探究500kV变压器的冷却方式

许宗阳

摘  要：我国快速发展的国民经济，使得各个行业内对于电能的需求数量逐渐得以增加，这也是我国电网建设得到进一步发展的原因所在。作为电网系统中重要组成部分之一的变电所，其内部变压器的正常运行对于电力系统的运行有着极为显著的影响。变压器的正常运行需要合理的控制温度，避免温度过高，在这个过程中就需要选择合适的冷却方式来帮助变压器降温。基于此，文章围绕着500kV变压器冷却方式展开了相应的讨论。

关键词：500kV变压器;冷却方式;对比

中图分类号：TM4 文献标志码：A 文章编号：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

变压器在实际的运行过程中，因为存在着或多或少的铁耗以及铜耗，并且这些损耗最终都会转变为热能的形式散发到外界之中，也正是因为这些热能的存在，才导致变压器在运行中温度会不断提升，为了避免出现温度过高的现象，为此，就需要选用合适的冷却方式，针对变压器进行降温处理，从而维护其正常运行及使用寿命。

1 变压器冷却方式

1.1 OFAF类型冷却方式

这一类型的变压器冷却方式就是使用油泵把变压器上部分的热油泵到冷却器内部，这些热油在流过冷却管之后，将本身携带的热量传递到冷却管上，交由冷却管将热量散发到空气之中。而空气侧需要通过变压器风扇的运转吸入空气，这些空气在流过空气管之后，吸收相应的热量，最后吹出冷却器，实现冷却变压器的目标。经过绕组内的油流是一种热对流性质循环。

1.2 ODAF类型冷却方式

这一种类型的变压器冷却方式，同样是借助油泵在冷却器的内部吸入变压器的上部分的热油，热油流过冷却管的时候，将热量传递给冷却管，由冷却管将热量传递到空气之中。随后空气侧借助变压器风扇的运转将空气吸入，空气在流经空气管的时候，热量由空气管吸收将之排放到冷却器外部，从而帮助变压器降温，但流经绕组内部的油流的是一种强迫导向循环。

1.3 ONAN类型冷却方式

这一类型的变压器冷却方式又被称为油浸自冷，其本质就是内部的油自然性对流冷却。变压器油箱在变压器运转的过程中变压器油会逐渐被加热，密度就会出现相应的降低，油流就会逐渐上升，在这个过程中，借助散热装置或者是油箱壁的散热，将热量逐渐传出，此时变压器的油溫度就会逐渐下降，密度就会逐渐增大，油流就会逐渐的下流，接下来就是循环这个过程，这一方式最为突出的优势就是噪音数值较小。

1.4 ONAF类型冷却方式

这一类型的变压器冷却方式本质上就是变压器油的自然循环，冷却应用的空气则是借助风扇吹往散热器上，但是因为空气自身的流动速率相对较高，导致空气侧的传热有所提升。较之ONAN的变压器冷却方式，ONAF散热器表面的对流传热率的会有2到3倍的提升。

2 500kV变压器常用的OFAF及ODAF冷却方式对比分析

2.1 循环方式上的差异

OFAF的变压器冷却方式，油流在流过绕组内部的过程中是一种热对流循环形式，变压器油在线圈中流动的时候主要原因是线圈本身的发热，并且流过线圈的变压器油流量是会随着负载的变化而变化的，和使用油泵抽出的流过冷却设施的变压器油并没有任何的直接关系，负载提升的情况下，温差就会逐渐提升，循环效率也就会逐渐得以提升。而ODAF的变压器冷却方式中，流过线圈内的变压器油流是一种强迫性的导向循环，变压器油在线圈内的流动，是借助潜油泵和导油管的压力实现的，与变压器的负载之间没有太大的关联。

2.2 油流带电上的差异

使用ODAF方式冷却变压器的过程中，由于受到的导向装置驱动的影响，变压器油的流动速度会出现相应的提升，在变压器油流经过绕组内部诸如匝绝缘、绝缘板等各个固体性质绝缘件的过程中，就会因为彼此之间存在的强大摩擦作用而产生相应的静电，在电荷不断累积的情况下，就会引发变压器局部区域的电场升高、电场畸变等问题，继而在绝缘局部的放电量增加的情况下引发对应的油流带电问题。这一问题的存在对于500kV变压器的安全稳定运行有着较为显著的影响，并且近些年来已经出现了一些由于油流静电问题引发的故障问题，这一问题已经得到了社会范围的广泛关注。油流带电和油流速度之间的有着较为紧密的关系，而使用ONAF的变压器冷却方式的情况下，由于经过绕组内的油流是一种热对流性质循环，为此，油和绝缘体之间的相对速度有着显著的降低，完全不需要担心油流带电问题。

2.3 油内杂质上的差异

ODAF变压器冷却方式下的全部变压器油是直接打入到线圈内部的，这也就导致任何可以进入油中的杂质都可以进入到线圈内部。而OFAF变压器冷却方式下的变压器油流主要是在线圈内部分布，杂质很难进入到线圈之中，这一方式在维持关键绝缘部位清洁度上有着至关重要的作用。

