關(guān)于干式變壓器冷卻方式及改進(jìn)若干問題探討

易吉良

摘要：隨著我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)和工業(yè)制造水平的不斷提升，國(guó)內(nèi)各個(gè)地區(qū)電網(wǎng)建設(shè)工作越來越具規(guī)模化，干式變壓器的使用需求也不斷增加。在電網(wǎng)系統(tǒng)運(yùn)行過程中干式變壓器的溫度過高往往會(huì)導(dǎo)致故障甚至事故的發(fā)生。基于此，本文對(duì)干式變壓器冷卻相關(guān)話題進(jìn)行詳細(xì)闡述，并提成了一些干式變壓器冷卻的改進(jìn)措施，通過控制干式變壓器的運(yùn)行溫度使冷卻系統(tǒng)得到合理的利用，從而使提高了干式變壓器安全性以及使用年限。

關(guān)鍵詞：干式變壓器;冷卻系統(tǒng);控制方式;改進(jìn)措施

近年來，隨著綠色工業(yè)節(jié)能減排理念不斷深化，節(jié)能環(huán)保越來越受到社會(huì)關(guān)注和重視，對(duì)于變壓器制造行業(yè)，我國(guó)相關(guān)部門也頒布了相應(yīng)的文件以規(guī)范變壓器的能效標(biāo)準(zhǔn)、環(huán)境噪音等級(jí)，二氧化碳排放量等各項(xiàng)指標(biāo)，例如在2013年6月頒布的GB20052-2013《三相配電變壓器能效限定值及能效等級(jí)》。油浸式變壓器在安全、環(huán)保方面會(huì)有很多問題，而干式變壓器絕緣介質(zhì)為空氣，不存在滲漏油問題，而且運(yùn)行維護(hù)簡(jiǎn)單。在我國(guó)干式變壓器產(chǎn)量占配電變壓器的百分比在逐年上升，特別是在一些特殊領(lǐng)域，如變頻移相整流變壓器、光伏發(fā)電用變壓器等。做好干式變壓器的冷卻系統(tǒng)及優(yōu)化對(duì)我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)以及電網(wǎng)工程的可持續(xù)發(fā)資都有著不可忽略的重大意義。

一、干式變壓器的類別特點(diǎn)及冷卻方式

按制造工藝可分為非包封空氣絕緣干式變壓器和樹脂絕緣干式變壓器，根據(jù)IEC標(biāo)準(zhǔn)、絕緣材料的溫度等級(jí)，干式變壓器可分為6類，如表1所示：

干式變壓器是依靠空氣對(duì)流進(jìn)行冷卻的變壓器，簡(jiǎn)單的說干式變壓器就是指鐵芯和繞組不浸漬在絕緣油中的變壓器，冷卻方式分為自然空氣冷卻（AN）和強(qiáng)迫空氣冷卻（AF）。自然空冷時(shí)，變壓器可在額定容量下長(zhǎng)期連續(xù)運(yùn)行。強(qiáng)迫風(fēng)冷時(shí)，變壓器輸出容量可提高50%。適用于斷續(xù)過負(fù)荷運(yùn)行，或應(yīng)急事故過負(fù)荷運(yùn)行;由于過負(fù)荷時(shí)負(fù)載損耗和阻抗電壓增幅較大，處于非經(jīng)濟(jì)運(yùn)行狀態(tài)，故不應(yīng)使其處于長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)過負(fù)荷運(yùn)行。干式變壓器接近負(fù)荷中心，往往被裝設(shè)到戶內(nèi)。變壓器正常運(yùn)行時(shí)，特別是長(zhǎng)時(shí)間或過負(fù)荷工作后，由于自身殼體密封較好或工作環(huán)境溫度較高，變壓器產(chǎn)生的大量熱量無(wú)法迅速散出，使變壓器溫度急劇升高，加速絕緣老化甚至可能使變壓器受到損壞，嚴(yán)重時(shí)導(dǎo)致上級(jí)供電系統(tǒng)全停。為了保證變壓器在運(yùn)行時(shí)繞組及鐵芯溫度保持正常，溫升在合理范圍，需要對(duì)某些不符合上述條件的變壓器進(jìn)行冷卻系統(tǒng)改造，保證變壓器的工作溫度在其工作范圍內(nèi)。

二、干式變壓器溫度升高的原因分析

干式變壓器溫升的主要原因是由變壓器運(yùn)行中所產(chǎn)生的損耗引起的。變壓器運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的損耗轉(zhuǎn)化為熱量，使溫度升高，熱量向周圍以傳導(dǎo)、對(duì)流和輻射的方式擴(kuò)散。由于低壓繞組處于鐵芯和高壓繞組的內(nèi)部，其散熱方式主要是通過氣道內(nèi)與空氣的對(duì)流進(jìn)行，但是由于氣道內(nèi)空氣流速有限，故散熱性能欠佳。而高壓繞組處于外側(cè)，不僅可以通過與空氣對(duì)流散熱，還可以采取輻射方式來散熱，散熱條件明顯好于低壓繞組。在干式變壓器的溫度變化中，外殼散熱好壞是影響溫度上升的主要原因。干式變壓器外殼如果通風(fēng)不暢，殼內(nèi)空氣無(wú)法實(shí)現(xiàn)有效流動(dòng)，將在很大程度上影響殼內(nèi)溫度的散失，導(dǎo)致殼內(nèi)溫度不斷上升。干式變壓器散熱方式為自然風(fēng)冷（AN），結(jié)構(gòu)較為密閉，只有四周上、下部分采用密孔通風(fēng)，散熱條件較差。環(huán)境因素也是影響變壓器溫升的一個(gè)方面。當(dāng)夏季氣溫達(dá)到最高的時(shí)候，電氣負(fù)荷也達(dá)到了最大值或短時(shí)過負(fù)荷，如果周圍設(shè)備較多，空氣流通不良，環(huán)境溫度較高，這樣導(dǎo)致的變壓器溫度快速升高。另外，變壓器運(yùn)行時(shí)間過長(zhǎng)，部分元件如絕緣件及鐵芯絕緣的逐漸老化導(dǎo)致其鐵、銅損加大，也會(huì)造成了變壓器的運(yùn)行溫度上升。

