變壓器冷卻系統(tǒng)的案例
【原理】變壓器冷卻系統(tǒng)原理及控制
2、工作冷卻器控制：每個冷卻器都可用控制開關手柄位置來選擇冷卻器的工作狀態(tài)，即工作、輔助、備用、停運，運行靈活，易于檢修每個冷卻器。
3、冷卻器的油泵和風扇電動機回路設有單獨的接觸器和熱繼電器，能對電動機過負荷及斷相運行進行保護。另外每個冷卻器回路都裝設了自動開關，便于切換和對電動機進行短路保護。
4、備用冷卻器的控制：當運行中的工作、輔助冷卻器發(fā)生故障時，能自動啟用備用冷卻器。
5、輔助冷卻器的控制：變壓器上層油溫或繞組溫度達到一定值時，自動啟動尚未投入的輔助冷卻器。
6、變壓器投入電網(wǎng)時，冷卻系統(tǒng)可按負荷情況自動投入相應數(shù)量的冷卻器；切除變壓器及減負荷時，冷卻系統(tǒng)能自動切除全部或相應數(shù)量的冷卻器。
7、信號回路：所有運行中的冷卻器發(fā)生故障時，均能發(fā)出故障信號。
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油浸自冷式冷卻系統(tǒng)結構簡單、可靠性高，廣泛用于容量10，000kVA以下的變壓器。
圖1 油浸自冷式變壓器油流路徑
1一油箱；2一鐵芯與繞組；3一散熱管
2、油浸風冷式
油浸風冷式冷卻系統(tǒng)，也稱油自然循環(huán)、強制風冷式冷卻系統(tǒng)。它是在變壓器油箱的各個散熱器旁安裝一個至幾個風扇，把空氣的自然對流作用改變?yōu)閺娭茖α髯饔?，以增強散熱器的散熱能力。它與自冷式系統(tǒng)相比，冷卻效果可提高150％～200％，相當于變壓器輸出能力提高20％～40％。
當負載較小時，可停止風扇而使變壓器以自冷方式運行，當負載超過某一規(guī)定值，例如70％額定負載時，可使風扇自動投入運行。這種冷卻方式廣泛應用于10，000kVA以上的中等容量的變壓器。
圖2 強迫油循環(huán)風冷式冷卻系統(tǒng)結構
3、強迫油循環(huán)風冷式
強迫油循環(huán)風冷式冷卻系統(tǒng)用于大容量變壓器。這種冷卻系統(tǒng)是在油浸風冷式的基礎上，在油箱主殼體與帶風扇的散熱器（也稱冷卻器）的連接管道上裝有潛油泵。
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當負載較小時，可停止風扇而使變壓器以自冷方式運行，當負載超過某一規(guī)定值，例如70％額定負載時，可使風扇自動投入運行。這種冷卻方式廣泛應用于10，000kVA以上的中等容量的變壓器。
圖2 強迫油循環(huán)風冷式冷卻系統(tǒng)結構
3、強迫油循環(huán)風冷式
強迫油循環(huán)風冷式冷卻系統(tǒng)用于大容量變壓器。這種冷卻系統(tǒng)是在油浸風冷式的基礎上，在油箱主殼體與帶風扇的散熱器（也稱冷卻器）的連接管道上裝有潛油泵。油泵運轉時，強制油箱體內的油從上部吸入散熱器，再從變壓器的下部進入油箱體內，實現(xiàn)強迫油循環(huán)。冷卻的效果與油的循環(huán)速度有關。如圖2所示為大型變壓器使用的強迫油循環(huán)風冷式冷卻系統(tǒng)種的冷卻結構。
4、強迫油循環(huán)水冷
強迫油循環(huán)水冷卻系統(tǒng)由潛油泵、冷油器、油管道、冷卻水管道等組成。工作時，變壓器上部的油被油泵吸入后增壓，迫使油通過冷油器時，利用冷卻水冷卻油。因此，這種冷卻系統(tǒng)中，鐵芯和繞組的熱先傳給油，油中的熱再傳給冷卻水。這種冷卻方式效果很好，但變壓器的密封要求很高，而且冷卻過程中油壓必須高于冷卻水的壓力。如圖3所示強迫油循環(huán)水冷式冷卻系統(tǒng)結構。
圖3 強迫油循環(huán)水冷式冷卻系統(tǒng)結構
