全密封變壓器波紋油箱有效散熱面的優(yōu)化設(shè)計策略

葛 臣

（山東玲瓏機電有限公司，山東 招遠(yuǎn) 265400）

全密封變壓器主要包括兩種結(jié)構(gòu)，一種為全充油式密封變壓器，另一種為帶氣墊全密封變壓器。兩者相對比，全充油式密封變壓器外形相對更為美觀，加工更為方便，并且波紋油箱壁具有較高的伸縮彈性，符合變壓器體積變化的需求。因此，該結(jié)構(gòu)形式的變壓器應(yīng)用得更為廣泛，但是部分設(shè)計人員在設(shè)計變壓器時，并未準(zhǔn)確地計算全密封變壓器波紋油箱散熱面積，阻礙了全密封變壓器的大范圍推廣，由此我們要進(jìn)一步優(yōu)化變熱器散熱面設(shè)計。

1 全密封變壓器的基本原理

變壓器波紋油箱的波紋板通常是由1 到1.5 毫米質(zhì)量較高的薄鋼板經(jīng)過壓力沖擊而形成的，薄板的四周為波紋筋，兩側(cè)為散熱面。受油收縮負(fù)壓或者油的膨脹正壓的影響，具有一定彈性的平面將向筋內(nèi)凹進(jìn)或者向筋外凸出，這些波紋筋的容積也會隨之減少或者增加，以此應(yīng)對油的體積變化。因為薄鋼板平面不管是凸出還是凹進(jìn)都是被動形成的，所以油箱內(nèi)腔一直處于滿油的狀態(tài)，全密封變壓器波紋油箱需要符合的要求主要包括以下兩點：

第一，波紋筋可以彈性地應(yīng)對因為有體積變化而產(chǎn)生的最大膨脹或者收縮量；

第二，在變壓器正常的使用壽命期間，波紋油箱必須可以承受得住不斷地被動凸出或者凹進(jìn)，保證油箱不會出現(xiàn)變形和滲漏的問題。據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)統(tǒng)計，如果波紋油箱可以在20 年內(nèi)承受得住每天一次的凸出或者凹進(jìn)變化，也就是總共可以承受7300 次的膨脹與收縮，便能夠滿足變壓器的使用壽命要求。

2 優(yōu)化全密封變壓器波紋油箱有效散熱面的策略

2.1 全密封變壓器波紋油箱有效散熱面優(yōu)化設(shè)計需要遵循的基本原則

全密封變壓器波紋油箱有效散熱總面積為：變壓器空載消耗和變壓器負(fù)載消耗的和除以散熱系數(shù)。設(shè)計波紋油箱有效散熱面積時需要遵循的基本原則包括以下兩個方面：一方面，波紋油箱有效散熱面的設(shè)計需要符合全密封變壓器的散熱需求[1]；另一方面，在設(shè)計波紋油箱有效散熱面時，應(yīng)該盡可能地先分析長邊方向需要添加的波紋片。如果在長邊方向添加了最大個數(shù)的波紋片，但是依然未達(dá)到全密封變壓器的要求，那么就需要在長邊方向和寬邊方向一同添加波紋片，以此更好地滿足變壓器的要求。在這一過程中，需要結(jié)合長邊方向和寬邊方向不同個數(shù)和波高波紋片的選取來獲得不同的散熱面積，以此保證設(shè)計出的全密封變壓器波紋油箱的有效散熱面不低于最小散熱面，同時還需要符合波紋油箱的溫升需求。

2.2 根據(jù)波紋板的運動規(guī)律優(yōu)化有效散熱面設(shè)計

全密封變壓器在正常運行的過程中，油平均溫度和油體積呈現(xiàn)出線性變化關(guān)系，并且油平均溫度的變化情況充分體現(xiàn)著油箱波紋筋兩側(cè)的凸出和凹進(jìn)的運動情況。油平均溫度的描述方式主要包括環(huán)境溫度和油的平均溫升，而每天環(huán)境溫度在自然條件下發(fā)生變化的規(guī)律與正弦曲線類似[2]，并且油每天的平均溫升也可以以每天為一周期通過正弦曲線來表示。如果環(huán)境溫度變化的正弦曲線和油日平均溫升的正弦曲線恰好同步疊加，那么油日平均溫升的波動幅度也就最大，而年度油平均溫升變化的規(guī)律則近似雙重正弦曲線。在這樣的情況下，波紋板的運動破壞性最大，所以在優(yōu)化全密封變壓器波紋油箱時，一定要準(zhǔn)確地計算波紋板的運動規(guī)律。按照國際規(guī)定，全密封變壓器所處環(huán)境的最高溫度不可以超過40 攝氏度，年平均溫度不可以超過20 攝氏度，最低氣溫不可以低于零下25 攝氏度，當(dāng)然這一規(guī)定適用的是戶外使用的全密封變壓器。油的平均溫升通常情況下不超過40 開爾文，那么油的平均溫度則不可以超過平均溫升加上40 卡爾文，最低溫度依然是不可以低于零下45 攝氏度。我國大多數(shù)地區(qū)每天的環(huán)境溫度差不會超過10 開爾文。

