一种高效散热型煤矿变压器的分析与应用

任俊峰

（晋能控股煤业集团机电设备中心，山西 大同 037000）

1 项目概况

在煤矿供电系统中都装有大量的变压器。变压器长时间超负荷会导致热量过高，变压器的散热效果不佳，导致变压器发生安全事故。现有变压器在设计时一般采用冷却管和散热翅片的散热方式，散热方式被动，散热效率低。针对这个问题，晋能控股煤业集团机电设备中心与江苏盐城奇林电气有限公司联合设计了一种新型高效散热型煤矿变压器，有效解决变压器的散热问题[1-6]。

2 新型高效散热型变压器的分析

2.1 结构分析

新型高效散热型煤矿变压器结构如图1、图2、图3，该设备主要包括变压器壳、底座、散热翅片、电动机、转轴、装置壳、扇叶、皮带轮机构、横轴、扇形齿轮、驱动齿轮、蜗旋簧、横杆、空腔、出气孔、进气孔、套环、连接管、出口和换气孔等结构和部件。

结合图1、图2、图3 可知，该设备变压器壳安装在变压器底座上，在变压器壳表面安装有散热翅片。电动机安装在变压器壳右端，转轴水平分布在装置壳内，电动机和转轴两者之间相连接。装置壳安装在变压器壳内壁上，在转轴上安装有扇叶，转轴端头处设置有皮带轮机构。皮带轮机构安装在横轴上，且横轴的上方设置有横杆，水平分布的横杆转动连接在变压器壳内壁。横杆上安装有套环，且两者为轴承转动连接。变压器壳上设置有换气孔，换气孔上安装有滤网。

2.2 结构原理

该新型高效散热型变压器的工作原理：启动电动机运行，带动转轴进行同步高速转动，转轴带动扇叶进行高速转动，设备外界空气通过换气孔进入到装置壳的内部和扇叶左侧的空间区域来。扇叶在长期的高速运转过程中产生的气流从装置壳内部经由出口进入到连接管中，进而进一步流入到套环中，经由进气孔进入到横杆的空腔中。该设计可以加速外界气流从出气孔快速喷出。

转轴在高速转动状态下，基于皮带轮机构的带动，横轴也会同步进行高速转动，进一步带动扇形齿轮高速转动，扇形齿轮与驱动齿轮啮合匹配。当两齿轮相互啮合传动时，横杆在传动作用下与横轴高速同步转动，蜗旋簧保持同步形变；当两齿轮脱离啮合时，在蜗旋簧的回弹作业下带动横杆反向转动，进而保持扇形齿轮与驱动齿轮再次啮合传动。在设备工作过程中横杆一直处理循环往复转动状态，从横杆表面出气孔处喷出的气流位置也是处于不断变化和调整的过程当中，进而使得气流散热的覆盖面较为全面，实现高效的散热目的。

图1 高效散热型煤矿变压器结构正视图

图2 高效散热型煤矿变压器正剖面结构图

图3 高效散热型煤矿变压器侧视结构图

2.3 特点分析

该新型高效散热型变压器对比以往传统的变压器具有以下特点：

（1）通过可转动的横杆以及在横杆下端面等间距设置有5 个出气孔的结构，实现散热处理，散热位置多；

（2）使用一个电动机和一个扇叶就可以实现气流从出气孔处喷出，散热效果理想；

（3）装置结构简单，使用方便，购买成本低，投入电力运行成本也低，经济效益明显。

3 实践应用及效果分析

从2015 年1 月至2019 年10 月，挖金湾矿供电系统发生多起因变压器过热导致的安全事故，严重影响到煤矿开采工作效率及工作人员的生命安全。从2019 年11 月至今，新型高效散热型煤矿变压器在挖金湾矿供电系统中进行了应用，变压器整体运行稳定，设备散热效果好，设备运行至今没有发生一起因散热问题导致的安全事故，为企业创造了较好的安全经济效益。