一种用于变压器的散热装置及散热方法

2024-01-24赵毅李春霞刘嘉刘亚

中国标准化 2023年9期

赵毅李春霞刘嘉刘亚

摘要：散热性能是变压器设计的重要指标之一，变压器的正常工作可保障电网稳定运行，研究其散热问题具有现实意义。本文提出了一种用于变压器的散热装置及散热方法，主要从总体架构、方法步骤、装置特点方面对其进行了阐述，为相关试验人员提供参考，具有一定的实用价值。

关键词：散热性能，变压器，散热装置，總体架构

DOI编码：10.3969/j.issn.1002-5944.2023.09.032

Heat Dissipation Device and Method for Transformer

ZHAO Yi LI Chunxia LIU Jia LIU Ya

（Shandong Institute for Product Quality Inspection）

Abstract： Heat dissipation performance is one of the important indicators of transformer design. The normal operation of transformer can ensure the stable operation of power grid. It is practically significant to study its heat dissipation problem. This paper presents a heat dissipation device and method for transformer， and explains it mainly from the overall architecture， method steps， and device characteristics， which has certain practical value and can provide reference for relevant testers.

Keywords： heat dissipation performance， transformer， heat dissipation device， overall architecture

变压器是电力设备中的重要设备之一，在使用过程中通常将变压器放入壳体中，而随着变压器向着大功率、小体积方向的发展，变压器在工作时其温度会越来越高，为了进一步提高变压器的散热效果，通常在壳体内部设置散热装置[1-5]。在壳体内部设置散热装置虽然能够提高散热效果，但是由于放置变压器和散热装置的壳体内部空间较小，在整体设备移动或维修时，容易因操作不当而造成变压器对散热设备的碰撞，进而损伤变压器或散热设备。

本文提出了一种用于变压器的散热装置及散热方法，既能够防止变压器对散热装置造成损伤，又能够促进壳体内空气的流动，提高及时散热的效果。

1 总体架构

本文提出的用于变压器的散热装置包括壳体、设置于壳体内的变压器本体和散热器、设置在散热器后侧的调节机构、设置在变压器本体前侧的温度传感器和控制器。

控制器包括数据采集模块、数据处理模块、数据存储模块、报警模块、远程传输模块、调节机构控制模块。控制器示意图如图1所示。

图1中数据采集模块与温度传感器电连接，用于采集温度传感器检测的温度数据；数据处理模块与数据存储模块、数据采集模块、报警模块、远程传输模块、调节机构控制模块电连接，用于对数据采集模块采集的温度数据进行数据处理，判断采集的温度数据是否超过设定的温度阈值；数据存储模块用于存储数据处理模块处理后的数据；报警模块用于高温报警；调节机构控制模块与调节机构中的驱动设备电连接，用于控制调节机构动作；远程传输模块用于将数据信息及时传输至远程终端，如传输至手机或电脑终端，实现远程化智能监控和操纵。

2 散热方法

变压器散热装置在不同季节、不同时段、环境温度和不同负荷下的散热效率是不同的，同时散热器结构参数的变化也会影响其散热效率，国内不少学者进行了研究。吴红菊等人运用有限元方法对强迫风冷干式电力变压器温度场进行模拟计算得到变压器室内流体温度场分布，进行了基于温度场仿真分析的干式变压器散热设计[6]；周志录从变压器发热和散热的角度对变压器散热计算方法进行了探讨研究[7]；蔡骏峰等人通过采集散热装置循环油路内油的温度、流量、环境温度、变压器功率等数据建立了变压器散热装置效率评估系统，完成了不同散热装置工作效率的比较[8]。本文提出的散热方法包括以下步骤：

（1）检测壳体内变压器的温度，根据检测的温度判断是否超过设定的温度阈值；

（2）当检测的温度在正常值范围内，则隔板位于变压器与散热器之间的缝隙处；当检测的温度超过设定阈值，则控制调节机构，驱动调节机构中的伸缩结构伸长，进而驱动转轴及其上的隔板向下旋转，使得变压器与散热器之间无隔板阻挡，同时风机随着伸缩结构的伸长运行至变压器后侧，启动风机进行变压器散热，实现双重降温。

用于变压器散热装置的结构示意图如图2所示，调节机构的结构示意图如图3所示。其中，1-壳体；2-变压器本体；3-散热器；4-隔板；5-温度传感器；6-控制器；7-风机；8-隔板连接杆；9-转轴；10-拨杆；11-推动板；12-伸缩结构；13-风机连接杆；14-支撑杆；15-加强筋。