2.4 冷却作用上的差异

ODAF变压器冷却方式下的线圈具备较为强烈的冷却作用，并且上下部分的温度差异也较小，从理论角度上来看，热点温度和线圈温度的平均数值的差值也较小，由此出发，借助线圈温度平均数值表现允许温度提升数值可以适当的有所增加。在ICE的标准中，对于ODAF变压器冷却方式下的线圈温度提升限值为70K，而OFAF变压器冷却方式下温度提升限值为65K。但在我国的相关标准，却并未完全采纳这一标准，而是将两种变压器冷却方式下的线圈温度提升限值都限定在65K上。之所以采用这样的标准，主要是因为用户对于制造方在ODAF的冷却方式下能否实现线圈各个部分均匀冷却持有怀疑态度，一旦在冷却的过程中出现了无法照顾到的“死角”，这对于绝缘体而言是十分不利的。實际上，变压器内部的油流情形是较为复杂的，油流的速度过快，就会导致可控性越来越差，当前开发出来的计算软件，是以一个理想且简化的模型为基础建立的，导致其存在着较大的不确定性。

2.5 暂态运行上的差异

变压器在正常的运行过程中，通常会出现如下两种暂态运行情形：短时的超铭牌运行及突然丧失冷却的运行。对于前者而言，和稳态运行的情况较为类似，在设计可靠性较高的前提下，ODAF及OFAF两种的变压器冷却方式在性能上都有着一定的保障，但需要注意的一点就是将短时的超铭牌运行时长做出明确的规定。而对于后者而言，OFAF变压器冷却方式下的线圈冷却，本身就依赖于线圈自身的发热，泵发挥的只是间接作用，在油泵停止工作之后，线圈自身的冷却状况依旧还会持续一段时间。ODAF变压器冷却方式下的线圈冷却则是完全依赖于泵，在油泵停止工作之后，线圈的冷却状况就会出现实时的变化。

通过这几个方面的对比，不难看出，在变压器的冷却效果上ODAF要显著好于OFAF，在ICE的标准中，对于ODAF变压器冷却方式下的线圈温度提升限值为70K，而OFAF变压器冷却方式下的温度提升限值为65K。但在我国的相关标准中是将两种变压器冷却方式下的线圈温度提升限值都限定在65K上。ODAF类型的变压器冷却方式的优势在我国并没有得到应有的发挥，反而是这一冷却方式很容易带来相应的油流静电及杂质进入线圈问题。由此看来，ODAF类型的变压器冷却方式在我国境内需要慎用。

3 500kV变压器冷却系统的改进分析

3.1 通常存在的问题

就当前的500kV变压器冷却系统看来，其中主要存在着如下几个方面的问题：第一，主用及备用电源信号故障。只能够反应在两股交流进线空开下回路发生故障的跳闸及脱扣动作，当处于空开的状态下，由于人为的误分、其上口及电源端的回路故障的影响，导致其上一级的空开跳闸，无法在监控后台上体现，再加之运行人员无法及时这一问题，就会导致冷却风扇全停跳闸出口的延时，如若冷控失电跳三侧开关压板投入，就会在后台发出警报的同时主变三侧跳闸，导致丧失处理机会。第二，风扇或油泵的工作信号只会体现在风冷控制箱面板上，导致运行人员无法实时掌控，对于此二者依靠温度负载启动这一特点而言，在一些特殊情况及处于负载高峰值的情况下，需要手动检查冷却器的启动与否，这一项工作的存在，将会使得自动化水平较高的综合性变电站的工作效率及自动化程度有所降低，同时也为整个变电站的稳定安全运行埋下了安全隐患。

3.2 改进的具体措施

针对上面提及的变压器冷却系统问题，提出了如下解决方案：第一，主用及备用交流电源信号反应故障的解决方案。通过加入时间继电器即可解决，具体型号及接入方式，根据现场施工条件选择，但需要注意的一点就是选用的时间继电器可以躲过双电源处于自动切换状态下的交流接触器在短时失电情况下的同时闭合时长，一般为3秒钟左右。第二，解决风扇或油泵的工作信号只会在风冷控制箱面板上体现的问题，可以将相应继电器的动合触点相连接的空端子接入到监控后台内部。

4 结束语

在变压器的运行过程中，为了防止因为过热引发的故障及损害使用寿命的问题，就需要使用合适的冷却方式帮助其降温。对于500kV的变压器而言，最为常用的冷却方式就是OFAF及ODAF两种，本文通过从循环方式、油流带电、油流杂质等五个方面进行二者的对比，ODAF的效果显著好于OFAF，但因为各种原因的影响，ODAF在我国并没有得到广泛应用，在技术发展的支持下，ODAF冷却方式必将得到大范围应用。

参考文献：

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