譚風(fēng)雷，李義峰，朱超

(國網(wǎng)江蘇省電力有限公司檢修分公司，江蘇南京210000)

隨著電網(wǎng)規(guī)模不斷擴(kuò)大，特高壓變電站新建工程、500 kV變電站新建工程以及傳統(tǒng)220 kV變電站改擴(kuò)建工程日益增加，作為變電站內(nèi)核心電力設(shè)備，電力變壓器也呈現(xiàn)快速增長的趨勢[1-3]。為了解決變壓器本體發(fā)熱嚴(yán)重的問題，大型電力變壓器一般都采用強(qiáng)迫油循環(huán)風(fēng)冷冷卻器散熱，但由于風(fēng)扇抽風(fēng)作用，經(jīng)常會將雜物吸入散熱器，在其翅管上形成一道絮狀物，阻礙氣流正常流通，嚴(yán)重影響散熱器冷卻效果，導(dǎo)致電力變壓器溫度升高，加速絕緣油劣化，影響電力變壓器的使用壽命，嚴(yán)重危及電力系統(tǒng)的供電安全[4-6]。

針對電力變壓器發(fā)熱異常的問題，電力系統(tǒng)一般采用帶電水沖洗的方法來沖洗散熱器翅管上吸附的雜物，疏通氣流通道，提高散熱效果，但該方法耗時(shí)耗力且受到水源的限制[7-9]。針對帶電水沖洗存在的諸多問題，文獻(xiàn) [10]設(shè)計(jì)了一種變壓器散熱器防塵網(wǎng)罩來濾除吸入散熱器的雜物，提高變壓器的散熱效果，但由于防塵網(wǎng)未固定，氣流作用會產(chǎn)生較大噪音，影響變電站對變壓器運(yùn)行狀態(tài)的判斷。為了降低防塵網(wǎng)因氣流作用所產(chǎn)生的噪音，本文在文獻(xiàn) [10]的基礎(chǔ)上，提出了一種變壓器防塵網(wǎng)導(dǎo)軌設(shè)計(jì)方法，有效解決了防塵網(wǎng)因氣流沖擊而產(chǎn)生的額外噪音。最后以1 000 kV特高壓變壓器為例，詳細(xì)給出了防塵網(wǎng)導(dǎo)軌的設(shè)計(jì)過程。

1 變壓器防塵網(wǎng)導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

在變電站現(xiàn)場應(yīng)用中，通過在冷卻器背部增加防塵網(wǎng)來濾除吸入冷卻器翅管的雜物，以提高變壓器冷卻器的散熱效果。但安裝防塵網(wǎng)后，由于氣流作用會產(chǎn)生額外的噪音，影響變電站對變壓器運(yùn)行狀態(tài)的判斷，不利于電力設(shè)備運(yùn)行安全[11-12]。為抑制防塵網(wǎng)因氣流作用而產(chǎn)生的噪音，提出了一種可降低噪音的變壓器防塵網(wǎng)導(dǎo)軌，其結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 變壓器防塵網(wǎng)導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)

變壓器防塵網(wǎng)導(dǎo)軌主要包括槽型橡膠滑塊、U型不銹鋼緊固夾件、L型螺栓緊固件和框架四個(gè)部分。槽型橡膠滑塊通過兩個(gè)橫向均勻分布的螺栓固定在框架上，用于降低防塵網(wǎng)升降過程中產(chǎn)生的噪音；U型不銹鋼緊固夾件通過兩個(gè)縱向均勻分布的螺栓固定在框架上，用于降低防塵網(wǎng)產(chǎn)生的噪音；L型螺栓緊固件通過兩個(gè)縱向均勻分布的螺栓固定在框架上，用于緊固防塵網(wǎng)，防止由于提升防塵網(wǎng)的鋼絞線斷裂后，防塵網(wǎng)墜落，損壞變壓器冷卻器；框架通過多個(gè)縱橫均勻分布的螺栓固定在變壓器冷卻器，對槽型橡膠滑塊、U型不銹鋼緊固夾件和螺栓緊固件起到支撐與固定作用。

槽型橡膠滑塊結(jié)構(gòu)如圖2所示，為了降低防塵網(wǎng)升降時(shí)產(chǎn)生的噪音，其凹槽的寬度設(shè)計(jì)為防塵網(wǎng)的厚度。

圖2 槽型橡膠滑塊結(jié)構(gòu)

U型不銹鋼緊固夾件結(jié)構(gòu)如圖3所示，主要包括U型不銹鋼夾片和加緊螺栓。防塵網(wǎng)位于不銹鋼夾片之間，通過調(diào)節(jié)加緊螺栓，調(diào)整不銹鋼夾片間的距離，從而夾緊防塵網(wǎng)。

