一種用于變壓器的散熱裝置及散熱方法

趙毅 李春霞 劉嘉 劉亞

摘 要：散熱性能是變壓器設計的重要指標之一，變壓器的正常工作可保障電網穩定運行，研究其散熱問題具有現實意義。本文提出了一種用于變壓器的散熱裝置及散熱方法，主要從總體架構、方法步驟、裝置特點方面對其進行了闡述，為相關試驗人員提供參考，具有一定的實用價值。

關鍵詞：散熱性能，變壓器，散熱裝置，總體架構

DOI編碼：10.3969/j.issn.1002-5944.2023.09.032

Heat Dissipation Device and Method for Transformer

ZHAO Yi LI Chunxia LIU Jia LIU Ya

（Shandong Institute for Product Quality Inspection）

Abstract： Heat dissipation performance is one of the important indicators of transformer design. The normal operation of transformer can ensure the stable operation of power grid. It is practically significant to study its heat dissipation problem. This paper presents a heat dissipation device and method for transformer， and explains it mainly from the overall architecture， method steps， and device characteristics， which has certain practical value and can provide reference for relevant testers.

Keywords： heat dissipation performance， transformer， heat dissipation device， overall architecture

變壓器是電力設備中的重要設備之一，在使用過程中通常將變壓器放入殼體中，而隨著變壓器向著大功率、小體積方向的發展，變壓器在工作時其溫度會越來越高，為了進一步提高變壓器的散熱效果，通常在殼體內部設置散熱裝置[1-5]。在殼體內部設置散熱裝置雖然能夠提高散熱效果，但是由于放置變壓器和散熱裝置的殼體內部空間較小，在整體設備移動或維修時，容易因操作不當而造成變壓器對散熱設備的碰撞，進而損傷變壓器或散熱設備。

本文提出了一種用于變壓器的散熱裝置及散熱方法，既能夠防止變壓器對散熱裝置造成損傷，又能夠促進殼體內空氣的流動，提高及時散熱的效果。

1 總體架構

本文提出的用于變壓器的散熱裝置包括殼體、設置于殼體內的變壓器本體和散熱器、設置在散熱器后側的調節機構、設置在變壓器本體前側的溫度傳感器和控制器。

控制器包括數據采集模塊、數據處理模塊、數據存儲模塊、報警模塊、遠程傳輸模塊、調節機構控制模塊。控制器示意圖如圖1所示。

圖1中數據采集模塊與溫度傳感器電連接，用于采集溫度傳感器檢測的溫度數據；數據處理模塊與數據存儲模塊、數據采集模塊、報警模塊、遠程傳輸模塊、調節機構控制模塊電連接，用于對數據采集模塊采集的溫度數據進行數據處理，判斷采集的溫度數據是否超過設定的溫度閾值；數據存儲模塊用于存儲數據處理模塊處理后的數據；報警模塊用于高溫報警；調節機構控制模塊與調節機構中的驅動設備電連接，用于控制調節機構動作；遠程傳輸模塊用于將數據信息及時傳輸至遠程終端，如傳輸至手機或電腦終端，實現遠程化智能監控和操縱。

2 散熱方法

變壓器散熱裝置在不同季節、不同時段、環境溫度和不同負荷下的散熱效率是不同的，同時散熱器結構參數的變化也會影響其散熱效率，國內不少學者進行了研究。吳紅菊等人運用有限元方法對強迫風冷干式電力變壓器溫度場進行模擬計算得到變壓器室內流體溫度場分布，進行了基于溫度場仿真分析的干式變壓器散熱設計[6]；周志錄從變壓器發熱和散熱的角度對變壓器散熱計算方法進行了探討研究[7]；蔡駿峰等人通過采集散熱裝置循環油路內油的溫度、流量、環境溫度、變壓器功率等數據建立了變壓器散熱裝置效率評估系統，完成了不同散熱裝置工作效率的比較[8]。本文提出的散熱方法包括以下步驟：

（1）檢測殼體內變壓器的溫度，根據檢測的溫度判斷是否超過設定的溫度閾值；

（2）當檢測的溫度在正常值范圍內，則隔板位于變壓器與散熱器之間的縫隙處；當檢測的溫度超過設定閾值，則控制調節機構，驅動調節機構中的伸縮結構伸長，進而驅動轉軸及其上的隔板向下旋轉，使得變壓器與散熱器之間無隔板阻擋，同時風機隨著伸縮結構的伸長運行至變壓器后側，啟動風機進行變壓器散熱，實現雙重降溫。

用于變壓器散熱裝置的結構示意圖如圖2所示，調節機構的結構示意圖如圖3所示。其中，1-殼體；2-變壓器本體；3-散熱器；4-隔板；5-溫度傳感器；6-控制器；7-風機；8-隔板連接桿；9-轉軸；10-撥桿；11-推動板；12-伸縮結構；13-風機連接桿；14-支撐桿；15-加強筋。

