李元元 LI Yuan-yuan

（天津鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院，天津 300240）

（Tianjin Railway Technical and Vocational College，Tianjin 300240，China）

1 概述

HXD1型電力機(jī)車采用EFAT6744型電力機(jī)車牽引變壓器，該變壓器是由西門子紐倫堡變壓器廠設(shè)計(jì)、株洲南車電機(jī)股份有限公司生產(chǎn)的單相變壓器，臥式結(jié)構(gòu)，采用車下懸掛安裝方式。變壓器油箱為鋼結(jié)構(gòu)，兩臺(tái)濾波電抗器也裝在油箱內(nèi)，冷卻介質(zhì)為符合IEC60296專用抗氧化等級(jí)的礦物油，冷卻系統(tǒng)由一個(gè)油泵進(jìn)行油循環(huán)冷卻。

2 冷卻系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

HXD1型電力機(jī)車主變壓器冷卻系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 冷卻系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

冷卻系統(tǒng)包含一個(gè)冷卻回路。一個(gè)油泵將熱的礦物油從變壓器油箱上部抽出，然后通過(guò)管路將油送到帶有風(fēng)機(jī)的冷卻塔內(nèi)，熱油在冷卻塔內(nèi)與冷空氣進(jìn)行熱交換，油溫降低，從冷卻塔出來(lái)的冷油沿油道進(jìn)入變壓器下部，先冷卻變壓器的鐵芯、線圈，然后經(jīng)過(guò)濾波電抗器，最后油流回到油箱的出油口，如此循環(huán)。

3 主要技術(shù)參數(shù)

①主變壓器主要技術(shù)參數(shù)。

型號(hào)：EFAT6744

額定功率：高壓繞組：5280kVA 低壓繞組：4x1320kVA

額定電壓：高壓繞組：25000V 低壓繞組：4x970V

額定電流：高壓繞組：211A 低壓繞組：4x1361A

額定頻率：50Hz

連接組：I，i0，i0，i0，i0

冷卻方式：強(qiáng)迫導(dǎo)向油循環(huán)風(fēng)冷（ODAF）

冷卻介質(zhì)：礦物油

②濾波電抗器主要技術(shù)參數(shù)。

型號(hào)：HFAT4936

數(shù)量：2

額定功率：198kVA

額定電流：1080A

額定感抗：0.27mH

額定頻率：100Hz

工作制：長(zhǎng)期運(yùn)行

冷卻方式：強(qiáng)迫油循環(huán)風(fēng)冷（OFAF）

4 ODAF 與OFAF 對(duì)比

ODAF 和OFAF 是目前高壓變壓器常用的兩種冷卻方式，在HXD1型電力機(jī)車主變壓器油箱內(nèi)這兩種冷卻方式均被采用，ODAF 是主變壓器采用的冷卻方式，OFAF 是濾波電抗器采用的冷卻方式。下面對(duì)這兩種冷卻方式進(jìn)行分析和對(duì)比。

兩種冷卻方式中各個(gè)字母的含義如下所述：

在兩種冷卻方式中，我們用第一個(gè)字母來(lái)表示和主變壓器繞組相接處的冷卻介質(zhì)。字母“O”用來(lái)表示礦物油或絕緣液體（其燃點(diǎn)大于300℃），字母“K”僅僅用于表示燃點(diǎn)大于300℃的絕緣液體，對(duì)于燃點(diǎn)無(wú)法測(cè)出的絕緣液體，我們則用字母“L”來(lái)表示。

變壓器內(nèi)部冷卻介質(zhì)的循環(huán)方式我們用第二個(gè)字母來(lái)表示。如果因?yàn)樽儔浩骶€圈發(fā)熱，而此時(shí)流經(jīng)冷卻設(shè)備和變壓器繞組內(nèi)部的油流進(jìn)行自然的熱對(duì)流循環(huán)，則用字母“N（Natural）”；如果冷卻設(shè)備用冷卻油采用強(qiáng)迫循環(huán)對(duì)流的方式進(jìn)行冷卻，而變壓器繞組內(nèi)部采用自用自然的熱對(duì)流循環(huán)進(jìn)行冷卻，則用字母“F（Forced）”來(lái)表示；當(dāng)冷卻設(shè)備用冷卻油采用強(qiáng)迫循環(huán)對(duì)流的方式進(jìn)行冷卻，對(duì)于變壓器繞組，至少在其主要繞組內(nèi)部采用強(qiáng)迫導(dǎo)向循環(huán)的冷卻方式進(jìn)行冷卻，此時(shí)我們用字母“D（double forced）”來(lái)表示。

對(duì)于冷卻方式中的第三個(gè)字母，它表明了外部冷卻采用什么樣的冷卻介質(zhì)。如果外部冷卻采用空氣介質(zhì)，我們則用空氣的英文單詞Air 的首字母“A”來(lái)表示；如果外部冷卻采用水作為冷卻介質(zhì)，我們則用水的英文單詞Water的首字母“W”來(lái)表示。

