变压器高效散热壳体的优化研究

王东

摘要：近年来，我国对对电能的需求不断增加，变压器的应用也越来越广泛。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。本文首先分析外置可移动式散热装置安装需求，其次探讨散热方法，最后就改善变压器壳体散热能力的措施进行研究，为相关试验人员提供参考，具有一定的实用价值。

关键词：变压器移动式散热辅助散热单元

引言

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。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。

1外置可移动式散热装置安装需求

对变压器增加外置可移动式散热装置虽然不需要对变压器的内部进行改造，但外置散热装置的安装位置、风量情况、运行控制系统要求极高，不同的设置情况会产生不同的散热效果，因此为了确保可移动式散热装置的应用可靠性，需要着重从以下四个方面考虑安装要求。1）温度控制。变压器内设置了大量的绝缘体，根据分析绝缘体工作时的温度每升高10℃，其使用寿命降低20%，因此需要将变压器工作时的最高温度限定在85℃以下，避免长期在高温区工作影响变压器的使用寿命。2）安装便捷性和经济性。外置式冷风机需要尽量减少对变压器正常工作结构的影响，减少改造范围和难度，风机布置在能够使变压器均匀散热的位置，将外置式风机的散热效果发挥到最大。3）控制逻辑。外置式散热装置需要和变压器的冷却油温配合工作，当油温达到一定范围时，自动控制风机的启停，并能够根据油温的升温情况来合理调节风机的运行转速，使变压器油温控制在合理的范围内。4）维护保养便捷性。变压器的工作环境相对恶劣，风机需要长期运行，因此需要定期对风机进行维护，提高其使用寿命和运行可靠性。风机的安装应便于取放和检修。

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。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。

3改善变压器壳体散热能力的措施

3.1加大壳体体积，加大提高壳体进出风口的有效散热面积

如IP20防护等级的壳体，建议采用开孔较大的菱形网，则壳体的有效通风面积相对较大；如果采用条形孔，有效通风面积也相对较大。另外，可以增加壳体进风口和出风口之间的中心距离，如将变压器壳体底部垫高，壳体底部和顶部开通风窗，使冷空气从变压器壳体底部进入，从壳体顶部排出，这种散热效率会非常高，但是需要防止异物或者消防水等落入变压器线圈中。

3.2干式变压器温度场分布与分析

当热空气升高，会增加质量体积，干式变压器的上流空气会不断增加，在接近顶流时，变压器周围的空气会与气道中的空气发生碰撞，其主要因素是当空气的受热持续增加，体积也会不断增加，沿着气道和变压器的表面进行运动。在气流流动的过程中，由于空气中存在的黏滞问题，会影响气道的变化，从而影响流速。当越靠近地面时，流速的动作就会越快，反之则越慢。当接触的表面与气流发生停滞，所形成的热薄层在接触阻力后，会影响到气流的内部移动。换热阻力在热薄层的厚度影响下，降低换热系数，同时温度也会持续升高，空气中的黏性系数也会不断增加，导致流速降低。干式变压器的上部分会在热空气的影响下，改变温度，温度越高则辐射越大。

3.3辅助散热单元

变压器的散热是通过变压器机身上的散热片进行的，一般来说散热片的面积越大其工作时的散热效果越好，但变压器由于结构体积的限制，散热片的面积一般比较小，因此限制了其散热效果的进一步提升。变压器安装后，可以根据其应用位置，灵活的增加可拆卸散热片的面积，提高变压器的散热效果。所采用的辅助散热单元为条状结构，在条状散热片上设置有大量的凸点，在增强条状散热单元结构强度的基础上还能增加散热面积，提高散热效果。

结语

综上所述，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。通过对变压器壳体需要的通风量的计算，壳体进风口、出风口的面积计算，对于我们设计变压器壳体，改善外壳通风设计，降低变压器成本，提高变压器的负载能力和运行寿命，均有较好的指导意义。

参考文献

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