110kV變壓器風(fēng)機(jī)降噪改造探討

武興民　白亞為　齊強(qiáng)

摘 要：文章分析了110 kV變壓器風(fēng)機(jī)由側(cè)吹式改為底吹式安裝方式的散熱特點(diǎn)，通過計(jì)算和試驗(yàn)，確定了散熱器內(nèi)的風(fēng)速及風(fēng)機(jī)風(fēng)量，研制了低噪聲風(fēng)機(jī)和溫控變頻調(diào)速裝置，并在西安供電局進(jìn)行應(yīng)用?，F(xiàn)場應(yīng)用表明，研制成果顯著提高了風(fēng)機(jī)效率，降低了風(fēng)機(jī)噪聲，具有良好的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益。

關(guān)鍵詞：變壓器；風(fēng)機(jī)；降噪；變頻調(diào)速

中圖分類號(hào)：TM407 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-8937（2016）23-0087-03

1 概 述

110 kV變電站數(shù)目眾多，隨著城鎮(zhèn)化進(jìn)程的加快，與居民區(qū)的距離越來越近，變電站噪聲擾民問題越來越突出。變壓器風(fēng)機(jī)的噪聲過大是噪聲擾民的主要原因之一。

變壓器冷風(fēng)機(jī)以前常用側(cè)吹式安裝，由于冷卻風(fēng)向與熱空氣的流動(dòng)方向垂直，散熱效果較差，為滿足散熱要求，風(fēng)機(jī)風(fēng)量較大，噪聲也較大。風(fēng)機(jī)改為底吹式安裝后，冷卻風(fēng)向與熱空氣的方向一致，都是自下而上通過散熱器，提高了散熱效果，減小了所需風(fēng)量，從而降低了冷風(fēng)機(jī)的噪聲。

110 kV變壓器額定容量31 500～50 000 kVA。50 000 kVA變壓器，如圖1所示，油箱兩側(cè)各裝有六組散熱器，每組由24片寬520 mm、高2 000 mm的散熱片組成。改造前，兩側(cè)各裝三臺(tái)側(cè)吹式風(fēng)機(jī)；改造后，每兩組散熱器配一臺(tái)底吹式風(fēng)機(jī)，兩側(cè)各裝三臺(tái)，共六臺(tái)風(fēng)機(jī)。

2 散熱計(jì)算

變壓器的散熱方式主要包括輻射換熱和對流換熱，對流換熱包括自然對流和強(qiáng)制對流換熱。當(dāng)負(fù)載較小、氣溫較低時(shí)，冷風(fēng)機(jī)關(guān)停，散熱方式為輻射和自然對流換熱。

2.1 輻射換熱

3 散熱器內(nèi)空氣流速及風(fēng)機(jī)風(fēng)量的確定

風(fēng)機(jī)風(fēng)量指經(jīng)過葉輪的風(fēng)量，即葉輪出口面積乘以該處的平均風(fēng)速。當(dāng)氣流從風(fēng)機(jī)出口截面流向散熱器時(shí)，由于與周圍靜止空氣不斷發(fā)生質(zhì)量和動(dòng)量交換，帶動(dòng)周圍空氣流動(dòng)，使風(fēng)量和橫斷面積增大，流速下降。由于散熱器是開放式的，一部分氣流在散熱器外流動(dòng)，因此，根據(jù)散熱片之間的空氣流動(dòng)速度無法計(jì)算出風(fēng)機(jī)的流量。研究中，采用圖2所示的試驗(yàn)方法，先根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，選取安裝試驗(yàn)風(fēng)機(jī)6臺(tái)，調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速，采用風(fēng)速儀測得不同高度處散熱片間的風(fēng)速，當(dāng)平均風(fēng)速達(dá)到以上散熱計(jì)算中的要求時(shí)，再測出風(fēng)機(jī)風(fēng)量，由此參數(shù)進(jìn)行低噪聲風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)。開發(fā)出新型低噪聲風(fēng)機(jī)后，再按照該試驗(yàn)方法，安裝測試。散熱器風(fēng)速試驗(yàn)裝置示意圖，如圖2所示，改造前后的試驗(yàn)結(jié)果，見表1。

