全密封變壓器波紋油箱有效散熱面的優化設計策略

葛 臣

（山東玲瓏機電有限公司，山東 招遠 265400）

全密封變壓器主要包括兩種結構，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，該結構形式的變壓器應用得更為廣泛，但是部分設計人員在設計變壓器時，并未準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，由此我們要進一步優化變熱器散熱面設計。

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 毫米質量較高的薄鋼板經過壓力沖擊而形成的，薄板的四周為波紋筋，兩側為散熱面。受油收縮負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凹進或者向筋外凸出，這些波紋筋的容積也會隨之減少或者增加，以此應對油的體積變化。因為薄鋼板平面不管是凸出還是凹進都是被動形成的，所以油箱內腔一直處于滿油的狀態，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對因為有體積變化而產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，保證油箱不會出現變形和滲漏的問題。據相關數據統計，如果波紋油箱可以在20 年內承受得住每天一次的凸出或者凹進變化，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化設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載消耗的和除以散熱系數。設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計需要符合全密封變壓器的散熱需求[1]；另一方面，在設計波紋油箱有效散熱面時，應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的波紋片，但是依然未達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，需要結合長邊方向和寬邊方向不同個數和波高波紋片的選取來獲得不同的散熱面積，以此保證設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 根據波紋板的運動規律優化有效散熱面設計

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出線性變化關系，并且油平均溫度的變化情況充分體現著油箱波紋筋兩側的凸出和凹進的運動情況。油平均溫度的描述方式主要包括環境溫度和油的平均溫升，而每天環境溫度在自然條件下發生變化的規律與正弦曲線類似[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，所以在優化全密封變壓器波紋油箱時，一定要準確地計算波紋板的運動規律。按照國際規定，全密封變壓器所處環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，當然這一規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。我國大多數地區每天的環境溫度差不會超過10 開爾文。

2.3 注重優化波紋油箱的設計

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雜，并且在整個計算的過程中存在很多重復性勞動，這對波紋油箱的優化設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，所以在優化波紋油箱設計的過程中，應該加強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，同時還可以減少設計波紋油箱的時間，并且保證波紋油箱設計的準確性，有助于波紋油箱的廣泛應用和全面推廣[3]。波紋片的設計是波紋油箱設計中非常重要的一個環節，為此在優化波紋油箱設計的過程中，一定要注重規范波紋片的設計流程：第一，準確計算波紋片的參數；第二，合理選擇波紋片的設計方案，其中包括只有長方向分布的波紋片和長方向寬方向雙方向分布的波紋片；第三，合理選擇長方向的波紋片個數；第四，合理選擇短方向的波紋片個數；第五，準確計算波紋片的波高；第六，將所有的計算結果存儲起來。其中波紋片設計方案的選擇，通常由長邊方向和寬邊方向波紋片的個數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++進行波紋油箱設計時，可以在C++界面將相關參數輸入其中，再單擊“計算”這一按鈕，這時計算機就會自動進行運算，隨后單擊“顯示結果”，這時界面上就會顯示出相關的波高、片寬、長邊方向波紋片個數、寬邊方向波紋片個數和有效散熱面積，設計者便可以根據水要求自行選取這些數據信息。

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接緊固的，而全密封變壓器波紋油箱沿不存在聯接孔，所以不能夠像普通變壓器一樣利用螺栓聯接緊固。因此，設計人員在設計全密封變壓器波紋油箱沿結構時，可以通過緊固下上節油箱沿的方式，利用C 型卡具的安裝提高油箱的緊固性[4]。在這一過程中，設計者應該根據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，設計人員在優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直徑的耐油膠棒。

2.5 保證波紋油箱的真空強度

在優化設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地定位變壓器位置后，通過相關試驗進一步檢測油箱的真空強度，上節油箱沿的受力需要朝向油箱內腔，所以上節油箱沿需要朝著內腔的方向變化形狀，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，其只能夠通過調節上節和下節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，上節油箱沿的密封墊會在壓縮過程中發生形狀變化，這時C 型卡具的緊固力便會有所降低，上節油箱和下節油箱沿之間產生的摩擦力也會有所降低。如果不及時采取相應的措施進行控制，很容易導致上下節油箱出現移位的情況。在大氣壓的作用下，上節油箱沿一般會突然朝著油箱內腔的方向發生形狀變化，從而損害油箱，無從談及波紋油箱有效散熱面的優化設計。所以在優化設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致油箱沿的形狀發生變化。因此，設計人員可以選擇在下節油箱內腔內安裝定位擋板，在高低壓側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腔發生形狀變化。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焊接一個固定板，外部固定板的安裝需要對應內部擋板，并使用螺栓固定，以此避免外部出現油箱移位的情況，從而保證波紋油箱煙的有限散熱面。

3 結語

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