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摘 要： 分析强油循环风冷变压器发热机理与散热特点，介绍强迫油循环风冷变压器散热器加装防尘装置和强迫油循环风冷变压器散热器带电水冲洗装置的应用，有效的解决散热器不能发挥功效的问题，延缓主变绝缘老化，提高了设备供电可靠性，达到了保证设备健康稳定运行的目的。
关键词： 强迫油循环风冷 变压器 防尘装置 带电水冲洗装置 节能改造
1 强油循环风冷变压器发热机理与散热特点
变压器在正常运行时，存在变压器的损耗即铁损和铜损。变压器的铁损与变压器的一次电压有关，与二次负荷无关，就是说：只要变压器一次有电压就一定有铁损产生。电压一定，铁损就是一定的。铜损则不同，它的大小主要取决负荷电流的大小。变压器的温升主要由铁损和铜损共同产生的。由于变压器存在着铁损与锏损，所以它的输山功率永远小于输入功率。在分析变压器的发热情况时，常假定铁芯和各个绕组都是独立的发热单位。即认为铁芯的发热仅来源于铁芯损耗，各绕组的发热来源于各自的铜耗，它们相互间并没有热量交换。由于油的对流作用，它在受热后将上升，而在冷却后又将下降，故在油浸变压器中，沿着油箱高度，上部的温度要比下部的温度略高。变压器的绕组均用A级绝缘。根据我国的气候情况，国家标准规定以+40?C作为周围环境空气的最高温度，并据此规定变压器各部分的容许温升。
表1：油浸式变压器顶层油温一般规定值 ℃
强油循环风冷变压器通过变压器有一外接冷却器，通过油泵接通变压器油箱，开动油泵，从油箱中上部抽出温度较高的油，经冷却器冷却后，再从下部压入油箱中，冷却效果与油的循环速度有关。冷却器旁安装一个或几个风扇，把自然对流作用改变为强制对流作用，以增加冷却器的散热能力，变压器空载运行时，不得停用全部冷却器。
在正常情况下，强迫油循环强风冷变压器绝缘油的上层油温一般不得超过85℃，温升不得超过55K；绕组温度不得超过105℃；温升不得超过65K。当主变压器绕组温度达到105℃或油温达到85℃，发“绕组温度高”或“油温高”告警信号。由于在油温40℃左右时，油流的带电倾向性最大，因此变压器可通过控制油泵运行数来尽量避免变压器绝缘油运行在35℃～45℃区间。
2 强油循环风冷变压器节能改造方案
综上所述，变压器的发热是不可避免的，但是，通过改善强油循环风冷变压器变压器散热装置的效能，可以减少开启油泵和风扇的组数，降低能耗，达到节能的目的。以下介绍的强迫油循环风冷变压器散热器加装防尘装置和强油循环风冷变压器散热器带电水冲洗装置有效的解决散热器不能发挥功效的问题。
2.1强迫油循环变压器散热器加装防尘装置
2.1.1技术领域：应用于变电站户外强迫油循环风冷变压器，将防尘装置安装在变压器散热器进风口处，有效控制空气中的脏物和漂浮物进入或粘浮在变压器散热器上，从而有效的降低变压器的温度，有效的提高了变压器的散热功能。
2.1.2背景技术：在电力系统中，大部分大型变压器都处于室外，变电站附近种植较多的杨树及柳树，每年4-6份这些杨树及柳树上，落下较多杨絮及柳絮，这些杨絮和柳絮都漂浮在空气中，变压器的散热器风扇在运转时，把那些杨絮和柳絮及漂浮物都吸附在变压器的散热器上，严重影响变压器的散热功能，不但影响变压器的散热、影响美观，还降低了供电可靠性。每年对变压器需要停电清洗1-2次，这也是变压器被迫停电的主要原因之一。
因此，结合变电运行安全管理的工作实际进行探索，研制出主变散热器防尘装置，来提高变压器散热器的散热效果，降低主变温度、提高供电可靠性，减少变压器清洗的被迫停电次数。
2.1.3改造内容：能够有效的阻挡，空气中的杨絮和柳絮及漂浮物吸附在变压器的散热器上。在主变散热器上安装防尘装置后，可以在清扫主变散热器时不停电，提高供电可靠性，使主变在同等条件下温度正常，提高变压器的使用寿命，确保变压器安全稳定运行。
