一种可降低噪音的变压器防尘网导轨设计

谭风雷，李义峰，朱超

(国网江苏省电力有限公司检修分公司，江苏南京210000)

随着电网规模不断扩大，特高压变电站新建工程、500 kV变电站新建工程以及传统220 kV变电站改扩建工程日益增加，作为变电站内核心电力设备，电力变压器也呈现快速增长的趋势[1-3]。为了解决变压器本体发热严重的问题，大型电力变压器一般都采用强迫油循环风冷冷却器散热，但由于风扇抽风作用，经常会将杂物吸入散热器，在其翅管上形成一道絮状物，阻碍气流正常流通，严重影响散热器冷却效果，导致电力变压器温度升高，加速绝缘油劣化，影响电力变压器的使用寿命，严重危及电力系统的供电安全[4-6]。

针对电力变压器发热异常的问题，电力系统一般采用带电水冲洗的方法来冲洗散热器翅管上吸附的杂物，疏通气流通道，提高散热效果，但该方法耗时耗力且受到水源的限制[7-9]。针对带电水冲洗存在的诸多问题，文献 [10]设计了一种变压器散热器防尘网罩来滤除吸入散热器的杂物，提高变压器的散热效果，但由于防尘网未固定，气流作用会产生较大噪音，影响变电站对变压器运行状态的判断。为了降低防尘网因气流作用所产生的噪音，本文在文献 [10]的基础上，提出了一种变压器防尘网导轨设计方法，有效解决了防尘网因气流冲击而产生的额外噪音。最后以1 000 kV特高压变压器为例，详细给出了防尘网导轨的设计过程。

1 变压器防尘网导轨结构设计

在变电站现场应用中，通过在冷却器背部增加防尘网来滤除吸入冷却器翅管的杂物，以提高变压器冷却器的散热效果。但安装防尘网后，由于气流作用会产生额外的噪音，影响变电站对变压器运行状态的判断，不利于电力设备运行安全[11-12]。为抑制防尘网因气流作用而产生的噪音，提出了一种可降低噪音的变压器防尘网导轨，其结构如图1所示。

图1 变压器防尘网导轨结构

变压器防尘网导轨主要包括槽型橡胶滑块、U型不锈钢紧固夹件、L型螺栓紧固件和框架四个部分。槽型橡胶滑块通过两个横向均匀分布的螺栓固定在框架上，用于降低防尘网升降过程中产生的噪音；U型不锈钢紧固夹件通过两个纵向均匀分布的螺栓固定在框架上，用于降低防尘网产生的噪音；L型螺栓紧固件通过两个纵向均匀分布的螺栓固定在框架上，用于紧固防尘网，防止由于提升防尘网的钢绞线断裂后，防尘网坠落，损坏变压器冷却器；框架通过多个纵横均匀分布的螺栓固定在变压器冷却器，对槽型橡胶滑块、U型不锈钢紧固夹件和螺栓紧固件起到支撑与固定作用。

槽型橡胶滑块结构如图2所示，为了降低防尘网升降时产生的噪音，其凹槽的宽度设计为防尘网的厚度。

图2 槽型橡胶滑块结构

U型不锈钢紧固夹件结构如图3所示，主要包括U型不锈钢夹片和加紧螺栓。防尘网位于不锈钢夹片之间，通过调节加紧螺栓，调整不锈钢夹片间的距离，从而夹紧防尘网。

图3 U型不锈钢紧固夹件结构

L型螺栓紧固件结构如图4所示，主要包括L型紧固钢片和紧固螺栓。紧固螺栓通过防尘网螺栓孔、L型紧固钢片螺栓孔和螺帽，实现防尘网固定。

图4 L型螺栓紧固件结构

当防尘网上升时，静音阻尼导轨中U型不锈钢紧固夹件松开，L型螺栓紧固件不投入，通过槽型橡胶滑块来夹紧防尘网，从而降低防尘网升降过程中产生的噪音。当防尘网到达顶部后，通过调节U型不锈钢紧固夹件的加紧螺栓和投入L型螺栓紧固件的紧固螺栓来夹紧防尘网，避免防尘网因气流而产生噪音。

2 变压器防尘网导轨模块数量设计

前面分析了变压器防尘网导轨结构，下面对槽型橡胶滑块、U型不锈钢紧固夹件和L型螺栓紧固件所对应的模块数量进行设计。

2.1 槽型橡胶滑块数量设计

现有的防尘网采用拼装折叠式设计[13-14]，一般由多片防尘片拼接而成，为了保证防尘网上升过程中每片防尘片都能得到固定，不会产生噪音，则槽型橡胶滑块数量应满足:

式中 N1为槽型橡胶滑块数量；N为防尘网片数。

考虑到防尘网导轨中还有U型不锈钢紧固夹件和L型螺栓紧固件，为了节约成本，将槽型橡胶滑块数量设计为2N，并固定在每片防尘片的中部。

2.2 U型不锈钢紧固夹件数量设计

防尘网是通过钢绞线提升并悬挂在变压器冷却器背部的，钢绞线的提升拉力与U型不锈钢紧固夹件夹紧力必须大于等于防尘网重力[15-16]，即:

