第二章—变压器风冷系统工作原理

第二章变压器风冷系统的工作原理

2.1 电力变压器发热及冷却原理

2.1.1 变压器发热过程

电力变压器运行时,由于在铁芯和线圈上产生损耗，产生的热量经过其所处介质散发到周围空气中,这一过程将引起变压器发热，以及变压器温度升高。为了保护变压器及其元器件的正常运行，必须采取有效的冷却措施限制变压器的温升。变压器运行时，线圈和铁芯温度升高,起初，温度上升速度较快，随着温度升高到一定程度，线圈和铁芯与其周围的冷却介质形成温度差,将温度传递给介质，介质吸收热量温度增高,线圈和铁芯的温升减缓,在这个过程中,线圈和铁芯温度达到稳定状态，形成动态的热平衡。

2.1.2 变压器冷却过程

变压器的冷却过程需要经过多重传热。包括变压器油与铁芯表面传热，变压器油与冷却器箱体内表面传热，空气与冷却器箱体外表面传热三个过程。

线圈和铁芯产生的热量,由内部最热点传到与油接触和外表面,热量传到表面后,与周围介质油产生温度差,通过对流作用将部分热量传给附近的油,从而使油温逐渐上升。

当油温升高后,热油向上流动与油箱相接触将热量传导油箱外壁，散热后的油再向下流动重新流入线圈,形成闭合的对流回路，这一过程中，变压器油箱外壁温度逐渐升高。

油箱内壁吸收热量后，热量从壁的内侧传导到外侧(箱壁的内外温差不大,一般不超过3℃）与周围环境形成温差,通过与空气对流和辐射,将热量散发到周围空气中。

在强迫油循环系统中，潜油泵在冷却器中就是采用施加压力的作用，加速变压器油的流动,增强热对流。变压器油的热对流包括两种形式，即热传导和热辐射，两个过程同时进行。变压器箱壁内侧的热量从变压器油中以热传导和热辐射的形式传给冷却器，变压器箱壁外测热量从箱壁以热传导和热辐射的形式传给空气。冷却器—风扇的作用就是加速吹变压器箱壁外侧的空气流动,加快变压器的散热过程，如图2-1所示。

变

压器油

空

气

变压器油箱壁

变压器的散热过程示意图

2.2变压器冷却方式的选取

目前，我国大型电力变压器冷却装置是根据变压器容量的大小，配置数组强油风冷却器，每组风冷却器包括1台油泵和3—4台风扇。为满足变压器的各种不同的运行工况，冷却器一般有1台作为备用(故障时运行冷却器可自动投入运行)、1台辅助(变压器负荷电流大于70％额定电流或变压器顶层油温高于某一定值时自动投入运行)、其余所有冷却器全部投入运行。这样的的冷却装置配置方法也有其不足之处，如SFP7-240000/330型主变压器装设有6台冷却容量250KW的风冷却器，当遇到夏季高温的季节，变压器满负荷运行，变压器冷却装置全部投入，即使如此，其上层油温仍高达70℃左右。在夜间，尤其是在暴雨过后，因负荷和气温骤降，虽然已将变压器辅助冷却器停运，但变压器油温仍在30℃以下，亦即油温的变化幅度大于环境温度变化。当冬季负荷较低，或天气特别寒冷，由于油温过低，必须对变压器进行加油，这样不利于变压器的使用寿命和安全运行。

目前，国内外变压器的冷却方式主要有四种：自然油循环自冷散热、自然油循环风冷散热、强迫油循环风冷散热以及强迫油循环水冷散热。第一种冷却方式自然油循环自冷散热主要用于小型配电变压器，不采用风冷控制；第四种冷却方式即强迫油循环水冷散热只用于个别大型变压器；第二、三种冷却方式是目前变电站主变应用较广散热方式，自然油循环风冷散热方式是利用变压器绕组及

铁心发热后,本体内的油形成对流，油流经散热器后由冷却风扇吹出的风将热量带走,从而达到散热的目的，这种冷却方式主要用于中小型变压器。强迫油循环风冷散热方式通过油泵使变压器内的油被迫快速循环，当变压器油流经散热器时，由冷却风扇吹出的风将热量带走,这种冷却方式主要用于大中型变压器。强迫油循环风冷却器(简称风冷却器)与油自然循环风冷却器的主要区别是采用潜油泵强迫油进行循环,使油流速度加快,提高冷却效率。

2.3电力变压器运行规程中有关风冷控制的规定

在变压器冷却控制装置的设计中参考了电力变压器运行规程(DL/T 572-95)中关于强迫油循环电力变压器冷却装置及运行条件的规定。

2.3.1对变压器的冷却装置的要求

（1）要求油浸式变压器本体的冷却装置、温度测量装置等应符合GB6451的要求。

（2）按制造厂的规定安装全部冷却装置。

（3）强油循环的冷却系统必须有两个独立的工作电源并能自动切换。当工作电源发生故障时，应自动投入备用电源并发出音响或灯光信号。

（4）强油循环变压器，当切除故障冷却器时应发出音响或灯光信号，并自动(水冷的可手动)投入备用冷却器。

（5）风扇、水泵及油泵的附属电动机应有过负荷、短路及断相保护；应有监视油泵电机旋转方向的装置。

（6）强油循环冷却的变压器，应按温度和(或)负载控制冷却器的投切。2.3.2变压器温度限值

强迫油循环变压器顶层油温一般不应超过表3.1的规定(制造厂有规定的按制造厂规定)。当冷却介质温度较低时，顶层油温也相应降低。

冷却方式冷却介质最高温度（℃）最高顶层油温（℃）强迫油循环风冷40 85

2.3.3 强迫油循环冷却变压器的运行条件

（1）强迫油循环冷却变压器运行时，必须投入冷却器。空载和轻载时不应投入过多的冷却器(空载状态下允许短时不投)。各种负载下投入冷却器的相应台数，应按制造厂的规定。按温度和(或)负载投切冷却器的自动装置应保持正常。

（2）强迫油循环变压器投运时应逐台投入冷却器，并按负载情况控制投入冷却器的台数。

（3）强迫油循环风冷变压器，当冷却系统故障切除全部冷却器时，允许带额定负载运行20分钟。如20分钟后变压器顶层油温尚未达到75℃，则允许上升到75℃，但这种状态下运行的最长时间不得超过1小时。

2.4变压器强迫油循环风系统的工作原理

2.4.1 强迫油循环风系统的结构

强迫油循环风冷系统的工作过程如图22所示。变压器顶层的高温油通过潜油泵送入冷却管，经过内多次折流,冷却管壁吸收变压器油中的热量，管壁与空气接触，向空气直接释放热量。此时,为了加快管壁热量的散发，在管壁空气侧，

采用风扇强制吹风，冷空气将放出的热量带走,使得高温油加速冷却；冷却后的油从冷却器下端再进入变压器油箱内。风冷系统主要由冷却器本体，潜油泵、风扇、净油器、油流继电器等部件组成；冷却器本体是由一簇冷却竹与上、下集油室焊接而成的整体，潜油泵是一种特制的油内电动机型离心泵,电动机的定子和转子浸在油中使油系统构成密闭循环系统，潜油泵强迫变压器油循环，提高散