摘 要：文章根據(jù)變壓器本體與散熱器的三種布置方式的特點(diǎn)，通過(guò)對(duì)變壓器油循環(huán)方式和散熱器冷卻方式的組合分析，結(jié)合有關(guān)制造和運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，論證變電站采用變壓器本體與散熱器上下分體式布置的可行性和優(yōu)越性。

關(guān)鍵詞：變壓器；散熱器；應(yīng)用

1 前言

目前主要應(yīng)用的變壓器與散熱器布置型式主要有兩種，分別是變壓器與散熱器一體式布置（以下簡(jiǎn)稱一體式布置）、變壓器與散熱器水平分體式布置（以下簡(jiǎn)稱水平分體式布置）。

由于城市土地資源彌足珍貴，如何合理利用空間資源，優(yōu)化變壓器布置方式，節(jié)約變電站占地面積成為變電站建設(shè)中一個(gè)重點(diǎn)考慮的問(wèn)題。因此第三種布置方式-變壓器與散熱器上下分體式布置（以下簡(jiǎn)稱上下分體式布置）應(yīng)運(yùn)而生。以下主要就變壓器本體與散熱器上下分體布置的應(yīng)用進(jìn)行分析。

2 變壓器本體與散熱器的上下分體式布置

上下分體式布置，即變壓器本體與散熱器分別布置在高度不同的兩個(gè)位置（如圖1）。這種布置方式可以充分利用空間資源、最大限度的節(jié)約用地面積，尤其適用于土地資源緊張的地區(qū)，在部分戶內(nèi)變電站及地下變電站設(shè)計(jì)中得以推廣應(yīng)用。其主要特點(diǎn)為：散熱器布置于變壓器室上方，充分利用了變壓器室上方的空間，減少了變電站的占地面積，降低了變電站的綜合投資。其次，散熱器敞開(kāi)式布置于屋頂，有效地改善了散熱器的通風(fēng)條件，從而降低變壓器室的運(yùn)行環(huán)境溫度，保證設(shè)備運(yùn)行及其使用壽命。而且變壓器本體布置在戶內(nèi)，能夠有效降低噪音，從而滿足環(huán)保的要求。

圖1 變壓器上下分體布置平斷面圖

3 變壓器冷卻方式的選擇

變壓器的冷卻效果取決于變壓器油循環(huán)方式和散熱器冷卻方式。根據(jù)油循環(huán)的方式，可分為自然油循環(huán)（ON）、強(qiáng)迫油循環(huán)（OF）和強(qiáng)迫油導(dǎo)向循環(huán)（OD）三種方式；根據(jù)散熱器的冷卻方式的不同，又可分為自冷（AN）、風(fēng)冷（AF）、油水冷卻（WF）、油油冷卻（OF）等。這幾種油循環(huán)和散熱器的冷卻方式之間可形成ONAN、ONAF、OFAF、OFWF、ODAF、ODWF等多種組合。

3.1 變壓器油循環(huán)方式的選擇

3.1.1 變壓器油循環(huán)的原理

在變壓器的封閉油路系統(tǒng)中，變壓器油因溫度變化引起密度變化，導(dǎo)致浮力變化而自然對(duì)流循環(huán)。

圖2 油浸式變壓器的冷卻原理示意圖

圖2的右側(cè)，用直角坐標(biāo)顯示出了變壓器油的溫度？茲與其幾何高度h的關(guān)系曲線，圖中A、B、C、D各點(diǎn)與左圖中相應(yīng)點(diǎn)對(duì)應(yīng)。在A點(diǎn)油進(jìn)入繞組等發(fā)熱元件下部并在繞組的高度區(qū)域被連續(xù)加熱，油的密度連續(xù)降低并逐步增大向上的浮力而向上流動(dòng)，至B點(diǎn)處熱油離開(kāi)繞組。熱油經(jīng)由B與C之間的一段路徑流入散熱器，熱油在這段路徑中幾乎不被冷卻，只是在幾何高度上有所增加。熱油在散熱器中從C到D的路徑上，變壓器油從繞組等發(fā)熱元件中帶出的熱量通過(guò)散熱器逐步散失在周圍空氣中而被冷卻，油的比重逐漸增加而在重力作用下向下流動(dòng)，而后經(jīng)由D與A之間的一段路徑從D點(diǎn)回流到A點(diǎn)重新進(jìn)入繞組等發(fā)熱元件。如此循環(huán)往復(fù)，使變壓器油在變壓器的封閉油路系統(tǒng)中對(duì)流循環(huán)流動(dòng)。