当温度传感器检测到壳体内变压器本体的温度在正常值范围内，即控制器中的数据处理模块判断采集的温度数据未超过设定的温度阈值，此时，隔板位于变压器本体与散热器之间，将变压器本体与散热器分隔开，防止变压器本体对散热器造成损坏或损伤；当温度传感器检测到壳体内变压器本体的温度超标时，即控制器中的数据处理模块判断采集的温度数据超过设定的温度阈值时，控制器中的报警模块进行高温报警，同时控制器中的调节机构控制模块控制调节机构，驱动伸缩结构伸长，进而驱动隔板向下旋转，使变压器本体与散热器之间无隔板阻挡，便于散热器对变压器本体进行更好的降温，此时，风机也运行至变压器本体的后侧，控制器启动风机对变压器本体后侧面降温，使变压器本体达到双重降温的效果，既避免了变压器对散热装置造成损伤，又能够促进壳体内空气流动，具有更好的散热效果。

当温度传感器检测到壳体内变压器本体的温度超标时，控制器中的远程传输模块将采集的温度信息及预警信号传输至远程终端，实时监控壳体内温度，实现智能化控制。

风机和伸缩结构可通过控制器进行自动控制，当隔板位于变压器本体和散热器之间时，风机靠近变压器本体和散热器之间间隙，此时，风机启动促进变压器本体和散热器之间间隙的空气流动，使变压器本体散热效果更好。

风机可根据需要，随时通过控制器启动，也可以设定在温度达到一定值后自动启动，可根据实际需求设定。

伸缩结构根据温度传感器检测的实时温度数据，通过控制器的调节机构控制模块进行自动控制。温度在正常范围内，隔板位于变压器本体与散热器之间，将两者隔离开，起到防护作用；当温度超过设定值时，由控制器控制伸缩结构驱动隔板向下旋转，使变压器本体与散热器之间无阻挡，便于散热。通过上述设置既避免了散热器与变压器本体之间相互损伤，又能够在温度达到一定值时及时散热。同时，在调节机构上还设有风机，风机在伸缩结构的驱动下能够前后移动，对壳体内不同位置进行吹风，提高了壳体内空气流动性，有利于散热。

综上，该装置包括壳体、设置于壳体内的变压器本体和散热器、设置在散热器后侧的调节机构；调节机构包括转轴和伸缩结构，转轴的端部与壳体侧面内壁转动式连接，另一端的侧面通过隔板连接杆与隔板连接，隔板设置在变压器本体和散热器之间，转轴上背离隔板连接杆的一侧设置拨杆；伸缩结构的一端与壳体侧面内壁固定连接，另一端固定连接推动板和风机连接杆，拨杆位于风机连接杆上，与推动板的端部相接触，拨杆在推动板的推动下，沿着其梯形斜边向上运动，带动转轴顺时针旋转，转轴上的隔板随之向下旋转。该装置既能够防止变压器对散热装置造成损伤，又能够促进壳体内空气的流动，提高及时散热的效果。

3 结语

变压器是电力输送系统的重要部件，其正常工作是电网能够稳定运行的重要保证，研究其散热装置及散热方法具有重要意义。本文提出的用于变压器的散热装置及散热方法具有以下优点：

（1）在散热器和变压器本体之间设置隔板，隔板由调节机构根据实际温度进行位置调节，当壳体内温度在正常范围内，隔板位于变压器本体与散热器之间，起到防护作用，便于整体设备移动或维修，避免因操作不当而造成变压器对散热设备的碰撞，进而损伤变压器或散热设备的问题；当温度超过设定值时，由控制器控制伸缩结构驱动隔板向下旋转，使变压器本体与散热器之间无阻挡，便于散热。通过上述设置，既能够防止变压器对散热装置造成损伤，又能够促进壳体内空气的流动，提高及时散热的效果。

（2）温度传感器及调节机构的驱动设备均与控制器连接，能够实时监控壳体内温度并实现智能化控制，以减少设备故障，实现快速处理。

（3）调节机构中还设有风机，与散热器相配合，起到双重散热的效果。

参考文献

[1]张琛.矿用变压器散热改进方法探究[J].矿业装备，2018（5）： 130-131.

[2]彭程，张铁壁，贾新立，等.矿用防爆变压器散热装置研究及改进[J].自动化应用，2021（1）：170-172.

[3]姚英姿，胡良果.基于Flotherm 的干式变压器散热研究[J].现代机械，2021（2）： 79-82.

[4]李广华，王晓玲，刘红蕾，等.油浸式变压器散热技术研究回顾与展望[J].动力与电气工程，2011（26）：134-135.

[5]侯强，朱杰，朱丽华.片式散热器选型和结构布置对变压器散热效率的影响 [J]. 电工技术，2017（10）：126-127.

[6]吴红菊，贺银涛.基于温度场仿真分析的干式变压器散热设计[J].机电工程技術，2019（8）： 183-185.

[7]周志录.变压器散热计算方法的研究[J].河南科技，2011（5）： 53.

[8]蔡骏峰，叶序树，汤胜.变压器散热装置效率评估系统[J]. 仪表技术，2010（8）：20-21.

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