1－變壓器；2－潛油泵；3－冷油器；4－冷卻水管，5－油管道
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電力變壓器的冷卻系統(tǒng)包括兩部分：內部冷卻系統(tǒng)，它保證繞組、鐵芯的熱量散入到周圍的介質中；外部冷卻系統(tǒng)，保證介質中的熱散到變壓器外。根據(jù)變壓器容量的大小，介質和循環(huán)種類的不同，變壓器采用不同的冷卻方式。
【科普】你了解變壓器冷卻系統(tǒng)嗎？
圖2 強迫油循環(huán)風冷式冷卻系統(tǒng)結構
3、強迫油循環(huán)風冷式
強迫油循環(huán)風冷式冷卻系統(tǒng)用于大容量變壓器。這種冷卻系統(tǒng)是在油浸風冷式的基礎上，在油箱主殼體與帶風扇的散熱器（也稱冷卻器）的連接管道上裝有潛油泵。油泵運轉時，強制油箱體內的油從上部吸入散熱器，再從變壓器的下部進入油箱體內，實現(xiàn)強迫油循環(huán)。冷卻的效果與油的循環(huán)速度有關。如圖2所示為大型變壓器使用的強迫油循環(huán)風冷式冷卻系統(tǒng)種的冷卻結構。
4、強迫油循環(huán)水冷
強迫油循環(huán)水冷卻系統(tǒng)由潛油泵、冷油器、油管道、冷卻水管道等組成。工作時，變壓器上部的油被油泵吸入后增壓，迫使油通過冷油器時，利用冷卻水冷卻油。因此，這種冷卻系統(tǒng)中，鐵芯和繞組的熱先傳給油，油中的熱再傳給冷卻水。這種冷卻方式效果很好，但變壓器的密封要求很高，而且冷卻過程中油壓必須高于冷卻水的壓力。
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電力變壓器的冷卻系統(tǒng)包括兩部分：內部冷卻系統(tǒng)，它保證繞組、鐵芯的熱量散入到周圍的介質中；外部冷卻系統(tǒng)，保證介質中的熱散到變壓器外。根據(jù)變壓器容量的大小，介質和循環(huán)種類的不同，變壓器采用不同的冷卻方式。
【分析】變壓器冷卻系統(tǒng)介紹
來源：網(wǎng)絡
電力變壓器冷卻裝置的一般要求以及冷卻器的作用
變壓器冷卻器的工作原理
傳統(tǒng)的電力變壓器是由人工控制的風機，并且每一臺的變壓器都有6組的風冷式的電動機需要被控制，而每一組的風機是要依賴熱繼電器來實現(xiàn)的，風機電源的回路通過接觸器進行控制，風機通過對變壓器的油溫以及變壓器的過負荷進程測量，從而通過邏輯判斷來確定風機的啟動和停止。
對機械的觸點進行驅動主要靠的是人工機械觸點。這樣傳統(tǒng)的控制只有通過人工進行控制。但其最大的缺點是所有的風機都要同時的啟動和同時的停止，并且在啟動的時候其產生的沖擊電流比較大，時常會給電路中的元器件造成損害，當其溫度在45到55攝氏度的時候，常常采取的是全部工作投入的方式，這樣會帶來巨大的能源的浪費也會給設備的維護造成很大的困難。
一般的冷卻控制系統(tǒng)主要采用的元器件包括繼電器、熱繼電器以各種接觸性的邏輯電路控制系統(tǒng)，控制的邏輯十分復雜，在運行的實際過程中會出現(xiàn)接觸器多次的與觸點進行接觸和分離而造成的燒毀現(xiàn)象。并且風機也缺乏一些很必要的保護，如過載、缺相以及過載等，在實際的運行過程中會降低其運行的可靠性而無形中增加運行的成本。
強油強風冷變壓器冷卻器的組成元件
冷卻器由熱交換器，風扇，電動機，氣道，油泵油流指示器等組成。冷卻風扇是用于排出熱交換器中所發(fā)射出來的熱空氣。油泵裝在冷卻器的下部，使熱交換器的頂部油向下部循環(huán)。油流指示裝在冷卻器的下部較明顯的位置，以利于運行人員觀察油泵的運行狀態(tài)。
變壓器的油箱和冷卻裝置的作用
變壓器的油箱是變壓器的外殼，內裝鐵心、繞組和變壓器油，同時起一定的散熱作用。
展開 【科普】電力變壓器冷卻裝置的一般要求以及冷卻器的作用