圖2中，溫差△θσ-α是在散熱器中逐漸冷卻的變壓器油與散熱器周圍被加熱的空氣之間的對(duì)數(shù)平均溫差，通常稱其為油對(duì)空氣的平均溫升；溫差△θwo是變壓器油進(jìn)入繞組與離開(kāi)繞組的溫差，也就是變壓器油在繞組高度區(qū)域被加熱的溫升值；溫差△θco是變壓器油進(jìn)入散熱器與離開(kāi)散熱器的溫差，一般認(rèn)為它與△θwo相等。換句話說(shuō)，根據(jù)熱平衡原理，在最終的穩(wěn)定狀態(tài)下，封閉系統(tǒng)中的變壓器油在器身中被發(fā)熱元件加熱的溫度必然等于變壓器油在散熱器中被冷卻的溫度，從而達(dá)到變壓器在穩(wěn)態(tài)運(yùn)行情況下發(fā)熱與散熱的平衡。也就是說(shuō)，在變壓器穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)，在封閉的發(fā)熱與冷卻油路系統(tǒng)中流動(dòng)的變壓器油，沿變壓器的油循環(huán)系統(tǒng)幾何高度的溫度分布曲線（即圖2中右側(cè)的θ-h關(guān)系曲線）成為封閉曲線。

與此同時(shí)，散熱器除了輻射散熱外，包圍散熱器的空氣被散熱器所加熱也自下而上的對(duì)流循環(huán)流動(dòng)，即散熱器下部的空氣以環(huán)境溫度進(jìn)入散熱器區(qū)域，沿著散熱器的高度被逐步加熱而從散熱器上部流出散熱器區(qū)域。

3.1.2 變壓器油循環(huán)方式的選擇

（1）不同布置型式變壓器發(fā)熱量比較

變壓器運(yùn)行時(shí)，其繞組和鐵心中的電能損耗都將轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?，因此變壓器的發(fā)熱量是由變壓器運(yùn)行時(shí)的損耗決定的。變壓器的損耗取決于變壓器的容量、鐵心與繞組的結(jié)構(gòu)和材質(zhì)、制造工藝以及變壓器運(yùn)行時(shí)的負(fù)荷水平，與散熱器的布置方式無(wú)關(guān)。因此變電站上下分體式布置變壓器發(fā)熱量與常規(guī)一體式、水平分體式變壓器一致。

（2）變壓器自然循環(huán)時(shí)油的流速

在變壓器閉合的油路系統(tǒng)中，變壓器油因溫度變化引起密度變化，導(dǎo)致浮力變化而對(duì)流循環(huán)。

變壓器油的密度？籽θ與其溫度θ的關(guān)系可以用（1）式表示。

（1）

式中θ-變壓器油的溫度，℃；

？籽θ-變壓器油溫度為θ℃時(shí)的變壓器油密度，kgm-3；

？籽0-變壓器油溫度為0℃時(shí)的變壓器油密度，kgm-3；

？茁0-變壓器油溫度為0℃時(shí)的變壓器油受熱體積膨脹系數(shù)，℃-1。

由（1）式可見(jiàn)，油的密度隨溫度上升而下降。因此，在變壓器中，器身中（繞組與鐵心等發(fā)熱元件中）的變壓器油受熱后向上流動(dòng)，散熱器中的變壓器油冷卻后向下流動(dòng)。

如果提高散熱器的安裝高度（如圖3），在器身發(fā)熱相同的條件下，可增加作用在冷卻回路的浮力，相應(yīng)地頂、底油溫差（△θwo=△θco）減小，冷卻回路中油的流動(dòng)速率將提高。

綜上所述，抬高散熱器的高度后油的流動(dòng)速率將提高，從而使溫差△θwo（△θco）降低，對(duì)變壓器的冷卻效果增強(qiáng)。

（3）小結(jié)

綜上所述，在變電站中變壓器采用上下分體式布置，變壓器發(fā)熱量與常規(guī)變壓器一致，散熱條件好，且采用自然油循環(huán)時(shí)油流速度較常規(guī)一體或水平分體式布置變壓器更快，散熱效果更好。