式中 F1为钢绞线的提升拉力；F2为U型不锈钢紧固夹件的夹紧力；m为单片防尘片的重量。

当钢绞线断裂时，钢绞线的提升拉力F1为0，为了保证防尘网不会掉落，U型不锈钢紧固夹件夹紧力必须满足:

根据螺栓结构，单个U型不锈钢紧固夹件的夹紧力可以表示成:

式中 F21为单个U型不锈钢紧固夹件的夹紧力；T为施加在U型不锈钢紧固夹件加紧螺栓上的扭矩；P为U型不锈钢紧固夹件加紧螺栓的螺距；u1为U型不锈钢紧固夹件加紧螺栓螺纹副之间的摩擦系数；d1为U型不锈钢紧固夹件加紧螺栓的半径；u2为防尘网与U型不锈钢夹片之间的摩擦系数；a为U型不锈钢夹片的长度；b为U型不锈钢夹片的宽度。

考虑到U型不锈钢紧固夹件加紧螺栓的扭矩过大，会损坏螺纹；扭矩过小，又难以加紧防尘网，因此将扭矩设计为:

根据单个U型不锈钢紧固夹件的夹紧力和扭矩大小，可得U型不锈钢紧固夹件数量与防尘网数量的关系表达式:

U型不锈钢紧固夹件数量为N2，并固定在两片防尘片的连接处。则U型不锈钢紧固夹件数量可以表示成:

结合实际情况，U型不锈钢紧固夹件数量可以表示成:

2.3 L型螺栓紧固件数量设计

当某个U型不锈钢紧固夹件松动后，防尘网滑落，为了防止防尘网全部滑落，损坏冷却器，在防尘网中部增加了L型螺栓紧固件，将L型螺栓紧固件数量设计为:

式中 N3为L型螺栓紧固件数量。

L型螺栓紧固件固定在防尘网中部，当防尘网片数N为偶数时，L型螺栓紧固件固定在防尘网从上往下第N/2＋1个防尘片处，当防尘网片数N为奇数时，L型螺栓紧固件固定在防尘网从上往下第[N/2]个防尘片处。

当防尘网片数N为偶数时，L型螺栓紧固件紧固螺栓应满足:

式中 Q为L型螺栓紧固件紧固螺栓的抗弯强度；d3为L型螺栓紧固件紧固螺栓的半径。

当防尘网片数N为奇数时，L型螺栓紧固件紧固螺栓应满足:

为了保证安全性，L型螺栓紧固件紧固螺栓的抗弯强度设计为:

式中 Qmzx为L型螺栓紧固件紧固螺栓的最大抗弯强度。则L型螺栓紧固件紧固螺栓最大抗弯强度设计为:

3 变压器防尘网导轨设计实例分析

下面以1 000 kV特高压变压器为例，来分析变压器防尘网导轨的设计过程。1 000 kV变压器冷却器长4.5 m，宽1.8 m，其对应的防尘网被设计成18片，每片防尘片长0.25 m，宽1.8 m，重10 kg，即N＝18，m＝10 kg，则具体的设计结果如下:

1)根据防尘网片数N＝18，结合式 (1)可知:槽型橡胶滑块数量:

2)设计U型不锈钢紧固夹件数量前，先要选择U型不锈钢紧固夹件的加紧螺栓型号，假设施加在U型不锈钢紧固夹件加紧螺栓上的最大扭矩Tmax＝5 N·m，U型不锈钢紧固夹件加紧螺栓的螺距P＝0.04 m，U型不锈钢紧固夹件加紧螺栓螺纹副之间的摩擦系数u1＝0.12，U型不锈钢紧固夹件加紧螺栓的半径d1＝0.004 m，防尘网与U型不锈钢夹片之间的摩擦系数u2＝0.14，U型不锈钢夹片的长度a＝0.1 m，U型不锈钢夹片的宽度b＝0.1 m，则N2≥3.2，结合式 (8)可知，U型不锈钢紧固夹件数量:

3)设计L型螺栓紧固件数量前，先要选择L型螺栓紧固件紧固螺栓型号，假设L型螺栓紧固件紧固螺栓的半径d3＝0.005，结合式 (13)可知L型螺栓紧固件紧固螺栓最大抗弯强度需满足Qmax≥24.96 MPa。此时结合式 (9)可知L型螺栓紧固件数量:

4 结语

1)提出一种可降低噪音的变压器防尘网导轨，包括槽型橡胶滑块、U型不锈钢紧固夹件、L型螺栓紧固件和框架四个部分。

2)基于变压器防尘网导轨结构，对槽型橡胶滑块、U型不锈钢紧固夹件和L型螺栓紧固件的数量进行了设计。

3)以特高压变压器为例，对变压器防尘网导轨设计方法进行了分析，计算得到槽型橡胶滑块数量为36，U型不锈钢紧固夹件数量为6，L型螺栓紧固件数量为2。