b.強油循環(huán)的冷卻系統(tǒng)必須有兩個獨立的工作電源并能自動切換。
一文詳解電力變壓器冷卻裝置的一般要求以及冷卻器的作用
一般的冷卻控制系統(tǒng)主要采用的元器件包括繼電器、熱繼電器以各種接觸性的邏輯電路控制系統(tǒng)，控制的邏輯十分復雜，在運行的實際過程中會出現(xiàn)接觸器多次的與觸點進行接觸和分離而造成的燒毀現(xiàn)象。并且風機也缺乏一些很必要的保護，如過載、缺相以及過載等，在實際的運行過程中會降低其運行的可靠性而無形中增加運行的成本。
強油強風冷變壓器冷卻器的組成元件
冷卻器由熱交換器，風扇，電動機，氣道，油泵油流指示器等組成。冷卻風扇是用于排出熱交換器中所發(fā)射出來的熱空氣。油泵裝在冷卻器的下部，使熱交換器的頂部油向下部循環(huán)。油流指示裝在冷卻器的下部較明顯的位置，以利于運行人員觀察油泵的運行狀態(tài)。
變壓器的油箱和冷卻裝置的作用
變壓器的油箱是變壓器的外殼，內裝鐵心、繞組和變壓器油，同時起一定的散熱作用。
變壓器冷卻裝置的作用是，當變壓器上層油溫產生溫差時，通過散熱器形成油循環(huán)，使油經(jīng)散熱器冷卻后流回油箱，有降低變壓器油溫的作用。為提高冷卻效果，可采用風冷、強油風冷或強油水冷等措施。
來源：云漢芯城ICkey等網(wǎng)絡綜合
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變壓器冷卻裝置的作用是，當變壓器上層油溫產生溫差時，通過散熱器形成油循環(huán)，使油經(jīng)散熱器冷卻后流回油箱，有降低變壓器油溫的作用。為提高冷卻效果，可采用風冷、強油風冷或強油水冷等措施。
來源：網(wǎng)絡
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酯液變壓器冷卻風扇不同布置下的散熱特性
表1 4個散熱器布置3個冷卻風扇
表1 4個散熱器布置4個冷卻風扇
功率損耗會導致繞組絕緣退化，從而降低導體絕緣的抗拉強度和介電性能。對于變壓器設計工程師來說，由于絕緣材料的熱老化問題非常重要，因此預測變壓器不同線餅或線匝處的溫度分布是一個很有意義的問題。因此，在空氣自然冷卻(AN)和空氣強迫冷卻(AF)模式下，預測了變壓器LV、HV和分接繞組每個線餅內部的匝與匝間的溫度分布，如圖5所示。從圖5中可以看出，由于繞組內部功率損耗分布不均勻(主要是由于繞組渦流損耗)，繞組內部的溫度分布并不均勻。酯液的底油溫度比礦物油低。同時，在ONAN(礦物油)/ KNAN(酯液)和ONAF(礦物油)/ KNAF(酯液)條件下，酯液的頂油溫度高于礦物油。結果表明，酯類油的總體進油流量較低，導致低壓繞組和高壓繞組的熱點溫度升高。
在油浸自然冷卻模式下，油的流動主要受浮力和熱動力學的影響。由于壓力系統(tǒng)和熱力系統(tǒng)相互連通，因此無需分別考慮，因此在變壓器油自然冷卻模式下的油流量和傳熱的預測比油導向繞組更具有挑戰(zhàn)性。油體流動、溫度分布和熱點溫度主要受雷諾數(shù)(Pr，慣性與粘滯力之比)、普朗特數(shù)(Pp，動量與熱擴散系數(shù)之比)和格拉肖夫數(shù)(Pg，慣性與粘滯力之比)的無量綱參數(shù)控制。浮力與粘性力的比值)和雷諾數(shù)的平方，Pg/Pr2。在油自然冷卻模式下，Pg/Pr2是油液流動和溫度分布的主導因素，因為它提供了浮力與慣性力的比值。由于在油自然冷卻模式下，油流與換熱是強耦合的，Pr比Pp對估算繞組和油的油流和溫度分布更有影響。
圖5 變壓器冷卻風機水平布置H5下的溫度分布。
展開 干式變壓器的結構形式、冷卻方式、安裝與調試等知識詳述
9、電壓過高
當電源電壓過高時，會使變壓器過勵磁，響聲增大且尖銳。
10、繞組發(fā)生短路