3.2 變壓器散熱器冷卻方式的選擇

散熱器的冷卻方式主要有自冷、風(fēng)冷、油水冷卻、油油冷卻4種。采用自冷或風(fēng)冷方式，冷卻系統(tǒng)管道不需設(shè)置油泵，只需安裝管道，安裝較為簡(jiǎn)單方便，散熱片尺寸相對(duì)較小，占地面積較?。s40m2），造價(jià)較低。自冷及風(fēng)冷方式，冷卻裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，運(yùn)行維護(hù)方便，在散熱量滿足要求的前提下運(yùn)行最為安全可靠。

相對(duì)自冷而言，風(fēng)冷方式能加速空氣流動(dòng)，散熱效果更好。但是由于增加了風(fēng)扇，噪音較大，目前在自冷能滿足散熱要求的情況下，特別是環(huán)境環(huán)保要求較高的場(chǎng)所，一般不采用風(fēng)冷的冷卻方式。

油水冷卻與油油冷卻方式，需要在冷卻系統(tǒng)中增設(shè)水泵或油泵以及熱交換器，管道復(fù)雜，造價(jià)高，占地面積是自冷變壓器散熱片占地面積三倍以上。采用油水冷卻方式需定期清除水垢，且水塔的壓力直接作用在油水熱交換器，一旦水進(jìn)入油管，將會(huì)引起極大的事故，因此一般用于水源豐富的地方。油油冷卻方式與油水冷卻方式原理及結(jié)構(gòu)相似，但由于更換了冷卻介質(zhì)，冷卻效率將大打折扣。

直接采用自冷（AN）方式是目前最經(jīng)濟(jì)安全且噪音最小的方案。目前國(guó)內(nèi)變壓器設(shè)計(jì)水平及制造工藝逐步提高，24萬(wàn)千伏安及及以下變壓器一般采用自冷方式。

4 上下分體布置對(duì)變壓器制造的要求及解決措施

由于上下分體布置散熱器及油枕高于變壓器本體，變壓器本體會(huì)承受比常規(guī)布置更大的油壓，因此變壓器箱體及部分組配件與常規(guī)變壓器有所不同。

4.1 上下分體布置變壓器承受的油壓計(jì)算

根據(jù)《油浸式電力變壓器技術(shù)參數(shù)和要求》（GB/T6451-2008），變壓器采用一體或水平分體布置時(shí)，變壓器油箱應(yīng)承受住真空度為133Pa和正壓強(qiáng)為98kPa的機(jī)械強(qiáng)度試驗(yàn)，油箱不得有損傷和永久變形。變壓器采用上下分體布置時(shí)，為了保證安全，應(yīng)要求變壓器在出廠試驗(yàn)時(shí)，需對(duì)變壓器施加正壓加上因高差帶來(lái)的附加壓強(qiáng)，24h應(yīng)無(wú)泄露。

例如一方案將主變布置在配電樓一樓，散熱片及油枕布置在變壓器室樓頂，變壓器室層高11.5m，加上油枕與散熱片的高差，總體高差約17m。變壓器本體壓強(qiáng)按17m高差計(jì)算：

h=17m，ρ油=0.895×103kg/m3

P油壓=ρ油gh=0.895×103×9.8×17=149kPa

因此該方案主變本體及部分組配件應(yīng)承受住真空度為133Pa和正壓強(qiáng)為149kPa的機(jī)械強(qiáng)度。變壓器在出廠試驗(yàn)時(shí)，需對(duì)變壓器施加149kPa+98kPa=247kPa壓力，24h無(wú)泄露。

4.2 保證變壓器安全運(yùn)行的措施

4.2.1 防止變壓器油箱變形、滲漏的措施

（1）變壓器油箱的型式選擇

變壓器油箱有兩種基本形式，平頂油箱和拱頂油箱。平頂油箱為桶式結(jié)構(gòu)，下部主體形狀為油桶形，頂部為平面箱蓋，而在其間用一鋼環(huán)（箱沿）和膠條結(jié)合成整體；拱頂油箱為鐘罩式結(jié)構(gòu)，下底為盤形或槽形，上部為鐘形箱罩，其間也用箱沿和膠條結(jié)合成整體。