圖3 U型不銹鋼緊固夾件結(jié)構(gòu)

L型螺栓緊固件結(jié)構(gòu)如圖4所示，主要包括L型緊固鋼片和緊固螺栓。緊固螺栓通過防塵網(wǎng)螺栓孔、L型緊固鋼片螺栓孔和螺帽，實(shí)現(xiàn)防塵網(wǎng)固定。

圖4 L型螺栓緊固件結(jié)構(gòu)

當(dāng)防塵網(wǎng)上升時(shí)，靜音阻尼導(dǎo)軌中U型不銹鋼緊固夾件松開，L型螺栓緊固件不投入，通過槽型橡膠滑塊來夾緊防塵網(wǎng)，從而降低防塵網(wǎng)升降過程中產(chǎn)生的噪音。當(dāng)防塵網(wǎng)到達(dá)頂部后，通過調(diào)節(jié)U型不銹鋼緊固夾件的加緊螺栓和投入L型螺栓緊固件的緊固螺栓來夾緊防塵網(wǎng)，避免防塵網(wǎng)因氣流而產(chǎn)生噪音。

2 變壓器防塵網(wǎng)導(dǎo)軌模塊數(shù)量設(shè)計(jì)

前面分析了變壓器防塵網(wǎng)導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)，下面對槽型橡膠滑塊、U型不銹鋼緊固夾件和L型螺栓緊固件所對應(yīng)的模塊數(shù)量進(jìn)行設(shè)計(jì)。

2.1 槽型橡膠滑塊數(shù)量設(shè)計(jì)

現(xiàn)有的防塵網(wǎng)采用拼裝折疊式設(shè)計(jì)[13-14]，一般由多片防塵片拼接而成，為了保證防塵網(wǎng)上升過程中每片防塵片都能得到固定，不會產(chǎn)生噪音，則槽型橡膠滑塊數(shù)量應(yīng)滿足:

式中 N1為槽型橡膠滑塊數(shù)量；N為防塵網(wǎng)片數(shù)。

考慮到防塵網(wǎng)導(dǎo)軌中還有U型不銹鋼緊固夾件和L型螺栓緊固件，為了節(jié)約成本，將槽型橡膠滑塊數(shù)量設(shè)計(jì)為2N，并固定在每片防塵片的中部。

2.2 U型不銹鋼緊固夾件數(shù)量設(shè)計(jì)

防塵網(wǎng)是通過鋼絞線提升并懸掛在變壓器冷卻器背部的，鋼絞線的提升拉力與U型不銹鋼緊固夾件夾緊力必須大于等于防塵網(wǎng)重力[15-16]，即:

式中 F1為鋼絞線的提升拉力；F2為U型不銹鋼緊固夾件的夾緊力；m為單片防塵片的重量。

當(dāng)鋼絞線斷裂時(shí)，鋼絞線的提升拉力F1為0，為了保證防塵網(wǎng)不會掉落，U型不銹鋼緊固夾件夾緊力必須滿足:

根據(jù)螺栓結(jié)構(gòu)，單個(gè)U型不銹鋼緊固夾件的夾緊力可以表示成:

式中 F21為單個(gè)U型不銹鋼緊固夾件的夾緊力；T為施加在U型不銹鋼緊固夾件加緊螺栓上的扭矩；P為U型不銹鋼緊固夾件加緊螺栓的螺距；u1為U型不銹鋼緊固夾件加緊螺栓螺紋副之間的摩擦系數(shù)；d1為U型不銹鋼緊固夾件加緊螺栓的半徑；u2為防塵網(wǎng)與U型不銹鋼夾片之間的摩擦系數(shù)；a為U型不銹鋼夾片的長度；b為U型不銹鋼夾片的寬度。

考慮到U型不銹鋼緊固夾件加緊螺栓的扭矩過大，會損壞螺紋；扭矩過小，又難以加緊防塵網(wǎng)，因此將扭矩設(shè)計(jì)為:

根據(jù)單個(gè)U型不銹鋼緊固夾件的夾緊力和扭矩大小，可得U型不銹鋼緊固夾件數(shù)量與防塵網(wǎng)數(shù)量的關(guān)系表達(dá)式:

U型不銹鋼緊固夾件數(shù)量為N2，并固定在兩片防塵片的連接處。則U型不銹鋼緊固夾件數(shù)量可以表示成:

結(jié)合實(shí)際情況，U型不銹鋼緊固夾件數(shù)量可以表示成:

