器油；根据电磁感应加热的需要，接入不同的交变电流和电压，实现套管结构内磁场的交替变化，产生焦耳热使套管结构的外管(1)和内管(2)温度升高以加热变压器油。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于电磁感应加热原理的套管式变压器油加热装置，其特征在于：包括套管式结构的外管(1)和内管(2)，内管(2)通过绝缘支撑(6)同轴固定在外管(1)内壁面，外管电磁感应线圈(3)和内管电磁感应线圈(4)分别缠绕在外管(1)和内管(2)外壁面上；所述内管(2)的外壁面沿轴向多个位置处上下开有凹槽分别用于安装半圆弯曲、外周带有肋片的上盖板(7)和下盖板(8)，上盖板(7)和下盖板(8)形成整体柱状包裹内管电磁感应线圈(4)，将内管电磁感应线圈(4)与变压器油隔离并将内管(2)在电磁感应作用下产生的铁损热量传递到上盖板(7)和下盖板(8)的肋片上以加热外管(1)和内管(2)之间的变压器油；根据电磁感应加热的需要，接入不同的交变电流和电压，实现套管结构内磁场的交替变化，产生焦耳热使套管结构的外管(1)和内管(2)温度升高以加热变压器油。


2.根据权利要求1所述的一种基于电磁感应加热原理的套管式变压器油加热装置，其特征在于：所述内管(2)的内壁面开有螺纹槽以扩大内管内壁面与内管内流动的变压器油的接触面积，破环变压器油流动边界层，抑制边界层的增长，提高管内对流换热强度。


3.根据权利要求1所述的一种基于电磁感应加热原理的套管式变压器油加热装置，其特征在于：所述内管(2)外壁面与上盖板(7)和下盖板(8)之间缠绕电磁感应线圈(4)的空间，填充高热导率的金属或非金属材料，以减少该空间内空气的自然对流，减小内管(2)外壁面将热量传递到上盖板(7)和下盖板(8)上的热阻。


4.根据权利要求1所述的一种基于电磁感应加热原理的套管式变压器油加热装置，其特征在于：优化上盖板(7)和下盖板(8)的形状、结构尺寸参数，进一步提高上盖板(7)和下盖板(8)与变压器油的对流换热系数，强化对流换热。


5.根据权利要求1所述的一种基于电磁感应加热原理的套管式变压器油加热装置，其特征在于：所述内管(2)外壁面与上盖板(7)和下盖板(8)的接触面上涂敷热界面材料，以减少由于接触不良和机加工精度引起的接触热阻，降低热传导过程...

【专利技术属性】
技术研发人员：施渺，余小玲，张耘溢，曾翔君，范诗怡，谭又博，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61