根據(jù)《湖南省電力公司輸變電設(shè)備狀態(tài)檢修導(dǎo)則》，只有狀態(tài)評(píng)估中被評(píng)價(jià)為“異常狀態(tài)”或“嚴(yán)重狀態(tài)”的設(shè)備才進(jìn)行A類或B類檢修。由于變壓器的生產(chǎn)技術(shù)及工藝已成熟，若外部無(wú)影響變壓器的大沖擊（如變壓器近區(qū)短路、自然災(zāi)害等），在全壽命周期內(nèi)變壓器無(wú)需A類或B類檢修。由于桶式油箱的工藝制造技術(shù)、穩(wěn)定性優(yōu)于鐘罩式油箱，因此按照“安全第一”的原則，本設(shè)計(jì)變壓器油箱擬采用桶式油箱。

油箱按照箱體與箱蓋的連接方式，又可以分為螺栓結(jié)構(gòu)和一體化結(jié)構(gòu)。一體化結(jié)構(gòu)就是將箱體與箱蓋焊接成一體，不采用螺栓連接，消除了箱體與箱蓋連接處的滲漏安全隱患。如變壓器需要大修，需將焊縫處切割開(kāi)，根據(jù)變壓器廠家提供的資料，全壽命周期內(nèi)焊縫處可切割三次。綜上所述，本設(shè)計(jì)變壓器油箱采用桶式一體化結(jié)構(gòu)油箱。

（2）防止變壓器油箱變形、滲漏的措施

按照4.1計(jì)算的變壓器需承受的壓力值，利用專用軟件對(duì)前面所述各類油箱分別進(jìn)行了模擬計(jì)算。其中桶式一體化結(jié)構(gòu)油箱計(jì)算結(jié)果如圖4、圖5所示。

根據(jù)計(jì)算，將桶式油箱與鐘罩式油箱壁厚加強(qiáng)至12mm厚（常規(guī)布置同規(guī)格變壓器油箱壁厚10mm）就能滿足上下分體布置的強(qiáng)度要求，完全防止箱體變形，并避免因箱體變形導(dǎo)致的滲漏、其它組配件的損傷等。

4.2.2 保證變壓器組配件安全運(yùn)行的措施

全自冷變壓器上下分體布置時(shí)，本體內(nèi)油壓增大，其壓力同時(shí)傳遞到了與箱體內(nèi)絕緣油有直接聯(lián)系的組配件。因此，部分組配件在產(chǎn)品選擇及組裝時(shí)應(yīng)相應(yīng)進(jìn)行加強(qiáng)或調(diào)整。主要包括：

（1）因?yàn)樘坠苡褪遗c本體油聯(lián)通，所以套管油室的耐壓能力要加強(qiáng)，與升高座連接的法蘭處密封性能加強(qiáng)；

（2）瓦斯繼電器：瓦斯繼電器應(yīng)安裝在油枕的進(jìn)油口附近，安裝位置及其結(jié)構(gòu)應(yīng)能觀察到分解出氣體的數(shù)量和顏色，且便于取氣。

（3）變壓器本體密封件耐壓能力需根據(jù)受壓值相應(yīng)提高并加厚；

（4）互感器接線盒耐壓能力需根據(jù)壓力值相應(yīng)提高；

（5）壓力釋放閥整定值相應(yīng)提高。

（6）由于散熱器距變壓器距離較遠(yuǎn)，油管阻力相對(duì)較大，選擇油管尺寸時(shí)在計(jì)算值的基礎(chǔ)上增大一個(gè)規(guī)格，以保證油路管徑暢通，保證有足夠的油流入變壓器的器身。

5 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，上下分體式布置變壓器在技術(shù)上、產(chǎn)品制造工藝上完全能滿足變壓器安全運(yùn)行的要求，一次投資更省，散熱和降噪效果更好，且能顯著減少變電站占地面積，節(jié)約寶貴的土地資源。

參考文獻(xiàn)

[1]保定天威保變電氣股份有限公司，謝 城，電力變壓器手冊(cè)，2003。

[2]GB/T6451-2008，油浸電力變壓器技術(shù)參數(shù)和要求。

[3]DL/T572-2010，電力變壓器運(yùn)行規(guī)程。

作者簡(jiǎn)介：彭勇（1980.5- ），男，漢族，湖南長(zhǎng)沙人，2002年畢業(yè)于長(zhǎng)沙理工大學(xué)，工學(xué)學(xué)士，現(xiàn)就職于益陽(yáng)電力勘測(cè)設(shè)計(jì)院有限公司。研究方向：變電站設(shè)計(jì)的優(yōu)化。

