探究500kV變壓器的冷卻方式

許宗陽

摘? 要：我國快速發(fā)展的國民經(jīng)濟，使得各個行業(yè)內(nèi)對于電能的需求數(shù)量逐漸得以增加，這也是我國電網(wǎng)建設(shè)得到進一步發(fā)展的原因所在。作為電網(wǎng)系統(tǒng)中重要組成部分之一的變電所，其內(nèi)部變壓器的正常運行對于電力系統(tǒng)的運行有著極為顯著的影響。變壓器的正常運行需要合理的控制溫度，避免溫度過高，在這個過程中就需要選擇合適的冷卻方式來幫助變壓器降溫。基于此，文章圍繞著500kV變壓器冷卻方式展開了相應(yīng)的討論。

關(guān)鍵詞：500kV變壓器;冷卻方式;對比

中圖分類號：TM4 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2020）22-0114-02

Abstract： With the rapid development of China's national economy， the demand for electric energy in various industries has gradually increased， which is also the reason for the further development of power grid construction in our country. As an important part of the power grid system， the normal operation of its internal transformer has a very significant impact on the operation of the power system. The normal operation of the transformer needs reasonable temperature control to avoid excessive temperature. In this process， it is necessary to choose a suitable cooling method to help the transformer cool down. Based on this， this paper discusses the cooling mode of 500kV transformer.

Keywords： 500kV transformer; cooling mode; contrast

變壓器在實際的運行過程中，因為存在著或多或少的鐵耗以及銅耗，并且這些損耗最終都會轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮艿男问缴l(fā)到外界之中，也正是因為這些熱能的存在，才導致變壓器在運行中溫度會不斷提升，為了避免出現(xiàn)溫度過高的現(xiàn)象，為此，就需要選用合適的冷卻方式，針對變壓器進行降溫處理，從而維護其正常運行及使用壽命。

1 變壓器冷卻方式

1.1 OFAF類型冷卻方式

這一類型的變壓器冷卻方式就是使用油泵把變壓器上部分的熱油泵到冷卻器內(nèi)部，這些熱油在流過冷卻管之后，將本身攜帶的熱量傳遞到冷卻管上，交由冷卻管將熱量散發(fā)到空氣之中。而空氣側(cè)需要通過變壓器風扇的運轉(zhuǎn)吸入空氣，這些空氣在流過空氣管之后，吸收相應(yīng)的熱量，最后吹出冷卻器，實現(xiàn)冷卻變壓器的目標。經(jīng)過繞組內(nèi)的油流是一種熱對流性質(zhì)循環(huán)。

1.2 ODAF類型冷卻方式

這一種類型的變壓器冷卻方式，同樣是借助油泵在冷卻器的內(nèi)部吸入變壓器的上部分的熱油，熱油流過冷卻管的時候，將熱量傳遞給冷卻管，由冷卻管將熱量傳遞到空氣之中。隨后空氣側(cè)借助變壓器風扇的運轉(zhuǎn)將空氣吸入，空氣在流經(jīng)空氣管的時候，熱量由空氣管吸收將之排放到冷卻器外部，從而幫助變壓器降溫，但流經(jīng)繞組內(nèi)部的油流的是一種強迫導向循環(huán)。

1.3 ONAN類型冷卻方式

這一類型的變壓器冷卻方式又被稱為油浸自冷，其本質(zhì)就是內(nèi)部的油自然性對流冷卻。變壓器油箱在變壓器運轉(zhuǎn)的過程中變壓器油會逐漸被加熱，密度就會出現(xiàn)相應(yīng)的降低，油流就會逐漸上升，在這個過程中，借助散熱裝置或者是油箱壁的散熱，將熱量逐漸傳出，此時變壓器的油溫度就會逐漸下降，密度就會逐漸增大，油流就會逐漸的下流，接下來就是循環(huán)這個過程，這一方式最為突出的優(yōu)勢就是噪音數(shù)值較小。

1.4 ONAF類型冷卻方式

這一類型的變壓器冷卻方式本質(zhì)上就是變壓器油的自然循環(huán)，冷卻應(yīng)用的空氣則是借助風扇吹往散熱器上，但是因為空氣自身的流動速率相對較高，導致空氣側(cè)的傳熱有所提升。較之ONAN的變壓器冷卻方式，ONAF散熱器表面的對流傳熱率的會有2到3倍的提升。

