許宗陽

摘? 要：我國快速發(fā)展的國民經(jīng)濟(jì)，使得各個(gè)行業(yè)內(nèi)對(duì)于電能的需求數(shù)量逐漸得以增加，這也是我國電網(wǎng)建設(shè)得到進(jìn)一步發(fā)展的原因所在。作為電網(wǎng)系統(tǒng)中重要組成部分之一的變電所，其內(nèi)部變壓器的正常運(yùn)行對(duì)于電力系統(tǒng)的運(yùn)行有著極為顯著的影響。變壓器的正常運(yùn)行需要合理的控制溫度，避免溫度過高，在這個(gè)過程中就需要選擇合適的冷卻方式來幫助變壓器降溫?；诖?，文章圍繞著500kV變壓器冷卻方式展開了相應(yīng)的討論。

關(guān)鍵詞：500kV變壓器;冷卻方式;對(duì)比

中圖分類號(hào)：TM4 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2095-2945（2020）22-0114-02

Abstract： With the rapid development of China's national economy， the demand for electric energy in various industries has gradually increased， which is also the reason for the further development of power grid construction in our country. As an important part of the power grid system， the normal operation of its internal transformer has a very significant impact on the operation of the power system. The normal operation of the transformer needs reasonable temperature control to avoid excessive temperature. In this process， it is necessary to choose a suitable cooling method to help the transformer cool down. Based on this， this paper discusses the cooling mode of 500kV transformer.

Keywords： 500kV transformer; cooling mode; contrast

變壓器在實(shí)際的運(yùn)行過程中，因?yàn)榇嬖谥蚨嗷蛏俚蔫F耗以及銅耗，并且這些損耗最終都會(huì)轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮艿男问缴l(fā)到外界之中，也正是因?yàn)檫@些熱能的存在，才導(dǎo)致變壓器在運(yùn)行中溫度會(huì)不斷提升，為了避免出現(xiàn)溫度過高的現(xiàn)象，為此，就需要選用合適的冷卻方式，針對(duì)變壓器進(jìn)行降溫處理，從而維護(hù)其正常運(yùn)行及使用壽命。

1 變壓器冷卻方式

1.1 OFAF類型冷卻方式

這一類型的變壓器冷卻方式就是使用油泵把變壓器上部分的熱油泵到冷卻器內(nèi)部，這些熱油在流過冷卻管之后，將本身攜帶的熱量傳遞到冷卻管上，交由冷卻管將熱量散發(fā)到空氣之中。而空氣側(cè)需要通過變壓器風(fēng)扇的運(yùn)轉(zhuǎn)吸入空氣，這些空氣在流過空氣管之后，吸收相應(yīng)的熱量，最后吹出冷卻器，實(shí)現(xiàn)冷卻變壓器的目標(biāo)。經(jīng)過繞組內(nèi)的油流是一種熱對(duì)流性質(zhì)循環(huán)。

1.2 ODAF類型冷卻方式

這一種類型的變壓器冷卻方式，同樣是借助油泵在冷卻器的內(nèi)部吸入變壓器的上部分的熱油，熱油流過冷卻管的時(shí)候，將熱量傳遞給冷卻管，由冷卻管將熱量傳遞到空氣之中。隨后空氣側(cè)借助變壓器風(fēng)扇的運(yùn)轉(zhuǎn)將空氣吸入，空氣在流經(jīng)空氣管的時(shí)候，熱量由空氣管吸收將之排放到冷卻器外部，從而幫助變壓器降溫，但流經(jīng)繞組內(nèi)部的油流的是一種強(qiáng)迫導(dǎo)向循環(huán)。

1.3 ONAN類型冷卻方式

這一類型的變壓器冷卻方式又被稱為油浸自冷，其本質(zhì)就是內(nèi)部的油自然性對(duì)流冷卻。變壓器油箱在變壓器運(yùn)轉(zhuǎn)的過程中變壓器油會(huì)逐漸被加熱，密度就會(huì)出現(xiàn)相應(yīng)的降低，油流就會(huì)逐漸上升，在這個(gè)過程中，借助散熱裝置或者是油箱壁的散熱，將熱量逐漸傳出，此時(shí)變壓器的油溫度就會(huì)逐漸下降，密度就會(huì)逐漸增大，油流就會(huì)逐漸的下流，接下來就是循環(huán)這個(gè)過程，這一方式最為突出的優(yōu)勢(shì)就是噪音數(shù)值較小。

1.4 ONAF類型冷卻方式

這一類型的變壓器冷卻方式本質(zhì)上就是變壓器油的自然循環(huán)，冷卻應(yīng)用的空氣則是借助風(fēng)扇吹往散熱器上，但是因?yàn)榭諝庾陨淼牧鲃?dòng)速率相對(duì)較高，導(dǎo)致空氣側(cè)的傳熱有所提升。較之ONAN的變壓器冷卻方式，ONAF散熱器表面的對(duì)流傳熱率的會(huì)有2到3倍的提升。