當溫度傳感器檢測到殼體內變壓器本體的溫度在正常值范圍內，即控制器中的數據處理模塊判斷采集的溫度數據未超過設定的溫度閾值，此時，隔板位于變壓器本體與散熱器之間，將變壓器本體與散熱器分隔開，防止變壓器本體對散熱器造成損壞或損傷；當溫度傳感器檢測到殼體內變壓器本體的溫度超標時，即控制器中的數據處理模塊判斷采集的溫度數據超過設定的溫度閾值時，控制器中的報警模塊進行高溫報警，同時控制器中的調節機構控制模塊控制調節機構，驅動伸縮結構伸長，進而驅動隔板向下旋轉，使變壓器本體與散熱器之間無隔板阻擋，便于散熱器對變壓器本體進行更好的降溫，此時，風機也運行至變壓器本體的后側，控制器啟動風機對變壓器本體后側面降溫，使變壓器本體達到雙重降溫的效果，既避免了變壓器對散熱裝置造成損傷，又能夠促進殼體內空氣流動，具有更好的散熱效果。

當溫度傳感器檢測到殼體內變壓器本體的溫度超標時，控制器中的遠程傳輸模塊將采集的溫度信息及預警信號傳輸至遠程終端，實時監控殼體內溫度，實現智能化控制。

風機和伸縮結構可通過控制器進行自動控制，當隔板位于變壓器本體和散熱器之間時，風機靠近變壓器本體和散熱器之間間隙，此時，風機啟動促進變壓器本體和散熱器之間間隙的空氣流動，使變壓器本體散熱效果更好。

風機可根據需要，隨時通過控制器啟動，也可以設定在溫度達到一定值后自動啟動，可根據實際需求設定。

伸縮結構根據溫度傳感器檢測的實時溫度數據，通過控制器的調節機構控制模塊進行自動控制。溫度在正常范圍內，隔板位于變壓器本體與散熱器之間，將兩者隔離開，起到防護作用；當溫度超過設定值時，由控制器控制伸縮結構驅動隔板向下旋轉，使變壓器本體與散熱器之間無阻擋，便于散熱。通過上述設置既避免了散熱器與變壓器本體之間相互損傷，又能夠在溫度達到一定值時及時散熱。同時，在調節機構上還設有風機，風機在伸縮結構的驅動下能夠前后移動，對殼體內不同位置進行吹風，提高了殼體內空氣流動性，有利于散熱。

綜上，該裝置包括殼體、設置于殼體內的變壓器本體和散熱器、設置在散熱器后側的調節機構；調節機構包括轉軸和伸縮結構，轉軸的端部與殼體側面內壁轉動式連接，另一端的側面通過隔板連接桿與隔板連接，隔板設置在變壓器本體和散熱器之間，轉軸上背離隔板連接桿的一側設置撥桿；伸縮結構的一端與殼體側面內壁固定連接，另一端固定連接推動板和風機連接桿，撥桿位于風機連接桿上，與推動板的端部相接觸，撥桿在推動板的推動下，沿著其梯形斜邊向上運動，帶動轉軸順時針旋轉，轉軸上的隔板隨之向下旋轉。該裝置既能夠防止變壓器對散熱裝置造成損傷，又能夠促進殼體內空氣的流動，提高及時散熱的效果。

3 結 語

變壓器是電力輸送系統的重要部件，其正常工作是電網能夠穩定運行的重要保證，研究其散熱裝置及散熱方法具有重要意義。本文提出的用于變壓器的散熱裝置及散熱方法具有以下優點：

（1）在散熱器和變壓器本體之間設置隔板，隔板由調節機構根據實際溫度進行位置調節，當殼體內溫度在正常范圍內，隔板位于變壓器本體與散熱器之間，起到防護作用，便于整體設備移動或維修，避免因操作不當而造成變壓器對散熱設備的碰撞，進而損傷變壓器或散熱設備的問題；當溫度超過設定值時，由控制器控制伸縮結構驅動隔板向下旋轉，使變壓器本體與散熱器之間無阻擋，便于散熱。通過上述設置，既能夠防止變壓器對散熱裝置造成損傷，又能夠促進殼體內空氣的流動，提高及時散熱的效果。

（2）溫度傳感器及調節機構的驅動設備均與控制器連接，能夠實時監控殼體內溫度并實現智能化控制，以減少設備故障，實現快速處理。

（3）調節機構中還設有風機，與散熱器相配合，起到雙重散熱的效果。

參考文獻

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作者簡介

趙毅，工程師，從事檢驗檢測與標準化研究工作。

（責任編輯：袁文靜）