关于干式变压器冷却方式及改进若干问题探讨

易吉良

摘要：随着我国社会经济和工业制造水平的不断提升，国内各个地区电網建设工作越来越具规模化，干式变压器的使用需求也不断增加。在电网系统运行过程中干式变压器的温度过高往往会导致故障甚至事故的发生。基于此，本文对干式变压器冷却相关话题进行详细阐述，并提成了一些干式变压器冷却的改进措施，通过控制干式变压器的运行温度使冷却系统得到合理的利用，从而使提高了干式变压器安全性以及使用年限。

关键词：干式变压器;冷却系统;控制方式;改进措施

近年来，随着绿色工业节能减排理念不断深化，节能环保越来越受到社会关注和重视，对于变压器制造行业，我国相关部门也颁布了相应的文件以规范变压器的能效标准、环境噪音等级，二氧化碳排放量等各项指标，例如在2013年6月颁布的GB20052-2013《三相配电变压器能效限定值及能效等级》。油浸式变压器在安全、环保方面会有很多问题，而干式变压器绝缘介质为空气，不存在渗漏油问题，而且运行维护简单。在我国干式变压器产量占配电变压器的百分比在逐年上升，特别是在一些特殊领域，如变频移相整流变压器、光伏发电用变压器等。做好干式变压器的冷却系统及优化对我国社会经济以及电网工程的可持续发资都有着不可忽略的重大意义。

一、干式变压器的类别特点及冷却方式

按制造工艺可分为非包封空气绝缘干式变压器和树脂绝缘干式变压器，根据IEC标准、绝缘材料的温度等级，干式变压器可分为6类，如表1所示：

干式变压器是依靠空气对流进行冷却的变压器，简单的说干式变压器就是指铁芯和绕组不浸渍在绝缘油中的变压器，冷却方式分为自然空气冷却（AN）和强迫空气冷却（AF）。自然空冷时，变压器可在额定容量下长期连续运行。强迫风冷时，变压器输出容量可提高50%。适用于断续过负荷运行，或应急事故过负荷运行;由于过负荷时负载损耗和阻抗电压增幅较大，处于非经济运行状态，故不应使其处于长时间连续过负荷运行。干式变压器接近负荷中心，往往被装设到户内。变压器正常运行时，特别是长时间或过负荷工作后，由于自身壳体密封较好或工作环境温度较高，变压器产生的大量热量无法迅速散出，使变压器温度急剧升高，加速绝缘老化甚至可能使变压器受到损坏，严重时导致上级供电系统全停。为了保证变压器在运行时绕组及铁芯温度保持正常，温升在合理范围，需要对某些不符合上述条件的变压器进行冷却系统改造，保证变压器的工作温度在其工作范围内。

二、干式变压器温度升高的原因分析

干式变压器温升的主要原因是由变压器运行中所产生的损耗引起的。变压器运行时产生的损耗转化为热量，使温度升高，热量向周围以传导、对流和辐射的方式扩散。由于低压绕组处于铁芯和高压绕组的内部，其散热方式主要是通过气道内与空气的对流进行，但是由于气道内空气流速有限，故散热性能欠佳。而高压绕组处于外侧，不仅可以通过与空气对流散热，还可以采取辐射方式来散热，散热条件明显好于低压绕组。在干式变压器的温度变化中，外壳散热好坏是影响温度上升的主要原因。干式变压器外壳如果通风不畅，壳内空气无法实现有效流动，将在很大程度上影响壳内温度的散失，导致壳内温度不断上升。干式变压器散热方式为自然风冷（AN），结构较为密闭，只有四周上、下部分采用密孔通风，散热条件较差。环境因素也是影响变压器温升的一个方面。当夏季气温达到最高的时候，电气负荷也达到了最大值或短时过负荷，如果周围设备较多，空气流通不良，环境温度较高，这样导致的变压器温度快速升高。另外，变压器运行时间过长，部分元件如绝缘件及铁芯绝缘的逐渐老化导致其铁、铜损加大，也会造成了变压器的运行温度上升。

三、干式变压器的散热与过载能力改进措施

3.1 干式变压器的散热改进

干式变压器的电磁载体，如铁心、绕组以及漏磁场所能交链的结构件等，均为发热体，其中铁心和绕组为主要的发热体。其产生的热量通过热传导、对流和辐射形式直接散于周围的冷却介质（空气）中去。非包封空气绝缘干式变压器可直接探测绕组各点温度，控制热点温度。树脂绝缘干式变压器绕组被环氧树脂层所包封，绕组各点温度不便于直接探测，热点温度不易控制。在干式变外壳外侧装设两台风机，之间通过风道联通，可以两台同时运行，亦可互为备用。风机进风口装粗滤网，出风口装细滤网，出风口装设蝶阀，可以将任意一台风机隔离出来检修。在干式变三相高、低压绕组下方开若干圆孔，边上装设导流板，使风吹向绕组冷却风槽，从而保证散热效果最佳。风道连通，可以互为备用。其优点主要是风机置于干式变外壳的外侧，运行状况随时可以检测，检修方便，具体结构见图1：

3.2 干式变压器的过载利用

通过散热能力分析，非包封空气绝缘干式变压器具有显著优势，良好的散热能力是高过载能力的一个必备条件。非包封空气绝缘干式变压器最高耐热等级为R级，树脂绝缘干式变压器最高耐热等级为H级。依据国家标准，同样制造H级干式变压器，非包封空气绝缘干式变压器约有20%的过载能力。干式变压器的过载能力与环境温度、过载前负荷（初始负荷）、变压器的绝缘散热量和加热时间常数有关。变压器容量的选择计算可以减少一些轧钢的考虑，焊接等设备的冲击过载的可能性，充分利用干式变压器的过载能力强，降低变压器的容量;利用干式变压器的过载能力，在考虑其备用容量时可予以压缩;在确定备用台数时亦可减少。变压器处于过载运行时，一定要注意监测其运行温度：若温度上升达155℃（有报警发出）即应采取减载措施（减去某些次要负荷），以确保对主要负荷的安全供电。

3.3干式变压器的合理低压出线

短接变压器的“输入”与“输出”接线端子用兆欧表测试其与地线的绝缘电阻。1000V兆欧表测量时，阻值大于2M欧姆。变压器输入、输出电源线截面配线应满足其电流值大小的要求;按照2-2.5A/min2电流密度配置为宜。输入、输出三相电源线应按变压器接线板母线颜色黄、绿、红分别接A相、B相、C相，零线应与变压器中性零线相接，接地线、变压器外壳以及变压器中心点相连接.平常我们说的地线与零线都是从变压器中性点引出的。（如变压器有机箱应与箱体地线标志对应相连接）。检查输入输出线，确认正确无误。先空载通电，观察测试输入输出电压符合要求。同时观察机器内部是否有异响、打火、异味等非正常现象，若有异常，请立即断开输入电源。当空载测试完成且正常后，方可接入负载。

四、结语

总之，干式变压器的运行温度高低对其使用寿命及安全运行起决定性的作用，干式变压器冷却系统的效率及可靠性，是降低变压器运行温度的必不可少的手段，因此对于变压器冷却系统改造，降低变压器运行温度是能够确保设备可靠安全运行措施。

参考文献：

[1]干式变压器带外壳时的温升分析[J]. 霍东起，李占元，韩冬杰.  变压器. 2019（02）

[2]干式变压器绕组温度场研究及结构优化[D].朱军，科学与技术. 2019（12）

[3]树脂浇注式干式变压器绕组间气道内气流分布的研究[J].朱恒宣. 电力设备. 2019（12）