第二章—变压器风冷系统工作原理..doc

变压器风冷系统的工作原理
电力变压器发热及冷却原理
变压器发热过程
电力变压器运行时,由于在铁芯和线圈上产生损耗,产生的热量经过其所处介质散发到周围空气中,这一过程将引起变压器发热,以及变压器温度升高。为了保护变压器及其元器件的正常运行,必须采取有效的冷却措施限制变压器的温升。变压器运行时,线圈和铁芯温度升高,起初,温度上升速度较快,随着温度升高到一定程度,线圈和铁芯与其周围的冷却介质形成温度差,将温度传递给介质,介质吸收热量温度增高,线圈和铁芯的温升减缓,在这个过程中,线圈和铁芯温度达到稳定状态,形成动态的热平衡。
变压器冷却过程
变压器的冷却过程需要经过多重传热。包括变压器油与铁芯表面传热,变压器油与冷却器箱体内表面传热,空气与冷却器箱体外表面传热三个过程。
线圈和铁芯产生的热量,由内部最热点传到与油接触和外表面,热量传到表面后,与周围介质油产生温度差,通过对流作用将部分热量传给附近的油,从而使油温逐渐上升。
当油温升高后,热油向上流动与油箱相接触将热量传导油箱外壁,散热后的油再向下流动重新流入线圈,形成闭合的对流回路,这一过程中,变压器油箱外壁温度逐渐升高。
油箱内壁吸收热量后,热量从壁的内侧传导到外侧(箱壁的内外温差不大,一般不超过3℃)与周围环境形成温差,通过与空气对流和辐射,将热量散发到周围空气中。
在强迫油循环系统中,潜油泵在冷却器中就是采用施加压力的作用,加速变压器油的流动,增强热对流。变压器油的热对流包括两种形式,即热传导和热辐射,两个过程同时进行。变压器箱壁内侧的热量从变压器油中以热传导和热辐射的形式传给冷却器,变压器箱壁外测热量从箱壁以热传导和热辐射的形式传给空气。冷却器—风扇的作用就是加速吹变压器箱壁外侧的空气流动,加快变压器的散热过程,如图2-1所示。
变压器的散热过程示意图

目前,我国大型电力变压器冷却装置是根据变压器容量的大小,配置数组强油风冷却器,每组风冷却器包括1台油泵和3—4台风扇。为满足变压器的各种不同的运行工况,冷却器一般有1台作为备用(故障时运行冷却器可自动投入运行)、1台辅助(变压器负荷电流大于70%额定电流或变压器顶层油温高于某一定值时自动投入运行)、其余所有冷却器全部投入运行。这样的的冷却装置配置方法也有其不足之处,如SFP7-240000/330型主变压器装设有6台冷却容量250KW的风冷却器,当遇到夏季高温的季节,变压器满负荷运行,变压器冷却装置全部投入,即使如此,其上层油温仍高达70℃左右。在夜间,尤其是在暴雨过后,因负荷和气温骤降,虽然已将变压器辅助冷却器停运,但变压器油温仍在30℃以下,亦即油温的变化幅度大于环境温度变化。当冬季负荷较低,或天气特别寒冷,由于油温过低,必须对变压器进行加油,这样不利于变压器的使用寿命和安全运行。
目前,国内外变压器的冷却方式主要有四种:自然油循环自冷散热、自然油
循环风冷散热、强迫油循环风冷散热以及强迫油循环水冷散热。第一种冷却方式自然油循环自冷散热主要用于小型配电变压器,不采用风冷控制;第四种冷
却方式即强迫油循环水冷散热只用于个别大型变压器;第二、三种冷却方式是目前变电站主变应用较广散热方式,自然油循环风冷散热方式是利用变压器绕组及铁心发热后,本体内的油形成对流
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