3.2 變壓器散熱器冷卻方式的選擇

散熱器的冷卻方式主要有自冷、風(fēng)冷、油水冷卻、油油冷卻4種。采用自冷或風(fēng)冷方式，冷卻系統(tǒng)管道不需設(shè)置油泵，只需安裝管道，安裝較為簡(jiǎn)單方便，散熱片尺寸相對(duì)較小，占地面積較小（約40m2），造價(jià)較低。自冷及風(fēng)冷方式，冷卻裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，運(yùn)行維護(hù)方便，在散熱量滿足要求的前提下運(yùn)行最為安全可靠。

相對(duì)自冷而言，風(fēng)冷方式能加速空氣流動(dòng)，散熱效果更好。但是由于增加了風(fēng)扇，噪音較大，目前在自冷能滿足散熱要求的情況下，特別是環(huán)境環(huán)保要求較高的場(chǎng)所，一般不采用風(fēng)冷的冷卻方式。

油水冷卻與油油冷卻方式，需要在冷卻系統(tǒng)中增設(shè)水泵或油泵以及熱交換器，管道復(fù)雜，造價(jià)高，占地面積是自冷變壓器散熱片占地面積三倍以上。采用油水冷卻方式需定期清除水垢，且水塔的壓力直接作用在油水熱交換器，一旦水進(jìn)入油管，將會(huì)引起極大的事故，因此一般用于水源豐富的地方。油油冷卻方式與油水冷卻方式原理及結(jié)構(gòu)相似，但由于更換了冷卻介質(zhì)，冷卻效率將大打折扣。

直接采用自冷（AN）方式是目前最經(jīng)濟(jì)安全且噪音最小的方案。目前國(guó)內(nèi)變壓器設(shè)計(jì)水平及制造工藝逐步提高，24萬(wàn)千伏安及及以下變壓器一般采用自冷方式。

4 上下分體布置對(duì)變壓器制造的要求及解決措施

由于上下分體布置散熱器及油枕高于變壓器本體，變壓器本體會(huì)承受比常規(guī)布置更大的油壓，因此變壓器箱體及部分組配件與常規(guī)變壓器有所不同。

4.1 上下分體布置變壓器承受的油壓計(jì)算

根據(jù)《油浸式電力變壓器技術(shù)參數(shù)和要求》（GB/T6451-2008），變壓器采用一體或水平分體布置時(shí)，變壓器油箱應(yīng)承受住真空度為133Pa和正壓強(qiáng)為98kPa的機(jī)械強(qiáng)度試驗(yàn)，油箱不得有損傷和永久變形。變壓器采用上下分體布置時(shí)，為了保證安全，應(yīng)要求變壓器在出廠試驗(yàn)時(shí)，需對(duì)變壓器施加正壓加上因高差帶來(lái)的附加壓強(qiáng)，24h應(yīng)無(wú)泄露。

例如一方案將主變布置在配電樓一樓，散熱片及油枕布置在變壓器室樓頂，變壓器室層高11.5m，加上油枕與散熱片的高差，總體高差約17m。變壓器本體壓強(qiáng)按17m高差計(jì)算：

h=17m，ρ油=0.895×103kg/m3

P油壓=ρ油gh=0.895×103×9.8×17=149kPa

因此該方案主變本體及部分組配件應(yīng)承受住真空度為133Pa和正壓強(qiáng)為149kPa的機(jī)械強(qiáng)度。變壓器在出廠試驗(yàn)時(shí)，需對(duì)變壓器施加149kPa+98kPa=247kPa壓力，24h無(wú)泄露。

4.2 保證變壓器安全運(yùn)行的措施

4.2.1 防止變壓器油箱變形、滲漏的措施

（1）變壓器油箱的型式選擇

變壓器油箱有兩種基本形式，平頂油箱和拱頂油箱。平頂油箱為桶式結(jié)構(gòu)，下部主體形狀為油桶形，頂部為平面箱蓋，而在其間用一鋼環(huán)（箱沿）和膠條結(jié)合成整體；拱頂油箱為鐘罩式結(jié)構(gòu)，下底為盤形或槽形，上部為鐘形箱罩，其間也用箱沿和膠條結(jié)合成整體。