三、干式變壓器的散熱與過載能力改進(jìn)措施

3.1 干式變壓器的散熱改進(jìn)

干式變壓器的電磁載體，如鐵心、繞組以及漏磁場(chǎng)所能交鏈的結(jié)構(gòu)件等，均為發(fā)熱體，其中鐵心和繞組為主要的發(fā)熱體。其產(chǎn)生的熱量通過熱傳導(dǎo)、對(duì)流和輻射形式直接散于周圍的冷卻介質(zhì)（空氣）中去。非包封空氣絕緣干式變壓器可直接探測(cè)繞組各點(diǎn)溫度，控制熱點(diǎn)溫度。樹脂絕緣干式變壓器繞組被環(huán)氧樹脂層所包封，繞組各點(diǎn)溫度不便于直接探測(cè)，熱點(diǎn)溫度不易控制。在干式變外殼外側(cè)裝設(shè)兩臺(tái)風(fēng)機(jī)，之間通過風(fēng)道聯(lián)通，可以兩臺(tái)同時(shí)運(yùn)行，亦可互為備用。風(fēng)機(jī)進(jìn)風(fēng)口裝粗濾網(wǎng)，出風(fēng)口裝細(xì)濾網(wǎng)，出風(fēng)口裝設(shè)蝶閥，可以將任意一臺(tái)風(fēng)機(jī)隔離出來檢修。在干式變?nèi)喔摺⒌蛪豪@組下方開若干圓孔，邊上裝設(shè)導(dǎo)流板，使風(fēng)吹向繞組冷卻風(fēng)槽，從而保證散熱效果最佳。風(fēng)道連通，可以互為備用。其優(yōu)點(diǎn)主要是風(fēng)機(jī)置于干式變外殼的外側(cè)，運(yùn)行狀況隨時(shí)可以檢測(cè)，檢修方便，具體結(jié)構(gòu)見圖1：

3.2 干式變壓器的過載利用

通過散熱能力分析，非包封空氣絕緣干式變壓器具有顯著優(yōu)勢(shì)，良好的散熱能力是高過載能力的一個(gè)必備條件。非包封空氣絕緣干式變壓器最高耐熱等級(jí)為R級(jí)，樹脂絕緣干式變壓器最高耐熱等級(jí)為H級(jí)。依據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，同樣制造H級(jí)干式變壓器，非包封空氣絕緣干式變壓器約有20%的過載能力。干式變壓器的過載能力與環(huán)境溫度、過載前負(fù)荷（初始負(fù)荷）、變壓器的絕緣散熱量和加熱時(shí)間常數(shù)有關(guān)。變壓器容量的選擇計(jì)算可以減少一些軋鋼的考慮，焊接等設(shè)備的沖擊過載的可能性，充分利用干式變壓器的過載能力強(qiáng)，降低變壓器的容量;利用干式變壓器的過載能力，在考慮其備用容量時(shí)可予以壓縮;在確定備用臺(tái)數(shù)時(shí)亦可減少。變壓器處于過載運(yùn)行時(shí)，一定要注意監(jiān)測(cè)其運(yùn)行溫度：若溫度上升達(dá)155℃（有報(bào)警發(fā)出）即應(yīng)采取減載措施（減去某些次要負(fù)荷），以確保對(duì)主要負(fù)荷的安全供電。

3.3干式變壓器的合理低壓出線

短接變壓器的“輸入”與“輸出”接線端子用兆歐表測(cè)試其與地線的絕緣電阻。1000V兆歐表測(cè)量時(shí)，阻值大于2M歐姆。變壓器輸入、輸出電源線截面配線應(yīng)滿足其電流值大小的要求;按照2-2.5A/min2電流密度配置為宜。輸入、輸出三相電源線應(yīng)按變壓器接線板母線顏色黃、綠、紅分別接A相、B相、C相，零線應(yīng)與變壓器中性零線相接，接地線、變壓器外殼以及變壓器中心點(diǎn)相連接.平常我們說的地線與零線都是從變壓器中性點(diǎn)引出的。（如變壓器有機(jī)箱應(yīng)與箱體地線標(biāo)志對(duì)應(yīng)相連接）。檢查輸入輸出線，確認(rèn)正確無(wú)誤。先空載通電，觀察測(cè)試輸入輸出電壓符合要求。同時(shí)觀察機(jī)器內(nèi)部是否有異響、打火、異味等非正常現(xiàn)象，若有異常，請(qǐng)立即斷開輸入電源。當(dāng)空載測(cè)試完成且正常后，方可接入負(fù)載。

四、結(jié)語(yǔ)

總之，干式變壓器的運(yùn)行溫度高低對(duì)其使用壽命及安全運(yùn)行起決定性的作用，干式變壓器冷卻系統(tǒng)的效率及可靠性，是降低變壓器運(yùn)行溫度的必不可少的手段，因此對(duì)于變壓器冷卻系統(tǒng)改造，降低變壓器運(yùn)行溫度是能夠確保設(shè)備可靠安全運(yùn)行措施。

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