2.3 注重優(yōu)化波紋油箱的設(shè)計

通過人工的方式計算全密封變壓器波紋油箱有效散熱面積時十分的復(fù)雜，并且在整個計算的過程中存在很多重復(fù)性勞動，這對波紋油箱的優(yōu)化設(shè)計和全面推廣顯然是一種較大的阻礙。由于其中存在的各種弊端，所以在優(yōu)化波紋油箱設(shè)計的過程中，應(yīng)該加強C++語言的運用，這樣不單單可以很好地彌補人工計算中存在的諸多不足之處，同時還可以減少設(shè)計波紋油箱的時間，并且保證波紋油箱設(shè)計的準(zhǔn)確性，有助于波紋油箱的廣泛應(yīng)用和全面推廣[3]。波紋片的設(shè)計是波紋油箱設(shè)計中非常重要的一個環(huán)節(jié)，為此在優(yōu)化波紋油箱設(shè)計的過程中，一定要注重規(guī)范波紋片的設(shè)計流程：第一，準(zhǔn)確計算波紋片的參數(shù)；第二，合理選擇波紋片的設(shè)計方案，其中包括只有長方向分布的波紋片和長方向?qū)挿较螂p方向分布的波紋片；第三，合理選擇長方向的波紋片個數(shù)；第四，合理選擇短方向的波紋片個數(shù)；第五，準(zhǔn)確計算波紋片的波高；第六，將所有的計算結(jié)果存儲起來。其中波紋片設(shè)計方案的選擇，通常由長邊方向和寬邊方向波紋片的個數(shù)形成的散熱面是否可以很好地滿足全密封變壓器的散熱需求所決定。在利用C++進(jìn)行波紋油箱設(shè)計時，可以在C++界面將相關(guān)參數(shù)輸入其中，再單擊“計算”這一按鈕，這時計算機就會自動進(jìn)行運算，隨后單擊“顯示結(jié)果”，這時界面上就會顯示出相關(guān)的波高、片寬、長邊方向波紋片個數(shù)、寬邊方向波紋片個數(shù)和有效散熱面積，設(shè)計者便可以根據(jù)水要求自行選取這些數(shù)據(jù)信息。

2.4 保證全密封變壓器波紋油箱的緊固性

普通變壓器的油箱沿通常都是依靠螺栓聯(lián)接緊固的，而全密封變壓器波紋油箱沿不存在聯(lián)接孔，所以不能夠像普通變壓器一樣利用螺栓聯(lián)接緊固。因此，設(shè)計人員在設(shè)計全密封變壓器波紋油箱沿結(jié)構(gòu)時，可以通過緊固下上節(jié)油箱沿的方式，利用C 型卡具的安裝提高油箱的緊固性[4]。在這一過程中，設(shè)計者應(yīng)該根據(jù)油箱沿的厚度合理地選擇C型卡具的開口尺寸，并且還需要嚴(yán)格地校核C 型卡具的強度，確保其自身的強度可以滿足緊固油箱沿的需求。除此之外，還需要合理地選擇油箱沿密封件。一般情況下，設(shè)計人員在優(yōu)化波紋油箱有效散熱面積時，會選擇使用膠排密封件。以此保證C 型卡具的緊固性和尺寸均符合波紋油箱的緊固性要求，所以可以選擇使用具有較細(xì)直徑的耐油膠棒。

2.5 保證波紋油箱的真空強度

在優(yōu)化設(shè)計全密封變壓器波紋油箱有效散熱面的過程中，必須保證波紋油箱的真空強度。這就需要在緊固油箱沿以及精準(zhǔn)地定位變壓器位置后，通過相關(guān)試驗進(jìn)一步檢測油箱的真空強度，上節(jié)油箱沿的受力需要朝向油箱內(nèi)腔，所以上節(jié)油箱沿需要朝著內(nèi)腔的方向變化形狀，但是用于緊固的螺栓通常會局限油箱沿形狀的變化，這時就需要在設(shè)計時對螺栓實施剪切力，以此保證油箱沿的變形。全封閉變壓器波紋油箱不存在有緊固螺栓，其只能夠通過調(diào)節(jié)上節(jié)和下節(jié)油箱沿之間的摩擦力來控制油箱沿變形的方向[5]。在真空的作用下，上節(jié)油箱沿的密封墊會在壓縮過程中發(fā)生形狀變化，這時C 型卡具的緊固力便會有所降低，上節(jié)油箱和下節(jié)油箱沿之間產(chǎn)生的摩擦力也會有所降低。如果不及時采取相應(yīng)的措施進(jìn)行控制，很容易導(dǎo)致上下節(jié)油箱出現(xiàn)移位的情況。在大氣壓的作用下，上節(jié)油箱沿一般會突然朝著油箱內(nèi)腔的方向發(fā)生形狀變化，從而損害油箱，無從談及波紋油箱有效散熱面的優(yōu)化設(shè)計。所以在優(yōu)化設(shè)計全密封變壓器波紋油箱有效散熱面時，一定要保證油箱的真空強度，避免因為真空強度過大而導(dǎo)致油箱沿的形狀發(fā)生變化。因此，設(shè)計人員可以選擇在下節(jié)油箱內(nèi)腔內(nèi)安裝定位擋板，在高低壓側(cè)各安裝三到五件擋板，順著短軸的方向安裝一件擋板，以此防止油箱沿向著油箱內(nèi)腔發(fā)生形狀變化。為了避免在試驗的過程中造成油箱沿形狀變化，可以在油箱沿的外側(cè)焊接一個固定板，外部固定板的安裝需要對應(yīng)內(nèi)部擋板，并使用螺栓固定，以此避免外部出現(xiàn)油箱移位的情況，從而保證波紋油箱煙的有限散熱面。

3 結(jié)語

綜上所述，對于全密封變壓器波紋油箱來說，有效散熱面的設(shè)計直接影響著全密封變壓器性能的充分發(fā)揮和使用壽命。因此，為了保障全密封變壓器的性能和使命壽命，設(shè)計人員一定要優(yōu)化有效散熱器面積。在這一過程中，設(shè)計人員一定要認(rèn)識到人工計算存在的弊端，并加強先進(jìn)技術(shù)手段的運用，以此保證油箱散熱面的有效性。