根據(jù)《湖南省電力公司輸變電設(shè)備狀態(tài)檢修導(dǎo)則》，只有狀態(tài)評(píng)估中被評(píng)價(jià)為“異常狀態(tài)”或“嚴(yán)重狀態(tài)”的設(shè)備才進(jìn)行A類或B類檢修。由于變壓器的生產(chǎn)技術(shù)及工藝已成熟，若外部無(wú)影響變壓器的大沖擊（如變壓器近區(qū)短路、自然災(zāi)害等），在全壽命周期內(nèi)變壓器無(wú)需A類或B類檢修。由于桶式油箱的工藝制造技術(shù)、穩(wěn)定性優(yōu)于鐘罩式油箱，因此按照“安全第一”的原則，本設(shè)計(jì)變壓器油箱擬采用桶式油箱。

油箱按照箱體與箱蓋的連接方式，又可以分為螺栓結(jié)構(gòu)和一體化結(jié)構(gòu)。一體化結(jié)構(gòu)就是將箱體與箱蓋焊接成一體，不采用螺栓連接，消除了箱體與箱蓋連接處的滲漏安全隱患。如變壓器需要大修，需將焊縫處切割開(kāi)，根據(jù)變壓器廠家提供的資料，全壽命周期內(nèi)焊縫處可切割三次。綜上所述，本設(shè)計(jì)變壓器油箱采用桶式一體化結(jié)構(gòu)油箱。

（2）防止變壓器油箱變形、滲漏的措施

按照4.1計(jì)算的變壓器需承受的壓力值，利用專用軟件對(duì)前面所述各類油箱分別進(jìn)行了模擬計(jì)算。其中桶式一體化結(jié)構(gòu)油箱計(jì)算結(jié)果如圖4、圖5所示。

根據(jù)計(jì)算，將桶式油箱與鐘罩式油箱壁厚加強(qiáng)至12mm厚（常規(guī)布置同規(guī)格變壓器油箱壁厚10mm）就能滿足上下分體布置的強(qiáng)度要求，完全防止箱體變形，并避免因箱體變形導(dǎo)致的滲漏、其它組配件的損傷等。

4.2.2 保證變壓器組配件安全運(yùn)行的措施

全自冷變壓器上下分體布置時(shí)，本體內(nèi)油壓增大，其壓力同時(shí)傳遞到了與箱體內(nèi)絕緣油有直接聯(lián)系的組配件。因此，部分組配件在產(chǎn)品選擇及組裝時(shí)應(yīng)相應(yīng)進(jìn)行加強(qiáng)或調(diào)整。主要包括：

（1）因?yàn)樘坠苡褪遗c本體油聯(lián)通，所以套管油室的耐壓能力要加強(qiáng)，與升高座連接的法蘭處密封性能加強(qiáng)；

（2）瓦斯繼電器：瓦斯繼電器應(yīng)安裝在油枕的進(jìn)油口附近，安裝位置及其結(jié)構(gòu)應(yīng)能觀察到分解出氣體的數(shù)量和顏色，且便于取氣。

（3）變壓器本體密封件耐壓能力需根據(jù)受壓值相應(yīng)提高并加厚；

（4）互感器接線盒耐壓能力需根據(jù)壓力值相應(yīng)提高；

（5）壓力釋放閥整定值相應(yīng)提高。

（6）由于散熱器距變壓器距離較遠(yuǎn)，油管阻力相對(duì)較大，選擇油管尺寸時(shí)在計(jì)算值的基礎(chǔ)上增大一個(gè)規(guī)格，以保證油路管徑暢通，保證有足夠的油流入變壓器的器身。

5 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，上下分體式布置變壓器在技術(shù)上、產(chǎn)品制造工藝上完全能滿足變壓器安全運(yùn)行的要求，一次投資更省，散熱和降噪效果更好，且能顯著減少變電站占地面積，節(jié)約寶貴的土地資源。

參考文獻(xiàn)

[1]保定天威保變電氣股份有限公司，謝 城，電力變壓器手冊(cè)，2003。

[2]GB/T6451-2008，油浸電力變壓器技術(shù)參數(shù)和要求。

[3]DL/T572-2010，電力變壓器運(yùn)行規(guī)程。

作者簡(jiǎn)介：彭勇（1980.5- ），男，漢族，湖南長(zhǎng)沙人，2002年畢業(yè)于長(zhǎng)沙理工大學(xué)，工學(xué)學(xué)士，現(xiàn)就職于益陽(yáng)電力勘測(cè)設(shè)計(jì)院有限公司。研究方向：變電站設(shè)計(jì)的優(yōu)化。

