最新第二章—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

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2.1 电力变压器发热及冷却原理

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2.1.1 变压器发热过程

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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5

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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7

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8

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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10

芯温度达到稳定状态，形成动态的热平衡。

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2.1.2 变压器冷却过程

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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13

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。

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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15

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16

使油温逐渐上升。

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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18

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19

壁温度逐渐升高。

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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,

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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

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围空气中。

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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24

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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

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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

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压器的散热过程，如图2-1所示。

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变

压器油

空

气变压器油箱壁

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变压器的散热过程示意图

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2.2变压器冷却方式的选取

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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33

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34

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35

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36

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37

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38

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39

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，40

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℃41

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42

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43

和安全运行。

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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45

油

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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47

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；第四48

种冷

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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51

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52

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53

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54

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55

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56

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57

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

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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) 60

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

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（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 63

的要求。

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（2）按制造厂的规定安装全部冷却装置。

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（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66

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

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动(水冷的可手动)投入备用冷却器。

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（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。

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（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

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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

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制造厂规定)。当冷却介质温度较低时，顶层油温也相应降低。

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表2.1 油浸式变压器顶层油温一般限值