探究500kV變壓器的冷卻方式

許宗陽

摘? 要：我國快速發展的國民經濟，使得各個行業內對于電能的需求數量逐漸得以增加，這也是我國電網建設得到進一步發展的原因所在。作為電網系統中重要組成部分之一的變電所，其內部變壓器的正常運行對于電力系統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的討論。

關鍵詞：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變為熱能的形式散發到外界之中，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，為了避免出現溫度過高的現象，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到空氣之中。而空氣側需要通過變壓器風扇的運轉吸入空氣，這些空氣在流過空氣管之后，吸收相應的熱量，最后吹出冷卻器，實現冷卻變壓器的目標。經過繞組內的油流是一種熱對流性質循環。

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。隨后空氣側借助變壓器風扇的運轉將空氣吸入，空氣在流經空氣管的時候，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，但流經繞組內部的油流的是一種強迫導向循環。

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，其本質就是內部的油自然性對流冷卻。變壓器油箱在變壓器運轉的過程中變壓器油會逐漸被加熱，密度就會出現相應的降低，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，接下來就是循環這個過程，這一方式最為突出的優勢就是噪音數值較小。

1.4 ONAF類型冷卻方式

這一類型的變壓器冷卻方式本質上就是變壓器油的自然循環，冷卻應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 循環方式上的差異

OFAF的變壓器冷卻方式，油流在流過繞組內部的過程中是一種熱對流循環形式，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施的變壓器油并沒有任何的直接關系，負載提升的情況下，溫差就會逐漸提升，循環效率也就會逐漸得以提升。而ODAF的變壓器冷卻方式中，流過線圈內的變壓器油流是一種強迫性的導向循環，變壓器油在線圈內的流動，是借助潛油泵和導油管的壓力實現的，與變壓器的負載之間沒有太大的關聯。

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動的影響，變壓器油的流動速度會出現相應的提升，在變壓器油流經過繞組內部諸如匝絕緣、絕緣板等各個固體性質絕緣件的過程中，就會因為彼此之間存在的強大摩擦作用而產生相應的靜電，在電荷不斷累積的情況下，就會引發變壓器局部區域的電場升高、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對應的油流帶電問題。這一問題的存在對于500kV變壓器的安全穩定運行有著較為顯著的影響，并且近些年來已經出現了一些由于油流靜電問題引發的故障問題，這一問題已經得到了社會范圍的廣泛關注。油流帶電和油流速度之間的有著較為緊密的關系，而使用ONAF的變壓器冷卻方式的情況下，由于經過繞組內的油流是一種熱對流性質循環，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 油內雜質上的差異

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部的，這也就導致任何可以進入油中的雜質都可以進入到線圈內部。而OFAF變壓器冷卻方式下的變壓器油流主要是在線圈內部分布，雜質很難進入到線圈之中，這一方式在維持關鍵絕緣部位清潔度上有著至關重要的作用。

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值的差值也較小，由此出發，借助線圈溫度平均數值表現允許溫度提升數值可以適當的有所增加。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線圈各個部分均勻冷卻持有懷疑態度，一旦在冷卻的過程中出現了無法照顧到的“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，當前開發出來的計算軟件，是以一個理想且簡化的模型為基礎建立的，導致其存在著較大的不確定性。

2.5 暫態運行上的差異

變壓器在正常的運行過程中，通常會出現如下兩種暫態運行情形：短時的超銘牌運行及突然喪失冷卻的運行。對于前者而言，和穩態運行的情況較為類似，在設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熱，泵發揮的只是間接作用，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勢在我國并沒有得到應有的發揮，反而是這一冷卻方式很容易帶來相應的油流靜電及雜質進入線圈問題。由此看來，ODAF類型的變壓器冷卻方式在我國境內需要慎用。

3 500kV變壓器冷卻系統的改進分析

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。只能夠反應在兩股交流進線空開下回路發生故障的跳閘及脫扣動作，當處于空開的狀態下，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，無法在監控后臺上體現，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開關壓板投入，就會在后臺發出警報的同時主變三側跳閘，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，根據現場施工條件選擇，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的問題，可以將相應繼電器的動合觸點相連接的空端子接入到監控后臺內部。

4 結束語

在變壓器的運行過程中，為了防止因為過熱引發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，本文通過從循環方式、油流帶電、油流雜質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用，在技術發展的支持下，ODAF冷卻方式必將得到大范圍應用。

參考文獻：

[1]張磊.500kV變壓器ODAF冷卻系統現場改型工藝及方法研究[J].內燃機與配件，2018（11）：81-85.

[2]500kV變壓器ODAF冷卻系統現場改型研究及應用[J].華北電力技術，2015（05）：71.

[3]董泉，杜書平，王志新，等.淺析500kV變壓器冷卻系統信號回路的改進[J].變壓器，2012，49（11）：48-49.

[4]盧洪鋒，鄭平，孟憲華.500kV自耦變壓器冷卻器異常情況的探討[J].浙江電力，2012，31（09）：24-26.