當變壓器繞組發(fā)生層間或匝間短路而燒壞時，變壓器會發(fā)出“咕嘟咕嘟”的開水沸騰聲。
干式變壓器外部結構引起的噪音及解決方法
（1）干式變壓器一般都帶有風機冷卻系統(tǒng)，干式變壓器的異常噪音，也常常是風機系統(tǒng)的故障所引起的。風機主要有以下三類故障現(xiàn)象：
①風機投入使用時發(fā)出“噼里啪啦”金屬撞擊的聲音。這是風機里面有異物，這時需要對異物進行清理。
②風機剛啟動時就發(fā)出摩擦的聲音且持續(xù)不斷，這是風機本身的質量問題了，必須更換風機，保障風機系統(tǒng)的正常運行。
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對于干式變壓器，大家是否想要了解更多呢？下面賢集網(wǎng)小編來為大家詳細介紹干式變壓器的結構形式、冷卻方式、種類、和油浸式變壓器比較具有哪些優(yōu)點？安裝與調試、如何從聲音判斷故障、外部結構引起的噪音及解決方法、選用要點。一起來看看吧！
干式變壓器的結構形式
1、開啟式：是一種常用的形式，其器身與大氣直接接觸，適應于比較干燥而潔凈的室內，（環(huán)境溫度20度時，相對濕度不應超過85%），一般有空氣自冷和風冷兩種冷卻方式。
2、封閉式：器身處在封閉的外殼內，與大氣不直接接觸（由于密封、散熱條件差，主要用于礦用，屬于防爆型）。
3、澆注式：用環(huán)氧樹脂或其它樹脂澆注作為主絕緣，它結構簡單、體積小，適用于較小容量的變壓器。
干式變壓器的冷卻方式
干式變壓器冷卻方式分為自然空氣冷卻（AN）和強迫空氣冷卻（AF）。自然空冷時，變壓器可在額定容量下長期連續(xù)運行。強迫風冷時，變壓器輸出容量可提高50%。
展開 【探討】強迫油循環(huán)風冷變壓器冷卻器啟動回路精講
變壓器的銅損和鐵損消耗的能量絕大部分都轉化為熱量，造成了變壓器繞組及鐵芯溫度升高，而變壓器的絕緣壽命和溫度又密切相關，根據(jù)試驗得出，當平均溫度每升高10攝氏度時，油的劣化速度就會增加1.52倍。根據(jù)冷卻方式分類。目前電力系統(tǒng)運行中的變壓器以油浸自冷式、油浸風冷式及強迫油循環(huán)式三類為主。同樣環(huán)境下強迫油循環(huán)冷卻效果優(yōu)于油浸風冷，油浸風冷冷卻效果優(yōu)于油浸自冷。
大型變壓器為了提高容量、減少體積、重量和材料消耗大多會采用強迫油循環(huán)導向風冷方式，這種冷卻方式采用的是油泵導向強迫加速熱點油循環(huán)，經(jīng)風冷散熱器使變壓器冷卻效果提高。按照《變壓器運行規(guī)程》的相關規(guī)定，為防止變壓器油劣化過速，上層油溫一般度，不宜經(jīng)常超過85攝氏，多數(shù)變壓器因此設有過溫保護，當溫度達到設定值就會跳閘。一旦變壓器因油溫過高導致絕緣損壞事故或過溫跳閘，就會給系統(tǒng)的正常供電和安全運行帶來嚴重的影響，因此根據(jù)變壓器的容量及其重要程度，必須裝設良好且可靠的冷卻系統(tǒng)。
為了增強冷卻系統(tǒng)的可靠性進而提高變壓器的安全運行性能，往往采用多組冷卻器分別控制的設計方案，當某一組冷卻器故障時不影響其他冷卻器的運行，使得變壓器能夠最大程度上得到冷卻。分組的另外一個好處是運行檢修靈活，冷卻器一般分成4-12組，可以根據(jù)負荷即溫度來確定投入的組數(shù)，及低溫及低負荷時投入較少冷卻器，以免導致能源及冷卻器壽命的浪費，高溫及高負荷時投入較多組冷卻器及時降低主變溫度。
究竟需要投入多少臺冷卻器才能既滿足散熱需求又不至于造成能源浪費及冷卻器壽命減少，這要根據(jù)不同的廠家散熱器的性能而定，本文以某公司生產的OSFPS-750000/500變壓器為例，進行計算。
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