4 溫控變頻調(diào)速裝置的研制

風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)參數(shù)是根據(jù)高溫天氣、變壓器大負(fù)荷運(yùn)行時(shí)的散熱要求選取的。然而變壓器一年中大多數(shù)時(shí)間并不工作在大負(fù)荷和高溫天氣，即使在同一天的不同時(shí)間段，變壓器負(fù)荷和氣溫也不同。傳統(tǒng)的變壓器冷卻風(fēng)機(jī)采用定速運(yùn)行方式，在氣溫和負(fù)荷較低時(shí)存在電能浪費(fèi)、啟停次數(shù)多等缺陷，本項(xiàng)目增設(shè)了溫控變頻調(diào)速裝置，可以根據(jù)變壓器運(yùn)行中頂層油溫的變化，調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)的工作轉(zhuǎn)速，有利于節(jié)能、降噪和延長風(fēng)機(jī)的使用壽命。

使用熱電阻測量變壓器上層的油溫，經(jīng)溫度智能表轉(zhuǎn)換為4～20 mA的模擬量信號(hào)送到變頻器，控制變頻器的頻率輸出，從而自動(dòng)控制風(fēng)機(jī)運(yùn)行的轉(zhuǎn)速，變頻器的頻率控制設(shè)定為：當(dāng)變壓器上層油溫低于45 ℃時(shí)，變頻器輸出頻率為零，風(fēng)機(jī)停運(yùn)；當(dāng)變壓器上層油溫高于60 ℃時(shí)變頻器輸出頻率為50 Hz，風(fēng)機(jī)全速運(yùn)行；當(dāng)變壓器上層油溫在45 ～60 ℃之間時(shí)，變頻器輸出頻率為0～50 Hz，頻率與油溫成線性變化，風(fēng)機(jī)工作于變速運(yùn)行。

為了進(jìn)一步保證系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性，系統(tǒng)設(shè)置了變頻器故障時(shí)的旁路方式（手動(dòng)控制定速運(yùn)行方式）。正常運(yùn)行時(shí)應(yīng)投入電源開關(guān)并斷開旁路開關(guān)，系統(tǒng)處于自動(dòng)控制變頻方式，當(dāng)變頻器故障或希望風(fēng)機(jī)始終工作于定速方式時(shí)，應(yīng)斷開電源開關(guān)，然后利用旁路開關(guān)的投/退，可控制風(fēng)機(jī)的全速運(yùn)行或停止，使系統(tǒng)處于手動(dòng)控制定速運(yùn)行方式。

5 應(yīng)用情況

根據(jù)表1的計(jì)算結(jié)果，研制了6臺(tái)低噪聲軸流風(fēng)機(jī)和溫控變頻調(diào)速裝置，按照圖1所示的方式安裝在西安供電局雁塔變電站1號(hào)主變壓器上，風(fēng)機(jī)采用底吹式安裝。經(jīng)西安供電局現(xiàn)場測試，風(fēng)機(jī)全速運(yùn)行時(shí)，改造后變壓器總體噪聲降低12 dB（A）。經(jīng)過一年來的使用，變壓器及風(fēng)機(jī)運(yùn)行平穩(wěn)，滿足散熱要求。改造前后變壓器及風(fēng)機(jī)噪聲測試結(jié)果，見表2。

6 結(jié) 語

①變壓器風(fēng)機(jī)采用底吹式安裝，提高了散熱效果，減小了所需風(fēng)量，從而降低了風(fēng)機(jī)噪聲。

②采用溫控變頻調(diào)速裝置，有利于風(fēng)機(jī)節(jié)能、降噪和延長使用壽命。

③散熱器內(nèi)的風(fēng)速是計(jì)算散熱量的關(guān)鍵參數(shù)，取決于風(fēng)機(jī)的風(fēng)量。但是，由于散熱器內(nèi)空氣運(yùn)動(dòng)極為復(fù)雜，技術(shù)改造前后，都必須通過試驗(yàn)，確定風(fēng)機(jī)流量及散熱器內(nèi)的風(fēng)速，確保滿足變壓器的散熱要求。

④由于變壓器的散熱與負(fù)載、氣溫、風(fēng)機(jī)的安裝方式、散熱器的結(jié)構(gòu)和使用環(huán)境等因素有關(guān)，對不同變電站的變壓器散熱問題，需要進(jìn)行具體的計(jì)算分析和試驗(yàn)研究。

參考文獻(xiàn)：

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