3.2 變壓器散熱器冷卻方式的選擇

散熱器的冷卻方式主要有自冷、風(fēng)冷、油水冷卻、油油冷卻4種。采用自冷或風(fēng)冷方式，冷卻系統(tǒng)管道不需設(shè)置油泵，只需安裝管道，安裝較為簡(jiǎn)單方便，散熱片尺寸相對(duì)較小，占地面積較小（約40m2），造價(jià)較低。自冷及風(fēng)冷方式，冷卻裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，運(yùn)行維護(hù)方便，在散熱量滿足要求的前提下運(yùn)行最為安全可靠。

相對(duì)自冷而言，風(fēng)冷方式能加速空氣流動(dòng)，散熱效果更好。但是由于增加了風(fēng)扇，噪音較大，目前在自冷能滿足散熱要求的情況下，特別是環(huán)境環(huán)保要求較高的場(chǎng)所，一般不采用風(fēng)冷的冷卻方式。

油水冷卻與油油冷卻方式，需要在冷卻系統(tǒng)中增設(shè)水泵或油泵以及熱交換器，管道復(fù)雜，造價(jià)高，占地面積是自冷變壓器散熱片占地面積三倍以上。采用油水冷卻方式需定期清除水垢，且水塔的壓力直接作用在油水熱交換器，一旦水進(jìn)入油管，將會(huì)引起極大的事故，因此一般用于水源豐富的地方。油油冷卻方式與油水冷卻方式原理及結(jié)構(gòu)相似，但由于更換了冷卻介質(zhì)，冷卻效率將大打折扣。

直接采用自冷（AN）方式是目前最經(jīng)濟(jì)安全且噪音最小的方案。目前國(guó)內(nèi)變壓器設(shè)計(jì)水平及制造工藝逐步提高，24萬(wàn)千伏安及及以下變壓器一般采用自冷方式。

4 上下分體布置對(duì)變壓器制造的要求及解決措施

由于上下分體布置散熱器及油枕高于變壓器本體，變壓器本體會(huì)承受比常規(guī)布置更大的油壓，因此變壓器箱體及部分組配件與常規(guī)變壓器有所不同。

4.1 上下分體布置變壓器承受的油壓計(jì)算

根據(jù)《油浸式電力變壓器技術(shù)參數(shù)和要求》（GB/T6451-2008），變壓器采用一體或水平分體布置時(shí)，變壓器油箱應(yīng)承受住真空度為133Pa和正壓強(qiáng)為98kPa的機(jī)械強(qiáng)度試驗(yàn)，油箱不得有損傷和永久變形。變壓器采用上下分體布置時(shí)，為了保證安全，應(yīng)要求變壓器在出廠試驗(yàn)時(shí)，需對(duì)變壓器施加正壓加上因高差帶來(lái)的附加壓強(qiáng)，24h應(yīng)無(wú)泄露。

例如一方案將主變布置在配電樓一樓，散熱片及油枕布置在變壓器室樓頂，變壓器室層高11.5m，加上油枕與散熱片的高差，總體高差約17m。變壓器本體壓強(qiáng)按17m高差計(jì)算：

h=17m，ρ油=0.895×103kg/m3

P油壓=ρ油gh=0.895×103×9.8×17=149kPa

因此該方案主變本體及部分組配件應(yīng)承受住真空度為133Pa和正壓強(qiáng)為149kPa的機(jī)械強(qiáng)度。變壓器在出廠試驗(yàn)時(shí)，需對(duì)變壓器施加149kPa+98kPa=247kPa壓力，24h無(wú)泄露。

4.2 保證變壓器安全運(yùn)行的措施

4.2.1 防止變壓器油箱變形、滲漏的措施

（1）變壓器油箱的型式選擇

變壓器油箱有兩種基本形式，平頂油箱和拱頂油箱。平頂油箱為桶式結(jié)構(gòu)，下部主體形狀為油桶形，頂部為平面箱蓋，而在其間用一鋼環(huán)（箱沿）和膠條結(jié)合成整體；拱頂油箱為鐘罩式結(jié)構(gòu)，下底為盤形或槽形，上部為鐘形箱罩，其間也用箱沿和膠條結(jié)合成整體。