2.1.4技术方案：
（1）构造：用一不锈钢方管，焊接成一定大小的方框，将一层镀锌钢网和一层不锈钢纱窗网，焊压在不锈钢方框内，用螺丝将三块同样大小的方框固定在变压器的散热器进风口处即可，从而起到防尘的效果。
（2）材料：不锈钢方管、镀锌钢网、不锈钢纱窗网、不锈钢螺丝。
（3）使用范围、效果：本装置适用于强迫油循环风冷变压器的散热器上，经试验，效果良好。
2.1.5技术参数
★外边框尺寸：870*1320mm（3块）
★外边框：厚度25*25mm（不锈钢方管）
★内边框尺寸：830*1280mm
★内边框：厚度12*20mm（不锈钢扁方管）
★不锈钢纱窗网：每10mm?49孔
★镀锌钢网：每100mm?16孔
★不锈钢纱窗网及镀锌钢网830*1280mm（各3块）
★不锈钢螺丝：6*50mm（8个）
2.2强油循环变压器散热器带电水冲洗装置
2.2.1技术领域：应用于变电站户外强迫油循环风冷变压器，将带电水冲洗装置安装在变压器散热器进风口处，该装置采用塑料PVC管进行连接并固定在散热器的后面，在横管打上小喷水孔，接通水源水即会从喷水孔喷向散热片，起到清洗的效果，从而有效的降低变压器的温度，有效的提高了变压器的散热功能。
2.2.2背景技术：强油循环风冷变压器带电水冲洗装置，是根据强油循环风冷变压器在长期运行中，散热器表面粘浮较多的脏物和漂浮物的基础上，而创新自行开发成功的新冲洗装置。该装置操作简单、安装方便、使用灵活、性能稳定可靠，经济实惠。通过该装置的应用，大大减少了因冲洗而对主变压器停电的次数，提高了供电可靠性。
2.2.3改造内容：采用塑料PVC管进行连接并固定在散热器的上风口，在横管打上小喷水孔，接通水源水即会从喷水孔喷向散热片，起到清洗的效果。对水的压力进行测定，冲洗过程中水压力在0.3 Mpa的压力即可冲洗干净。选用25㎜、20㎜塑料PVC管（PVC管耐压达到1.6Mpa）安装，将组合好的水管固定安装在主变散热器的表面上，水管的安装管固，对主变的检修及维护没有任何影响。 图1：安装结构图
2.2.4技术方案：如图1，给水管固定在#1阀门处时，应将#2阀门关闭，冲洗时应先冲洗上部，冲洗上部时应将#3、#4、#5、#6阀门关闭，打开#7、#8、#1阀门开始冲洗。冲洗中部时应将#7、#8、阀门关闭，打开#5、#6、阀门。冲洗下部时应将#7、#8、#5、#6阀门关闭，打开#3、#4、阀门。冲洗时间以冲洗干净为止。
说明：一般情况下一台变压器的散热器大小相同，该装置可以在本变压器的散热器上通用，不需要每一个散热器上都要安置。变压器生产厂家不同散热器大小也不相同，安置尺寸也不相同，在安置前应根据散热器的大小进行设计安置。
2.1.5技术参数：
3.1效果分析
强迫油循环风冷变压器经防尘和冲洗过后散热片粘附的杂质、尘埃及小昆虫等得到了彻底的清除，通过几个月的观察前后温度相比明显下降，改造前温度保持在60-70℃，改造后温度保持在45-55℃，温度明显相差15℃左右，达到了预期目的。
(1)杜绝了空气中的杨絮和柳絮及漂浮物、飞虫等吸附在变压器的散热器上的现象。
(2)消除了以往被迫停变压器冲洗的现象。提高了供电可靠性。
(3)降低了变压器在同等条件下的正常温度。提高变压器的使用寿命，确保变压器安全稳定运行。
3.2经济效益分析
3.2.1供电可靠性增强
通过防尘和带电水冲洗，避免了220KV主设备停电（传统的冲洗方式须将主变停电10小时左右），大大提高了设备供电可靠性。
3.2.2节约人力物力成本
传统的冲洗方式需进行主变停送电操作，并布置现场有关安全措施，加之运行部部门到现场监护，检修部到现场冲洗，合计人工、车辆费用，每次需成本为1000元左右，且费时费力。采用该装置只需将水管接上即可进行冲洗工作，大大节约了人力物力成本。
