HXD1型电力机车主变压器油箱内冷却方式浅析

李元元 LI Yuan-yuan

（天津铁道职业技术学院，天津 300240）

（Tianjin Railway Technical and Vocational College，Tianjin 300240，China）

1 概述

HXD1型电力机车采用EFAT6744型电力机车牵引变压器，该变压器是由西门子纽伦堡变压器厂设计、株洲南车电机股份有限公司生产的单相变压器，卧式结构，采用车下悬挂安装方式。变压器油箱为钢结构，两台滤波电抗器也装在油箱内，冷却介质为符合IEC60296专用抗氧化等级的矿物油，冷却系统由一个油泵进行油循环冷却。

2 冷却系统结构

HXD1型电力机车主变压器冷却系统结构如图1所示。

图1 冷却系统结构图

冷却系统包含一个冷却回路。一个油泵将热的矿物油从变压器油箱上部抽出，然后通过管路将油送到带有风机的冷却塔内，热油在冷却塔内与冷空气进行热交换，油温降低，从冷却塔出来的冷油沿油道进入变压器下部，先冷却变压器的铁芯、线圈，然后经过滤波电抗器，最后油流回到油箱的出油口，如此循环。

3 主要技术参数

①主变压器主要技术参数。

型号：EFAT6744

额定功率：高压绕组：5280kVA 低压绕组：4x1320kVA

额定电压：高压绕组：25000V 低压绕组：4x970V

额定电流：高压绕组：211A 低压绕组：4x1361A

额定频率：50Hz

连接组：I，i0，i0，i0，i0

冷却方式：强迫导向油循环风冷（ODAF）

冷却介质：矿物油

②滤波电抗器主要技术参数。

型号：HFAT4936

数量：2

额定功率：198kVA

额定电流：1080A

额定感抗：0.27mH

额定频率：100Hz

工作制：长期运行

冷却方式：强迫油循环风冷（OFAF）

4 ODAF 与OFAF 对比

ODAF 和OFAF 是目前高压变压器常用的两种冷却方式，在HXD1型电力机车主变压器油箱内这两种冷却方式均被采用，ODAF 是主变压器采用的冷却方式，OFAF 是滤波电抗器采用的冷却方式。下面对这两种冷却方式进行分析和对比。

两种冷却方式中各个字母的含义如下所述：

在两种冷却方式中，我们用第一个字母来表示和主变压器绕组相接处的冷却介质。字母“O”用来表示矿物油或绝缘液体（其燃点大于300℃），字母“K”仅仅用于表示燃点大于300℃的绝缘液体，对于燃点无法测出的绝缘液体，我们则用字母“L”来表示。

变压器内部冷却介质的循环方式我们用第二个字母来表示。如果因为变压器线圈发热，而此时流经冷却设备和变压器绕组内部的油流进行自然的热对流循环，则用字母“N（Natural）”；如果冷却设备用冷却油采用强迫循环对流的方式进行冷却，而变压器绕组内部采用自用自然的热对流循环进行冷却，则用字母“F（Forced）”来表示；当冷却设备用冷却油采用强迫循环对流的方式进行冷却，对于变压器绕组，至少在其主要绕组内部采用强迫导向循环的冷却方式进行冷却，此时我们用字母“D（double forced）”来表示。

对于冷却方式中的第三个字母，它表明了外部冷却采用什么样的冷却介质。如果外部冷却采用空气介质，我们则用空气的英文单词Air 的首字母“A”来表示；如果外部冷却采用水作为冷却介质，我们则用水的英文单词Water的首字母“W”来表示。

冷却方式中的最后一个字母用来表示外部冷却介质是如何进行循环的。如果外部循环所采用的冷却介质采用自然对流的循环方式，我们则用Natural convection（自然对流）的首字母“N”来表示；如果外部循环所采用冷却风扇或者泵对冷却介质进行强迫对流的循环方式，我们则用Foeced convection（强迫对流）的首字母“F”来表示。

由此可见对于HXD1型电力机车，变压器绕组内部和滤波电抗器内部我们均采用主变压器油箱内部的冷却油机型冷却，其主要区别在于：对于变压器绕组绕组内部，利用油泵采用强迫导向循环的冷却方式；对滤波电抗器内部的冷却，我们则采用热对流循环的方式进行。

①冷却油循环方式对比。

从原理上来说，在ODAF 冷却方式下流经线圈的油流是强迫导向循环，线圈中油的流动是靠油泵的压力，与负载无关；在强迫油循环风冷（OFAF）冷却方式下，在主变压器正常工作时，由于线圈通电发热使得冷却油进行热对流循环，从而达到冷却的目的。流经主变压器线圈的冷却油的流量随会随着负载的变化而改变，冷却油的流量和与流经冷却设备油流（用油泵抽出的冷却油）没有直接关系。随着主变压器的负载的增大，温差就会变大，流经主变压器线圈的冷却油的循环效率就越高。

②冷却作用对比。

在稳态和短时超铭牌运行情况下，相对于OFAF 冷却方式，采用ODAF 冷却方式时，线圈冷却作用更为强烈些，温度的差值也较小。从理论上来说，线圈平均温度和热点温度之间的差值也较小，因此可以增加用线圈平均温度所表示的允许温升。在IEC 标准规定中，ODAF 这种冷却方式的线圈温升的限值为70K。但是在突然失去冷却作用的暂态下，强迫导向油循环风冷（ODAF）与强迫油循环风冷（OFAF）的冷却作用会发生不同的改变。因为ODAF 冷却方式采用油泵对线圈进行冷却，一旦油泵停止工作，主变压器绕组冷却状况会立即发生改变。而强迫油循环风冷的线圈冷却，本身就是靠自然热对流循环，油泵不直接参与油的冷却，所以一旦油泵停止工作，冷却状况也不会立刻发生改变。

5 小结

对于大型变压器，我们可以选择“ODAF”或“OFAF”两种冷却方式。不管选择哪一种冷却方式，只要我们能够得当使用，都可以起到令人满意的冷却效果。但是，对于这两种冷却方式，正式因为其工作原理不用，所以在性能方面也各有优缺点。HXD1型电力机车主变压器油箱内采用这两种冷却方式，一种方式主要冷却变压器线圈，一种方式主要冷却滤波电抗器线圈，因为两者共用一个油箱，所以两种冷却方式的采用使得各自长处得以发挥保证了系统运行的可靠性。

[1]张曙光.HXD1型电力机车[M].北京：中国铁道出版社，2009.

[2]官永昌.论述高压变压器冷却方式OFAF 和ODAF 的比较[J].中小企业管理与科技（下旬刊），2009，10，25.

[3]张斌.热管技术用于油浸式变压器的研究[D].山东大学，2012.