110kV變壓器風機降噪改造探討

武興民　白亞為　齊強

摘 要：文章分析了110 kV變壓器風機由側吹式改為底吹式安裝方式的散熱特點，通過計算和試驗，確定了散熱器內的風速及風機風量，研制了低噪聲風機和溫控變頻調速裝置，并在西安供電局進行應用。現場應用表明，研制成果顯著提高了風機效率，降低了風機噪聲，具有良好的社會經濟效益。

關鍵詞：變壓器；風機；降噪；變頻調速

中圖分類號：TM407 文獻標識碼：A 文章編號：1006-8937（2016）23-0087-03

1 概 述

110 kV變電站數目眾多，隨著城鎮化進程的加快，與居民區的距離越來越近，變電站噪聲擾民問題越來越突出。變壓器風機的噪聲過大是噪聲擾民的主要原因之一。

變壓器冷風機以前常用側吹式安裝，由于冷卻風向與熱空氣的流動方向垂直，散熱效果較差，為滿足散熱要求，風機風量較大，噪聲也較大。風機改為底吹式安裝后，冷卻風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，減小了所需風量，從而降低了冷風機的噪聲。

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，兩側各裝三臺側吹式風機；改造后，每兩組散熱器配一臺底吹式風機，兩側各裝三臺，共六臺風機。

2 散熱計算

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制對流換熱。當負載較小、氣溫較低時，冷風機關停，散熱方式為輻射和自然對流換熱。

2.1 輻射換熱

3 散熱器內空氣流速及風機風量的確定

風機風量指經過葉輪的風量，即葉輪出口面積乘以該處的平均風速。當氣流從風機出口截面流向散熱器時，由于與周圍靜止空氣不斷發生質量和動量交換，帶動周圍空氣流動，使風量和橫斷面積增大，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，因此，根據散熱片之間的空氣流動速度無法計算出風機的流量。研究中，采用圖2所示的試驗方法，先根據經驗，選取安裝試驗風機6臺，調節風機轉速，采用風速儀測得不同高度處散熱片間的風速，當平均風速達到以上散熱計算中的要求時，再測出風機風量，由此參數進行低噪聲風機設計。開發出新型低噪聲風機后，再按照該試驗方法，安裝測試。散熱器風速試驗裝置示意圖，如圖2所示，改造前后的試驗結果，見表1。

4 溫控變頻調速裝置的研制

風機設計參數是根據高溫天氣、變壓器大負荷運行時的散熱要求選取的。然而變壓器一年中大多數時間并不工作在大負荷和高溫天氣，即使在同一天的不同時間段，變壓器負荷和氣溫也不同。傳統的變壓器冷卻風機采用定速運行方式，在氣溫和負荷較低時存在電能浪費、啟停次數多等缺陷，本項目增設了溫控變頻調速裝置，可以根據變壓器運行中頂層油溫的變化，調節風機的工作轉速，有利于節能、降噪和延長風機的使用壽命。

使用熱電阻測量變壓器上層的油溫，經溫度智能表轉換為4～20 mA的模擬量信號送到變頻器，控制變頻器的頻率輸出，從而自動控制風機運行的轉速，變頻器的頻率控制設定為：當變壓器上層油溫低于45 ℃時，變頻器輸出頻率為零，風機停運；當變壓器上層油溫高于60 ℃時變頻器輸出頻率為50 Hz，風機全速運行；當變壓器上層油溫在45 ～60 ℃之間時，變頻器輸出頻率為0～50 Hz，頻率與油溫成線性變化，風機工作于變速運行。

為了進一步保證系統運行的可靠性，系統設置了變頻器故障時的旁路方式（手動控制定速運行方式）。正常運行時應投入電源開關并斷開旁路開關，系統處于自動控制變頻方式，當變頻器故障或希望風機始終工作于定速方式時，應斷開電源開關，然后利用旁路開關的投/退，可控制風機的全速運行或停止，使系統處于手動控制定速運行方式。

5 應用情況

根據表1的計算結果，研制了6臺低噪聲軸流風機和溫控變頻調速裝置，按照圖1所示的方式安裝在西安供電局雁塔變電站1號主變壓器上，風機采用底吹式安裝。經西安供電局現場測試，風機全速運行時，改造后變壓器總體噪聲降低12 dB（A）。經過一年來的使用，變壓器及風機運行平穩，滿足散熱要求。改造前后變壓器及風機噪聲測試結果，見表2。

6 結 語

①變壓器風機采用底吹式安裝，提高了散熱效果，減小了所需風量，從而降低了風機噪聲。

②采用溫控變頻調速裝置，有利于風機節能、降噪和延長使用壽命。

③散熱器內的風速是計算散熱量的關鍵參數，取決于風機的風量。但是，由于散熱器內空氣運動極為復雜，技術改造前后，都必須通過試驗，確定風機流量及散熱器內的風速，確保滿足變壓器的散熱要求。

④由于變壓器的散熱與負載、氣溫、風機的安裝方式、散熱器的結構和使用環境等因素有關，對不同變電站的變壓器散熱問題，需要進行具體的計算分析和試驗研究。

參考文獻：

[1] 黃倫，武興民，張燕濤.風冷式電力變壓器散熱計算的探討[J].陜西電力，

2007，（1）：50-52.

[2] 楊世銘，陶文銓.傳熱學[M].北京：高等教育出版社，1998.