關于干式變壓器冷卻方式及改進若干問題探討

易吉良

摘要：隨著我國社會經濟和工業制造水平的不斷提升，國內各個地區電網建設工作越來越具規模化，干式變壓器的使用需求也不斷增加。在電網系統運行過程中干式變壓器的溫度過高往往會導致故障甚至事故的發生。基于此，本文對干式變壓器冷卻相關話題進行詳細闡述，并提成了一些干式變壓器冷卻的改進措施，通過控制干式變壓器的運行溫度使冷卻系統得到合理的利用，從而使提高了干式變壓器安全性以及使用年限。

關鍵詞：干式變壓器;冷卻系統;控制方式;改進措施

近年來，隨著綠色工業節能減排理念不斷深化，節能環保越來越受到社會關注和重視，對于變壓器制造行業，我國相關部門也頒布了相應的文件以規范變壓器的能效標準、環境噪音等級，二氧化碳排放量等各項指標，例如在2013年6月頒布的GB20052-2013《三相配電變壓器能效限定值及能效等級》。油浸式變壓器在安全、環保方面會有很多問題，而干式變壓器絕緣介質為空氣，不存在滲漏油問題，而且運行維護簡單。在我國干式變壓器產量占配電變壓器的百分比在逐年上升，特別是在一些特殊領域，如變頻移相整流變壓器、光伏發電用變壓器等。做好干式變壓器的冷卻系統及優化對我國社會經濟以及電網工程的可持續發資都有著不可忽略的重大意義。

一、干式變壓器的類別特點及冷卻方式

按制造工藝可分為非包封空氣絕緣干式變壓器和樹脂絕緣干式變壓器，根據IEC標準、絕緣材料的溫度等級，干式變壓器可分為6類，如表1所示：

干式變壓器是依靠空氣對流進行冷卻的變壓器，簡單的說干式變壓器就是指鐵芯和繞組不浸漬在絕緣油中的變壓器，冷卻方式分為自然空氣冷卻（AN）和強迫空氣冷卻（AF）。自然空冷時，變壓器可在額定容量下長期連續運行。強迫風冷時，變壓器輸出容量可提高50%。適用于斷續過負荷運行，或應急事故過負荷運行;由于過負荷時負載損耗和阻抗電壓增幅較大，處于非經濟運行狀態，故不應使其處于長時間連續過負荷運行。干式變壓器接近負荷中心，往往被裝設到戶內。變壓器正常運行時，特別是長時間或過負荷工作后，由于自身殼體密封較好或工作環境溫度較高，變壓器產生的大量熱量無法迅速散出，使變壓器溫度急劇升高，加速絕緣老化甚至可能使變壓器受到損壞，嚴重時導致上級供電系統全停。為了保證變壓器在運行時繞組及鐵芯溫度保持正常，溫升在合理范圍，需要對某些不符合上述條件的變壓器進行冷卻系統改造，保證變壓器的工作溫度在其工作范圍內。

二、干式變壓器溫度升高的原因分析

干式變壓器溫升的主要原因是由變壓器運行中所產生的損耗引起的。變壓器運行時產生的損耗轉化為熱量，使溫度升高，熱量向周圍以傳導、對流和輻射的方式擴散。由于低壓繞組處于鐵芯和高壓繞組的內部，其散熱方式主要是通過氣道內與空氣的對流進行，但是由于氣道內空氣流速有限，故散熱性能欠佳。而高壓繞組處于外側，不僅可以通過與空氣對流散熱，還可以采取輻射方式來散熱，散熱條件明顯好于低壓繞組。在干式變壓器的溫度變化中，外殼散熱好壞是影響溫度上升的主要原因。干式變壓器外殼如果通風不暢，殼內空氣無法實現有效流動，將在很大程度上影響殼內溫度的散失，導致殼內溫度不斷上升。干式變壓器散熱方式為自然風冷（AN），結構較為密閉，只有四周上、下部分采用密孔通風，散熱條件較差。環境因素也是影響變壓器溫升的一個方面。當夏季氣溫達到最高的時候，電氣負荷也達到了最大值或短時過負荷，如果周圍設備較多，空氣流通不良，環境溫度較高，這樣導致的變壓器溫度快速升高。另外，變壓器運行時間過長，部分元件如絕緣件及鐵芯絕緣的逐漸老化導致其鐵、銅損加大，也會造成了變壓器的運行溫度上升。