3.2.3延缓主变绝缘老化
电力变压器使用的是A级绝缘（油浸电缆纸），在长期运行中由于受到大气条件和其他物理化学作用的影响，使绝缘材料的机械、电气性能衰退，逐渐失去其初期所具有性质，产生绝缘老化现象。对于绝缘材料的电气强度来说，在材料的纤维组织还未失去机械强度的时候，电气强度是不会降低的，甚至完全失去弹性的纤维组织，只要没有机械损伤，照样还有相当高的电气强度。但是已经老化了的绝缘材料，显得十分干燥而脆弱，在变压器运行时产生的电磁振动和电动力的作用下，很容易损坏。
变压器的绝缘老化，主要是因为温度、湿度、氧气和油中的劣化产物的影响，其中高温是促成老化的直接原因。运行中的绝缘的工作温度愈高，氧化反应进行的愈快，引起机械强度和电气强度丧失的愈快，即绝缘的老化速度愈大，变压器的使用年限也愈短。根据Arrnenius的研究表明，变压器的使用年限和绕组最热点温度关系如下：
Z＝Ae (-pθ)
并得出▽＝0.693/P
▽是6度左右，这意味着绕组温度每增加6度，使用年限将缩短一半，此即绝缘老化的6度规则。
由此可见，通过改造大大降低了强迫油循环风冷变压器温度，延缓了变压器绝缘老化，达到了保证设备健康稳定运行的目的。
3.2.4降低用电损耗
通过改造不但降低了强迫油循环风冷变压器温度，而且至少可以停下一组强油循环风冷装置处于备用状态（每年5月-10月），那么一台强油循环风冷变压器用电成本节约如下：
20KW×24×180×0.5＝43200元
四、结束语
通过强迫油循环风冷变压器散热器加装防尘装置和强油循环风冷变压器散热器带电水冲洗装置的综合使用，有效地解决了运行中的散热器受到空气中的尘埃、漂浮物及小昆虫经常会粘附，导致变压器散热性能下降、温度升高等问题。减少了主变因散热器冲洗而停止运行的次数，提高了供电可靠性。减少了人力、物力、财力的浪费，提高了工作效率，同时，达到节能的目的。
参考文献
[1]、国家电网公司 《110（66）kV-500Kv油浸式变压器（电抗器）管理规范》 中国电力出版社 2011年2月
[2]、《交流高压电器在长期工作时的发热》GB763-90 国家技术监督局 2000年5月
[3]、张全元《变电运行现场技术问答》 中国电力出版社 2009年6月
作者简介
薛鸿鹏 本科学历 工程师 河南省电力公司周口供电公司变电运行部主任
李 琳 本科学历 工程师 河南省电力公司周口供电公司变电运行部首席工程师
柴 冰 本科学历 工程师 河南省电力公司周口供电公司电费管理中心主任
关键词： 强迫油循环风冷 变压器 防尘装置 带电水冲洗装置 节能改造
1 强油循环风冷变压器发热机理与散热特点
变压器在正常运行时，存在变压器的损耗即铁损和铜损。变压器的铁损与变压器的一次电压有关，与二次负荷无关，就是说：只要变压器一次有电压就一定有铁损产生。电压一定，铁损就是一定的。铜损则不同，它的大小主要取决负荷电流的大小。变压器的温升主要由铁损和铜损共同产生的。由于变压器存在着铁损与锏损，所以它的输山功率永远小于输入功率。在分析变压器的发热情况时，常假定铁芯和各个绕组都是独立的发热单位。即认为铁芯的发热仅来源于铁芯损耗，各绕组的发热来源于各自的铜耗，它们相互间并没有热量交换。由于油的对流作用，它在受热后将上升，而在冷却后又将下降，故在油浸变压器中，沿着油箱高度，上部的温度要比下部的温度略高。变压器的绕组均用A级绝缘。根据我国的气候情况，国家标准规定以+40?C作为周围环境空气的最高温度，并据此规定变压器各部分的容许温升。
表1：油浸式变压器顶层油温一般规定值 ℃
强油循环风冷变压器通过变压器有一外接冷却器，通过油泵接通变压器油箱，开动油泵，从油箱中上部抽出温度较高的油，经冷却器冷却后，再从下部压入油箱中，冷却效果与油的循环速度有关。冷却器旁安装一个或几个风扇，把自然对流作用改变为强制对流作用，以增加冷却器的散热能力，变压器空载运行时，不得停用全部冷却器。