2 500kV變壓器常用的OFAF及ODAF冷卻方式對(duì)比分析

2.1 循環(huán)方式上的差異

OFAF的變壓器冷卻方式，油流在流過繞組內(nèi)部的過程中是一種熱對(duì)流循環(huán)形式，變壓器油在線圈中流動(dòng)的時(shí)候主要原因是線圈本身的發(fā)熱，并且流過線圈的變壓器油流量是會(huì)隨著負(fù)載的變化而變化的，和使用油泵抽出的流過冷卻設(shè)施的變壓器油并沒有任何的直接關(guān)系，負(fù)載提升的情況下，溫差就會(huì)逐漸提升，循環(huán)效率也就會(huì)逐漸得以提升。而ODAF的變壓器冷卻方式中，流過線圈內(nèi)的變壓器油流是一種強(qiáng)迫性的導(dǎo)向循環(huán)，變壓器油在線圈內(nèi)的流動(dòng)，是借助潛油泵和導(dǎo)油管的壓力實(shí)現(xiàn)的，與變壓器的負(fù)載之間沒有太大的關(guān)聯(lián)。

2.2 油流帶電上的差異

使用ODAF方式冷卻變壓器的過程中，由于受到的導(dǎo)向裝置驅(qū)動(dòng)的影響，變壓器油的流動(dòng)速度會(huì)出現(xiàn)相應(yīng)的提升，在變壓器油流經(jīng)過繞組內(nèi)部諸如匝絕緣、絕緣板等各個(gè)固體性質(zhì)絕緣件的過程中，就會(huì)因?yàn)楸舜酥g存在的強(qiáng)大摩擦作用而產(chǎn)生相應(yīng)的靜電，在電荷不斷累積的情況下，就會(huì)引發(fā)變壓器局部區(qū)域的電場升高、電場畸變等問題，繼而在絕緣局部的放電量增加的情況下引發(fā)對(duì)應(yīng)的油流帶電問題。這一問題的存在對(duì)于500kV變壓器的安全穩(wěn)定運(yùn)行有著較為顯著的影響，并且近些年來已經(jīng)出現(xiàn)了一些由于油流靜電問題引發(fā)的故障問題，這一問題已經(jīng)得到了社會(huì)范圍的廣泛關(guān)注。油流帶電和油流速度之間的有著較為緊密的關(guān)系，而使用ONAF的變壓器冷卻方式的情況下，由于經(jīng)過繞組內(nèi)的油流是一種熱對(duì)流性質(zhì)循環(huán)，為此，油和絕緣體之間的相對(duì)速度有著顯著的降低，完全不需要擔(dān)心油流帶電問題。

2.3 油內(nèi)雜質(zhì)上的差異

ODAF變壓器冷卻方式下的全部變壓器油是直接打入到線圈內(nèi)部的，這也就導(dǎo)致任何可以進(jìn)入油中的雜質(zhì)都可以進(jìn)入到線圈內(nèi)部。而OFAF變壓器冷卻方式下的變壓器油流主要是在線圈內(nèi)部分布，雜質(zhì)很難進(jìn)入到線圈之中，這一方式在維持關(guān)鍵絕緣部位清潔度上有著至關(guān)重要的作用。

2.4 冷卻作用上的差異

ODAF變壓器冷卻方式下的線圈具備較為強(qiáng)烈的冷卻作用，并且上下部分的溫度差異也較小，從理論角度上來看，熱點(diǎn)溫度和線圈溫度的平均數(shù)值的差值也較小，由此出發(fā)，借助線圈溫度平均數(shù)值表現(xiàn)允許溫度提升數(shù)值可以適當(dāng)?shù)挠兴黾印Ｔ贗CE的標(biāo)準(zhǔn)中，對(duì)于ODAF變壓器冷卻方式下的線圈溫度提升限值為70K，而OFAF變壓器冷卻方式下溫度提升限值為65K。但在我國的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，卻并未完全采納這一標(biāo)準(zhǔn)，而是將兩種變壓器冷卻方式下的線圈溫度提升限值都限定在65K上。之所以采用這樣的標(biāo)準(zhǔn)，主要是因?yàn)橛脩魧?duì)于制造方在ODAF的冷卻方式下能否實(shí)現(xiàn)線圈各個(gè)部分均勻冷卻持有懷疑態(tài)度，一旦在冷卻的過程中出現(xiàn)了無法照顧到的“死角”，這對(duì)于絕緣體而言是十分不利的。實(shí)際上，變壓器內(nèi)部的油流情形是較為復(fù)雜的，油流的速度過快，就會(huì)導(dǎo)致可控性越來越差，當(dāng)前開發(fā)出來的計(jì)算軟件，是以一個(gè)理想且簡化的模型為基礎(chǔ)建立的，導(dǎo)致其存在著較大的不確定性。