三、干式變壓器的散熱與過載能力改進措施

3.1 干式變壓器的散熱改進

干式變壓器的電磁載體，如鐵心、繞組以及漏磁場所能交鏈的結構件等，均為發熱體，其中鐵心和繞組為主要的發熱體。其產生的熱量通過熱傳導、對流和輻射形式直接散于周圍的冷卻介質（空氣）中去。非包封空氣絕緣干式變壓器可直接探測繞組各點溫度，控制熱點溫度。樹脂絕緣干式變壓器繞組被環氧樹脂層所包封，繞組各點溫度不便于直接探測，熱點溫度不易控制。在干式變外殼外側裝設兩臺風機，之間通過風道聯通，可以兩臺同時運行，亦可互為備用。風機進風口裝粗濾網，出風口裝細濾網，出風口裝設蝶閥，可以將任意一臺風機隔離出來檢修。在干式變三相高、低壓繞組下方開若干圓孔，邊上裝設導流板，使風吹向繞組冷卻風槽，從而保證散熱效果最佳。風道連通，可以互為備用。其優點主要是風機置于干式變外殼的外側，運行狀況隨時可以檢測，檢修方便，具體結構見圖1：

3.2 干式變壓器的過載利用

通過散熱能力分析，非包封空氣絕緣干式變壓器具有顯著優勢，良好的散熱能力是高過載能力的一個必備條件。非包封空氣絕緣干式變壓器最高耐熱等級為R級，樹脂絕緣干式變壓器最高耐熱等級為H級。依據國家標準，同樣制造H級干式變壓器，非包封空氣絕緣干式變壓器約有20%的過載能力。干式變壓器的過載能力與環境溫度、過載前負荷（初始負荷）、變壓器的絕緣散熱量和加熱時間常數有關。變壓器容量的選擇計算可以減少一些軋鋼的考慮，焊接等設備的沖擊過載的可能性，充分利用干式變壓器的過載能力強，降低變壓器的容量;利用干式變壓器的過載能力，在考慮其備用容量時可予以壓縮;在確定備用臺數時亦可減少。變壓器處于過載運行時，一定要注意監測其運行溫度：若溫度上升達155℃（有報警發出）即應采取減載措施（減去某些次要負荷），以確保對主要負荷的安全供電。

3.3干式變壓器的合理低壓出線

短接變壓器的“輸入”與“輸出”接線端子用兆歐表測試其與地線的絕緣電阻。1000V兆歐表測量時，阻值大于2M歐姆。變壓器輸入、輸出電源線截面配線應滿足其電流值大小的要求;按照2-2.5A/min2電流密度配置為宜。輸入、輸出三相電源線應按變壓器接線板母線顏色黃、綠、紅分別接A相、B相、C相，零線應與變壓器中性零線相接，接地線、變壓器外殼以及變壓器中心點相連接.平常我們說的地線與零線都是從變壓器中性點引出的。（如變壓器有機箱應與箱體地線標志對應相連接）。檢查輸入輸出線，確認正確無誤。先空載通電，觀察測試輸入輸出電壓符合要求。同時觀察機器內部是否有異響、打火、異味等非正常現象，若有異常，請立即斷開輸入電源。當空載測試完成且正常后，方可接入負載。

四、結語

總之，干式變壓器的運行溫度高低對其使用壽命及安全運行起決定性的作用，干式變壓器冷卻系統的效率及可靠性，是降低變壓器運行溫度的必不可少的手段，因此對于變壓器冷卻系統改造，降低變壓器運行溫度是能夠確保設備可靠安全運行措施。

參考文獻：

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