2.3 L型螺栓緊固件數(shù)量設(shè)計(jì)

當(dāng)某個(gè)U型不銹鋼緊固夾件松動后，防塵網(wǎng)滑落，為了防止防塵網(wǎng)全部滑落，損壞冷卻器，在防塵網(wǎng)中部增加了L型螺栓緊固件，將L型螺栓緊固件數(shù)量設(shè)計(jì)為:

式中 N3為L型螺栓緊固件數(shù)量。

L型螺栓緊固件固定在防塵網(wǎng)中部，當(dāng)防塵網(wǎng)片數(shù)N為偶數(shù)時(shí)，L型螺栓緊固件固定在防塵網(wǎng)從上往下第N/2＋1個(gè)防塵片處，當(dāng)防塵網(wǎng)片數(shù)N為奇數(shù)時(shí)，L型螺栓緊固件固定在防塵網(wǎng)從上往下第[N/2]個(gè)防塵片處。

當(dāng)防塵網(wǎng)片數(shù)N為偶數(shù)時(shí)，L型螺栓緊固件緊固螺栓應(yīng)滿足:

式中 Q為L型螺栓緊固件緊固螺栓的抗彎強(qiáng)度；d3為L型螺栓緊固件緊固螺栓的半徑。

當(dāng)防塵網(wǎng)片數(shù)N為奇數(shù)時(shí)，L型螺栓緊固件緊固螺栓應(yīng)滿足:

為了保證安全性，L型螺栓緊固件緊固螺栓的抗彎強(qiáng)度設(shè)計(jì)為:

式中 Qmzx為L型螺栓緊固件緊固螺栓的最大抗彎強(qiáng)度。則L型螺栓緊固件緊固螺栓最大抗彎強(qiáng)度設(shè)計(jì)為:

3 變壓器防塵網(wǎng)導(dǎo)軌設(shè)計(jì)實(shí)例分析

下面以1 000 kV特高壓變壓器為例，來分析變壓器防塵網(wǎng)導(dǎo)軌的設(shè)計(jì)過程。1 000 kV變壓器冷卻器長4.5 m，寬1.8 m，其對應(yīng)的防塵網(wǎng)被設(shè)計(jì)成18片，每片防塵片長0.25 m，寬1.8 m，重10 kg，即N＝18，m＝10 kg，則具體的設(shè)計(jì)結(jié)果如下:

1)根據(jù)防塵網(wǎng)片數(shù)N＝18，結(jié)合式 (1)可知:槽型橡膠滑塊數(shù)量:

2)設(shè)計(jì)U型不銹鋼緊固夾件數(shù)量前，先要選擇U型不銹鋼緊固夾件的加緊螺栓型號，假設(shè)施加在U型不銹鋼緊固夾件加緊螺栓上的最大扭矩Tmax＝5 N·m，U型不銹鋼緊固夾件加緊螺栓的螺距P＝0.04 m，U型不銹鋼緊固夾件加緊螺栓螺紋副之間的摩擦系數(shù)u1＝0.12，U型不銹鋼緊固夾件加緊螺栓的半徑d1＝0.004 m，防塵網(wǎng)與U型不銹鋼夾片之間的摩擦系數(shù)u2＝0.14，U型不銹鋼夾片的長度a＝0.1 m，U型不銹鋼夾片的寬度b＝0.1 m，則N2≥3.2，結(jié)合式 (8)可知，U型不銹鋼緊固夾件數(shù)量:

3)設(shè)計(jì)L型螺栓緊固件數(shù)量前，先要選擇L型螺栓緊固件緊固螺栓型號，假設(shè)L型螺栓緊固件緊固螺栓的半徑d3＝0.005，結(jié)合式 (13)可知L型螺栓緊固件緊固螺栓最大抗彎強(qiáng)度需滿足Qmax≥24.96 MPa。此時(shí)結(jié)合式 (9)可知L型螺栓緊固件數(shù)量:

4 結(jié)語

1)提出一種可降低噪音的變壓器防塵網(wǎng)導(dǎo)軌，包括槽型橡膠滑塊、U型不銹鋼緊固夾件、L型螺栓緊固件和框架四個(gè)部分。

2)基于變壓器防塵網(wǎng)導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)，對槽型橡膠滑塊、U型不銹鋼緊固夾件和L型螺栓緊固件的數(shù)量進(jìn)行了設(shè)計(jì)。

3)以特高壓變壓器為例，對變壓器防塵網(wǎng)導(dǎo)軌設(shè)計(jì)方法進(jìn)行了分析，計(jì)算得到槽型橡膠滑塊數(shù)量為36，U型不銹鋼緊固夾件數(shù)量為6，L型螺栓緊固件數(shù)量為2。