2.5 暫態(tài)運(yùn)行上的差異

變壓器在正常的運(yùn)行過程中，通常會(huì)出現(xiàn)如下兩種暫態(tài)運(yùn)行情形：短時(shí)的超銘牌運(yùn)行及突然喪失冷卻的運(yùn)行。對(duì)于前者而言，和穩(wěn)態(tài)運(yùn)行的情況較為類似，在設(shè)計(jì)可靠性較高的前提下，ODAF及OFAF兩種的變壓器冷卻方式在性能上都有著一定的保障，但需要注意的一點(diǎn)就是將短時(shí)的超銘牌運(yùn)行時(shí)長做出明確的規(guī)定。而對(duì)于后者而言，OFAF變壓器冷卻方式下的線圈冷卻，本身就依賴于線圈自身的發(fā)熱，泵發(fā)揮的只是間接作用，在油泵停止工作之后，線圈自身的冷卻狀況依舊還會(huì)持續(xù)一段時(shí)間。ODAF變壓器冷卻方式下的線圈冷卻則是完全依賴于泵，在油泵停止工作之后，線圈的冷卻狀況就會(huì)出現(xiàn)實(shí)時(shí)的變化。

通過這幾個(gè)方面的對(duì)比，不難看出，在變壓器的冷卻效果上ODAF要顯著好于OFAF，在ICE的標(biāo)準(zhǔn)中，對(duì)于ODAF變壓器冷卻方式下的線圈溫度提升限值為70K，而OFAF變壓器冷卻方式下的溫度提升限值為65K。但在我國的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)中是將兩種變壓器冷卻方式下的線圈溫度提升限值都限定在65K上。ODAF類型的變壓器冷卻方式的優(yōu)勢(shì)在我國并沒有得到應(yīng)有的發(fā)揮，反而是這一冷卻方式很容易帶來相應(yīng)的油流靜電及雜質(zhì)進(jìn)入線圈問題。由此看來，ODAF類型的變壓器冷卻方式在我國境內(nèi)需要慎用。

3 500kV變壓器冷卻系統(tǒng)的改進(jìn)分析

3.1 通常存在的問題

就當(dāng)前的500kV變壓器冷卻系統(tǒng)看來，其中主要存在著如下幾個(gè)方面的問題：第一，主用及備用電源信號(hào)故障。只能夠反應(yīng)在兩股交流進(jìn)線空開下回路發(fā)生故障的跳閘及脫扣動(dòng)作，當(dāng)處于空開的狀態(tài)下，由于人為的誤分、其上口及電源端的回路故障的影響，導(dǎo)致其上一級(jí)的空開跳閘，無法在監(jiān)控后臺(tái)上體現(xiàn)，再加之運(yùn)行人員無法及時(shí)這一問題，就會(huì)導(dǎo)致冷卻風(fēng)扇全停跳閘出口的延時(shí)，如若冷控失電跳三側(cè)開關(guān)壓板投入，就會(huì)在后臺(tái)發(fā)出警報(bào)的同時(shí)主變?nèi)齻?cè)跳閘，導(dǎo)致喪失處理機(jī)會(huì)。第二，風(fēng)扇或油泵的工作信號(hào)只會(huì)體現(xiàn)在風(fēng)冷控制箱面板上，導(dǎo)致運(yùn)行人員無法實(shí)時(shí)掌控，對(duì)于此二者依靠溫度負(fù)載啟動(dòng)這一特點(diǎn)而言，在一些特殊情況及處于負(fù)載高峰值的情況下，需要手動(dòng)檢查冷卻器的啟動(dòng)與否，這一項(xiàng)工作的存在，將會(huì)使得自動(dòng)化水平較高的綜合性變電站的工作效率及自動(dòng)化程度有所降低，同時(shí)也為整個(gè)變電站的穩(wěn)定安全運(yùn)行埋下了安全隱患。

3.2 改進(jìn)的具體措施

針對(duì)上面提及的變壓器冷卻系統(tǒng)問題，提出了如下解決方案：第一，主用及備用交流電源信號(hào)反應(yīng)故障的解決方案。通過加入時(shí)間繼電器即可解決，具體型號(hào)及接入方式，根據(jù)現(xiàn)場施工條件選擇，但需要注意的一點(diǎn)就是選用的時(shí)間繼電器可以躲過雙電源處于自動(dòng)切換狀態(tài)下的交流接觸器在短時(shí)失電情況下的同時(shí)閉合時(shí)長，一般為3秒鐘左右。第二，解決風(fēng)扇或油泵的工作信號(hào)只會(huì)在風(fēng)冷控制箱面板上體現(xiàn)的問題，可以將相應(yīng)繼電器的動(dòng)合觸點(diǎn)相連接的空端子接入到監(jiān)控后臺(tái)內(nèi)部。

4 結(jié)束語

在變壓器的運(yùn)行過程中，為了防止因?yàn)檫^熱引發(fā)的故障及損害使用壽命的問題，就需要使用合適的冷卻方式幫助其降溫。對(duì)于500kV的變壓器而言，最為常用的冷卻方式就是OFAF及ODAF兩種，本文通過從循環(huán)方式、油流帶電、油流雜質(zhì)等五個(gè)方面進(jìn)行二者的對(duì)比，ODAF的效果顯著好于OFAF，但因?yàn)楦鞣N原因的影響，ODAF在我國并沒有得到廣泛應(yīng)用，在技術(shù)發(fā)展的支持下，ODAF冷卻方式必將得到大范圍應(yīng)用。

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