2 500kV變壓器常用的OFAF及ODAF冷卻方式對比分析

2.1 循環(huán)方式上的差異

OFAF的變壓器冷卻方式，油流在流過繞組內(nèi)部的過程中是一種熱對流循環(huán)形式，變壓器油在線圈中流動的時候主要原因是線圈本身的發(fā)熱，并且流過線圈的變壓器油流量是會隨著負載的變化而變化的，和使用油泵抽出的流過冷卻設(shè)施的變壓器油并沒有任何的直接關(guān)系，負載提升的情況下，溫差就會逐漸提升，循環(huán)效率也就會逐漸得以提升。而ODAF的變壓器冷卻方式中，流過線圈內(nèi)的變壓器油流是一種強迫性的導向循環(huán)，變壓器油在線圈內(nèi)的流動，是借助潛油泵和導油管的壓力實現(xiàn)的，與變壓器的負載之間沒有太大的關(guān)聯(lián)。

2.2 油流帶電上的差異

使用ODAF方式冷卻變壓器的過程中，由于受到的導向裝置驅(qū)動的影響，變壓器油的流動速度會出現(xiàn)相應(yīng)的提升，在變壓器油流經(jīng)過繞組內(nèi)部諸如匝絕緣、絕緣板等各個固體性質(zhì)絕緣件的過程中，就會因為彼此之間存在的強大摩擦作用而產(chǎn)生相應(yīng)的靜電，在電荷不斷累積的情況下，就會引發(fā)變壓器局部區(qū)域的電場升高、電場畸變等問題，繼而在絕緣局部的放電量增加的情況下引發(fā)對應(yīng)的油流帶電問題。這一問題的存在對于500kV變壓器的安全穩(wěn)定運行有著較為顯著的影響，并且近些年來已經(jīng)出現(xiàn)了一些由于油流靜電問題引發(fā)的故障問題，這一問題已經(jīng)得到了社會范圍的廣泛關(guān)注。油流帶電和油流速度之間的有著較為緊密的關(guān)系，而使用ONAF的變壓器冷卻方式的情況下，由于經(jīng)過繞組內(nèi)的油流是一種熱對流性質(zhì)循環(huán)，為此，油和絕緣體之間的相對速度有著顯著的降低，完全不需要擔心油流帶電問題。

2.3 油內(nèi)雜質(zhì)上的差異

ODAF變壓器冷卻方式下的全部變壓器油是直接打入到線圈內(nèi)部的，這也就導致任何可以進入油中的雜質(zhì)都可以進入到線圈內(nèi)部。而OFAF變壓器冷卻方式下的變壓器油流主要是在線圈內(nèi)部分布，雜質(zhì)很難進入到線圈之中，這一方式在維持關(guān)鍵絕緣部位清潔度上有著至關(guān)重要的作用。

2.4 冷卻作用上的差異

ODAF變壓器冷卻方式下的線圈具備較為強烈的冷卻作用，并且上下部分的溫度差異也較小，從理論角度上來看，熱點溫度和線圈溫度的平均數(shù)值的差值也較小，由此出發(fā)，借助線圈溫度平均數(shù)值表現(xiàn)允許溫度提升數(shù)值可以適當?shù)挠兴黾?。在ICE的標準中，對于ODAF變壓器冷卻方式下的線圈溫度提升限值為70K，而OFAF變壓器冷卻方式下溫度提升限值為65K。但在我國的相關(guān)標準，卻并未完全采納這一標準，而是將兩種變壓器冷卻方式下的線圈溫度提升限值都限定在65K上。之所以采用這樣的標準，主要是因為用戶對于制造方在ODAF的冷卻方式下能否實現(xiàn)線圈各個部分均勻冷卻持有懷疑態(tài)度，一旦在冷卻的過程中出現(xiàn)了無法照顧到的“死角”，這對于絕緣體而言是十分不利的。實際上，變壓器內(nèi)部的油流情形是較為復雜的，油流的速度過快，就會導致可控性越來越差，當前開發(fā)出來的計算軟件，是以一個理想且簡化的模型為基礎(chǔ)建立的，導致其存在著較大的不確定性。

