论述高压变压器冷却方式OFAF和ODAF的比较

摘要：从冷却系统的结构、工作方式以及稳态、暂态下工作要求方面，对当前应用最为广泛的两种高压变压器冷却方式强迫油循环风冷(OFAF)、迫油循环导向风冷(ODAF)进行详尽的分析比较。

关键词：冷却方式强迫油循环风冷(OFAF) 强迫油循环导向风冷(ODAF)

众所周知：电力变压器常用的冷却方式一般分为三种：油浸自冷式、油浸风冷式、强迫油循环。而高压变压器冷却方式一般为强迫油循环风冷(OFAF)和强迫油循环导向风冷(ODAF)两种冷却方式。

强迫油循环冷却方式(OFAF)：如果单纯想法降低油的温度而不增加油流的速度，那是达不到所希望的冷却效果的。因油温降到一定程度时，其粘度增加，粘度大会使散热效果变差。而人为地加快油流速度，就会使散热加快。强迫油循环冷却方式就是在油路中加入了使油的流速加快的动力—油泵。强迫油循环风冷的变压器则是将风冷却器装于变压器油箱壁上或独立的支架上。经冷却器内的油采用风扇冷却。为了防止油泵的漏油和漏气，目前广泛采用潜油泵和潜油电动机。潜油泵安装在冷却器的下面，泵的吸入端直接装在第一个油回路（冷却器为多回路的）上，吐出端通过装有流动继电器的联管接至第二回路。流动继电器的作用是，当潜油泵发生故障，油流停止时，发出信号和投入备用冷却器。

强迫油循环导向冷却方式(ODAF)：这种冷却方式基本上还属于上述强迫油循环类型的，其主要区别在于变压器器身部分的油路不同。普通的油冷却变压器油箱内油路较乱，油沿着线圈和铁芯、线圈和线圈间的纵向油道逐渐上升，而线圈段间（或叫饼间）油的流速不大，局部地方还可能没有冷却到，线圈的某些线段和线匝局部温度很高。采用导向冷却后，可以改善这些状况。变压器中线圈的发热比铁芯发热占的比例大，改善线圈的散热情况还是很有必要的。导向冷却的变压器，在结构上采用了一定的措施（如加挡油纸板、纸筒）后使油按一定的路径流动。采用了导向冷却后，泵口的冷油在一定压力下被送入线圈间、线饼间的油道和铁芯的油道中，能冷却线圈的各个部分，这样可以提高冷却效能。

简单扼要的说：OFAF和ODAF是冷却方式的符号。AF是指风冷，OF和OD都指强迫油冷却，所不同的是，OD是把油直接导入线圈。

在线圈内部，油的流动路径，可以有多种方式，主要的两种如下所示：

特别要指出的是，这不是ODAF和OFAF的差别。也就是说，OFAF也可有导油隔板。

从原理上说，ODAF和OFAF的差别是：ODAF线圈中油的流动靠泵的压力，与负载基本无关；而OFAF线圈中油的流动是线圈本身发热引起的，与负载直接相关。

稳态下的比较

ODAF的线圈冷却作用强烈，上下温差小，理论上说，热点温度与线圈平均温度之差也小，因此用线圈平均温度表示的允许温升可以增加。IEC标准规定，ODAF的线圈温升限值70K，OFAF是65K。我国国家标准没有采用这个做法，而把两种方式的温升限值都定为65K。原因是用户担心制造厂没有足够把握保证在ODAF下，线圈各部位都得到均匀冷却，万一出现冷却的“死角”，对绝缘会很不利。因此，为给用户留有更大的余度，不许制造厂用ODAF 来提高温升限值。用户的这种担心是有一定道理的。变压器线圈内部的油流，并不象图上画的那么简单，流速越高越不易控制。现有的计算软件实际上是建立在简化的、理想化的模型上，有较大的不确定性。

变压器的温升限值实际上是由热点温度决定的。不幸的是，热点温度是不能直接测量到的。因此，变压器热性能的优劣，不可能完全靠温升试验结果来判断，更重要的是看设计使用的计算软件。一个好的软件，能对变压器的漏磁场和温度场进行详尽的计算，能准确得出热点的位置及温升值。软件计算结果是否可靠，必须经过模型或实体的测量来验证。

因此，不论OFAF或ODAF，只要能有足够的经验证明热点的温度是控制在许可值内，变压器的热寿命是不会有问题的。

ABB的经验表明，当线圈电流密度在正常取值范围内时(3A/mm2左右)，带导向隔板的OF冷却和OD相比，差别不大。只有当电流密度很高时，OD冷却才具有明显优势。当今的用户对损耗都十分关注，用高电流密度的场合十分罕见，因此用OD方式没有实际意义。如旨在提高电流密度以降低成本，用OD方式是否奏效，尚可考虑。

暂态下的比较

这里所说的暂态有两种情况：一是指短时超铭牌运行；二是指突然失去冷却时的运行。

在第一种情况下，与稳态时类似，只要有可靠的设计，OFAF和ODAF都能保证所需的性能。虽然ODAF有较强的冷却作用，在理论上说应有较低的温升，但也要取决于设计和制造水平，一旦有局部油流死角出现，温升状况就失控了。

在第二种情况下，OFAF和ODAF会有很大的差别。OFAF的线圈冷却，本来就靠线圈本身的发热，泵的作用是间接的。停泵后，线圈冷却状况并不马上发生变化。ODAF的线圈冷却全靠泵的作用，泵一停，线圈冷却状况就马上改变了。

其它方面的比较

油流带电问题近年来得到关注，我国也出现过因油流带电造成事故的实例，其中以500kV的变压器尤为突出。油流带电和油流速度关系最大，采用OD时，如不对流速加以限制，就有可能产生静电。OF下油和绝缘之间的相对速度比OD小得多，根本不用担心油流带电问题。

用ODAF时，全部油均直接打入线圈，任何进入油中的杂质(包括运行中因磨损等原因产生的粒子)都有可能进入线圈。而OFAF的油流主要在线圈外部，杂质不易进入线圈，这对保持关键绝缘部位的清洁度是十分有利的。

结论

ODAF和OFAF是大型变压器可选择采用的两种冷却方式，只要使用得当，都能达到满意的效果。由于两者原理上的不同，性能各有利弊。关键在于用高水平的设计和制造去发挥各自的长处。

从运行的角度看，OFAF比较有利。