根據(jù)《湖南省電力公司輸變電設(shè)備狀態(tài)檢修導(dǎo)則》，只有狀態(tài)評(píng)估中被評(píng)價(jià)為“異常狀態(tài)”或“嚴(yán)重狀態(tài)”的設(shè)備才進(jìn)行A類或B類檢修。由于變壓器的生產(chǎn)技術(shù)及工藝已成熟，若外部無(wú)影響變壓器的大沖擊（如變壓器近區(qū)短路、自然災(zāi)害等），在全壽命周期內(nèi)變壓器無(wú)需A類或B類檢修。由于桶式油箱的工藝制造技術(shù)、穩(wěn)定性優(yōu)于鐘罩式油箱，因此按照“安全第一”的原則，本設(shè)計(jì)變壓器油箱擬采用桶式油箱。

油箱按照箱體與箱蓋的連接方式，又可以分為螺栓結(jié)構(gòu)和一體化結(jié)構(gòu)。一體化結(jié)構(gòu)就是將箱體與箱蓋焊接成一體，不采用螺栓連接，消除了箱體與箱蓋連接處的滲漏安全隱患。如變壓器需要大修，需將焊縫處切割開(kāi)，根據(jù)變壓器廠家提供的資料，全壽命周期內(nèi)焊縫處可切割三次。綜上所述，本設(shè)計(jì)變壓器油箱采用桶式一體化結(jié)構(gòu)油箱。

（2）防止變壓器油箱變形、滲漏的措施

按照4.1計(jì)算的變壓器需承受的壓力值，利用專用軟件對(duì)前面所述各類油箱分別進(jìn)行了模擬計(jì)算。其中桶式一體化結(jié)構(gòu)油箱計(jì)算結(jié)果如圖4、圖5所示。

根據(jù)計(jì)算，將桶式油箱與鐘罩式油箱壁厚加強(qiáng)至12mm厚（常規(guī)布置同規(guī)格變壓器油箱壁厚10mm）就能滿足上下分體布置的強(qiáng)度要求，完全防止箱體變形，并避免因箱體變形導(dǎo)致的滲漏、其它組配件的損傷等。

4.2.2 保證變壓器組配件安全運(yùn)行的措施

全自冷變壓器上下分體布置時(shí)，本體內(nèi)油壓增大，其壓力同時(shí)傳遞到了與箱體內(nèi)絕緣油有直接聯(lián)系的組配件。因此，部分組配件在產(chǎn)品選擇及組裝時(shí)應(yīng)相應(yīng)進(jìn)行加強(qiáng)或調(diào)整。主要包括：

（1）因?yàn)樘坠苡褪遗c本體油聯(lián)通，所以套管油室的耐壓能力要加強(qiáng)，與升高座連接的法蘭處密封性能加強(qiáng)；

（2）瓦斯繼電器：瓦斯繼電器應(yīng)安裝在油枕的進(jìn)油口附近，安裝位置及其結(jié)構(gòu)應(yīng)能觀察到分解出氣體的數(shù)量和顏色，且便于取氣。

（3）變壓器本體密封件耐壓能力需根據(jù)受壓值相應(yīng)提高并加厚；

（4）互感器接線盒耐壓能力需根據(jù)壓力值相應(yīng)提高；

（5）壓力釋放閥整定值相應(yīng)提高。

（6）由于散熱器距變壓器距離較遠(yuǎn)，油管阻力相對(duì)較大，選擇油管尺寸時(shí)在計(jì)算值的基礎(chǔ)上增大一個(gè)規(guī)格，以保證油路管徑暢通，保證有足夠的油流入變壓器的器身。

5 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，上下分體式布置變壓器在技術(shù)上、產(chǎn)品制造工藝上完全能滿足變壓器安全運(yùn)行的要求，一次投資更省，散熱和降噪效果更好，且能顯著減少變電站占地面積，節(jié)約寶貴的土地資源。

參考文獻(xiàn)

[1]保定天威保變電氣股份有限公司，謝 城，電力變壓器手冊(cè)，2003。

[2]GB/T6451-2008，油浸電力變壓器技術(shù)參數(shù)和要求。

[3]DL/T572-2010，電力變壓器運(yùn)行規(guī)程。

作者簡(jiǎn)介：彭勇（1980.5- ），男，漢族，湖南長(zhǎng)沙人，2002年畢業(yè)于長(zhǎng)沙理工大學(xué)，工學(xué)學(xué)士，現(xiàn)就職于益陽(yáng)電力勘測(cè)設(shè)計(jì)院有限公司。研究方向：變電站設(shè)計(jì)的優(yōu)化。