2.5 暫態(tài)運行上的差異

變壓器在正常的運行過程中，通常會出現(xiàn)如下兩種暫態(tài)運行情形：短時的超銘牌運行及突然喪失冷卻的運行。對于前者而言，和穩(wěn)態(tài)運行的情況較為類似，在設(shè)計可靠性較高的前提下，ODAF及OFAF兩種的變壓器冷卻方式在性能上都有著一定的保障，但需要注意的一點就是將短時的超銘牌運行時長做出明確的規(guī)定。而對于后者而言，OFAF變壓器冷卻方式下的線圈冷卻，本身就依賴于線圈自身的發(fā)熱，泵發(fā)揮的只是間接作用，在油泵停止工作之后，線圈自身的冷卻狀況依舊還會持續(xù)一段時間。ODAF變壓器冷卻方式下的線圈冷卻則是完全依賴于泵，在油泵停止工作之后，線圈的冷卻狀況就會出現(xiàn)實時的變化。

通過這幾個方面的對比，不難看出，在變壓器的冷卻效果上ODAF要顯著好于OFAF，在ICE的標準中，對于ODAF變壓器冷卻方式下的線圈溫度提升限值為70K，而OFAF變壓器冷卻方式下的溫度提升限值為65K。但在我國的相關(guān)標準中是將兩種變壓器冷卻方式下的線圈溫度提升限值都限定在65K上。ODAF類型的變壓器冷卻方式的優(yōu)勢在我國并沒有得到應(yīng)有的發(fā)揮，反而是這一冷卻方式很容易帶來相應(yīng)的油流靜電及雜質(zhì)進入線圈問題。由此看來，ODAF類型的變壓器冷卻方式在我國境內(nèi)需要慎用。

3 500kV變壓器冷卻系統(tǒng)的改進分析

3.1 通常存在的問題

就當前的500kV變壓器冷卻系統(tǒng)看來，其中主要存在著如下幾個方面的問題：第一，主用及備用電源信號故障。只能夠反應(yīng)在兩股交流進線空開下回路發(fā)生故障的跳閘及脫扣動作，當處于空開的狀態(tài)下，由于人為的誤分、其上口及電源端的回路故障的影響，導致其上一級的空開跳閘，無法在監(jiān)控后臺上體現(xiàn)，再加之運行人員無法及時這一問題，就會導致冷卻風扇全停跳閘出口的延時，如若冷控失電跳三側(cè)開關(guān)壓板投入，就會在后臺發(fā)出警報的同時主變?nèi)齻?cè)跳閘，導致喪失處理機會。第二，風扇或油泵的工作信號只會體現(xiàn)在風冷控制箱面板上，導致運行人員無法實時掌控，對于此二者依靠溫度負載啟動這一特點而言，在一些特殊情況及處于負載高峰值的情況下，需要手動檢查冷卻器的啟動與否，這一項工作的存在，將會使得自動化水平較高的綜合性變電站的工作效率及自動化程度有所降低，同時也為整個變電站的穩(wěn)定安全運行埋下了安全隱患。

3.2 改進的具體措施

針對上面提及的變壓器冷卻系統(tǒng)問題，提出了如下解決方案：第一，主用及備用交流電源信號反應(yīng)故障的解決方案。通過加入時間繼電器即可解決，具體型號及接入方式，根據(jù)現(xiàn)場施工條件選擇，但需要注意的一點就是選用的時間繼電器可以躲過雙電源處于自動切換狀態(tài)下的交流接觸器在短時失電情況下的同時閉合時長，一般為3秒鐘左右。第二，解決風扇或油泵的工作信號只會在風冷控制箱面板上體現(xiàn)的問題，可以將相應(yīng)繼電器的動合觸點相連接的空端子接入到監(jiān)控后臺內(nèi)部。

4 結(jié)束語

在變壓器的運行過程中，為了防止因為過熱引發(fā)的故障及損害使用壽命的問題，就需要使用合適的冷卻方式幫助其降溫。對于500kV的變壓器而言，最為常用的冷卻方式就是OFAF及ODAF兩種，本文通過從循環(huán)方式、油流帶電、油流雜質(zhì)等五個方面進行二者的對比，ODAF的效果顯著好于OFAF，但因為各種原因的影響，ODAF在我國并沒有得到廣泛應(yīng)用，在技術(shù)發(fā)展的支持下，ODAF冷卻方式必將得到大范圍應(yīng)用。

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