冷卻方式中的最后一個(gè)字母用來(lái)表示外部冷卻介質(zhì)是如何進(jìn)行循環(huán)的。如果外部循環(huán)所采用的冷卻介質(zhì)采用自然對(duì)流的循環(huán)方式，我們則用Natural convection（自然對(duì)流）的首字母“N”來(lái)表示；如果外部循環(huán)所采用冷卻風(fēng)扇或者泵對(duì)冷卻介質(zhì)進(jìn)行強(qiáng)迫對(duì)流的循環(huán)方式，我們則用Foeced convection（強(qiáng)迫對(duì)流）的首字母“F”來(lái)表示。

由此可見(jiàn)對(duì)于HXD1型電力機(jī)車，變壓器繞組內(nèi)部和濾波電抗器內(nèi)部我們均采用主變壓器油箱內(nèi)部的冷卻油機(jī)型冷卻，其主要區(qū)別在于：對(duì)于變壓器繞組繞組內(nèi)部，利用油泵采用強(qiáng)迫導(dǎo)向循環(huán)的冷卻方式；對(duì)濾波電抗器內(nèi)部的冷卻，我們則采用熱對(duì)流循環(huán)的方式進(jìn)行。

①冷卻油循環(huán)方式對(duì)比。

從原理上來(lái)說(shuō)，在ODAF 冷卻方式下流經(jīng)線圈的油流是強(qiáng)迫導(dǎo)向循環(huán)，線圈中油的流動(dòng)是靠油泵的壓力，與負(fù)載無(wú)關(guān)；在強(qiáng)迫油循環(huán)風(fēng)冷（OFAF）冷卻方式下，在主變壓器正常工作時(shí)，由于線圈通電發(fā)熱使得冷卻油進(jìn)行熱對(duì)流循環(huán)，從而達(dá)到冷卻的目的。流經(jīng)主變壓器線圈的冷卻油的流量隨會(huì)隨著負(fù)載的變化而改變，冷卻油的流量和與流經(jīng)冷卻設(shè)備油流（用油泵抽出的冷卻油）沒(méi)有直接關(guān)系。隨著主變壓器的負(fù)載的增大，溫差就會(huì)變大，流經(jīng)主變壓器線圈的冷卻油的循環(huán)效率就越高。

②冷卻作用對(duì)比。

在穩(wěn)態(tài)和短時(shí)超銘牌運(yùn)行情況下，相對(duì)于OFAF 冷卻方式，采用ODAF 冷卻方式時(shí)，線圈冷卻作用更為強(qiáng)烈些，溫度的差值也較小。從理論上來(lái)說(shuō)，線圈平均溫度和熱點(diǎn)溫度之間的差值也較小，因此可以增加用線圈平均溫度所表示的允許溫升。在IEC 標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定中，ODAF 這種冷卻方式的線圈溫升的限值為70K。但是在突然失去冷卻作用的暫態(tài)下，強(qiáng)迫導(dǎo)向油循環(huán)風(fēng)冷（ODAF）與強(qiáng)迫油循環(huán)風(fēng)冷（OFAF）的冷卻作用會(huì)發(fā)生不同的改變。因?yàn)镺DAF 冷卻方式采用油泵對(duì)線圈進(jìn)行冷卻，一旦油泵停止工作，主變壓器繞組冷卻狀況會(huì)立即發(fā)生改變。而強(qiáng)迫油循環(huán)風(fēng)冷的線圈冷卻，本身就是靠自然熱對(duì)流循環(huán)，油泵不直接參與油的冷卻，所以一旦油泵停止工作，冷卻狀況也不會(huì)立刻發(fā)生改變。

5 小結(jié)

對(duì)于大型變壓器，我們可以選擇“ODAF”或“OFAF”兩種冷卻方式。不管選擇哪一種冷卻方式，只要我們能夠得當(dāng)使用，都可以起到令人滿意的冷卻效果。但是，對(duì)于這兩種冷卻方式，正式因?yàn)槠涔ぷ髟聿挥?，所以在性能方面也各有?yōu)缺點(diǎn)。HXD1型電力機(jī)車主變壓器油箱內(nèi)采用這兩種冷卻方式，一種方式主要冷卻變壓器線圈，一種方式主要冷卻濾波電抗器線圈，因?yàn)閮烧吖灿靡粋€(gè)油箱，所以兩種冷卻方式的采用使得各自長(zhǎng)處得以發(fā)揮保證了系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性。

[1]張曙光.HXD1型電力機(jī)車[M].北京：中國(guó)鐵道出版社，2009.

[2]官永昌.論述高壓變壓器冷卻方式OFAF 和ODAF 的比較[J].中小企業(yè)管理與科技（下旬刊），2009，10，25.

[3]張斌.熱管技術(shù)用于油浸式變壓器的研究[D].山東大學(xué)，2012.