在正常情况下，强迫油循环强风冷变压器绝缘油的上层油温一般不得超过85℃，温升不得超过55K；绕组温度不得超过105℃；温升不得超过65K。当主变压器绕组温度达到105℃或油温达到85℃，发“绕组温度高”或“油温高”告警信号。由于在油温40℃左右时，油流的带电倾向性最大，因此变压器可通过控制油泵运行数来尽量避免变压器绝缘油运行在35℃～45℃区间。
2 强油循环风冷变压器节能改造方案
综上所述，变压器的发热是不可避免的，但是，通过改善强油循环风冷变压器变压器散热装置的效能，可以减少开启油泵和风扇的组数，降低能耗，达到节能的目的。以下介绍的强迫油循环风冷变压器散热器加装防尘装置和强油循环风冷变压器散热器带电水冲洗装置有效的解决散热器不能发挥功效的问题。
2.1强迫油循环变压器散热器加装防尘装置
2.1.1技术领域：应用于变电站户外强迫油循环风冷变压器，将防尘装置安装在变压器散热器进风口处，有效控制空气中的脏物和漂浮物进入或粘浮在变压器散热器上，从而有效的降低变压器的温度，有效的提高了变压器的散热功能。
2.1.2背景技术：在电力系统中，大部分大型变压器都处于室外，变电站附近种植较多的杨树及柳树，每年4-6份这些杨树及柳树上，落下较多杨絮及柳絮，这些杨絮和柳絮都漂浮在空气中，变压器的散热器风扇在运转时，把那些杨絮和柳絮及漂浮物都吸附在变压器的散热器上，严重影响变压器的散热功能，不但影响变压器的散热、影响美观，还降低了供电可靠性。每年对变压器需要停电清洗1-2次，这也是变压器被迫停电的主要原因之一。
因此，结合变电运行安全管理的工作实际进行探索，研制出主变散热器防尘装置，来提高变压器散热器的散热效果，降低主变温度、提高供电可靠性，减少变压器清洗的被迫停电次数。
2.1.3改造内容：能够有效的阻挡，空气中的杨絮和柳絮及漂浮物吸附在变压器的散热器上。在主变散热器上安装防尘装置后，可以在清扫主变散热器时不停电，提高供电可靠性，使主变在同等条件下温度正常，提高变压器的使用寿命，确保变压器安全稳定运行。
2.1.4技术方案：
（1）构造：用一不锈钢方管，焊接成一定大小的方框，将一层镀锌钢网和一层不锈钢纱窗网，焊压在不锈钢方框内，用螺丝将三块同样大小的方框固定在变压器的散热器进风口处即可，从而起到防尘的效果。
（2）材料：不锈钢方管、镀锌钢网、不锈钢纱窗网、不锈钢螺丝。
（3）使用范围、效果：本装置适用于强迫油循环风冷变压器的散热器上，经试验，效果良好。
2.1.5技术参数
★外边框尺寸：870*1320mm（3块）
★外边框：厚度25*25mm（不锈钢方管）
★内边框尺寸：830*1280mm
★内边框：厚度12*20mm（不锈钢扁方管）
★不锈钢纱窗网：每10mm?49孔
★镀锌钢网：每100mm?16孔
★不锈钢纱窗网及镀锌钢网830*1280mm（各3块）
★不锈钢螺丝：6*50mm（8个）
2.2强油循环变压器散热器带电水冲洗装置
2.2.1技术领域：应用于变电站户外强迫油循环风冷变压器，将带电水冲洗装置安装在变压器散热器进风口处，该装置采用塑料PVC管进行连接并固定在散热器的后面，在横管打上小喷水孔，接通水源水即会从喷水孔喷向散热片，起到清洗的效果，从而有效的降低变压器的温度，有效的提高了变压器的散热功能。
2.2.2背景技术：强油循环风冷变压器带电水冲洗装置，是根据强油循环风冷变压器在长期运行中，散热器表面粘浮较多的脏物和漂浮物的基础上，而创新自行开发成功的新冲洗装置。该装置操作简单、安装方便、使用灵活、性能稳定可靠，经济实惠。通过该装置的应用，大大减少了因冲洗而对主变压器停电的次数，提高了供电可靠性。
2.2.3改造内容：采用塑料PVC管进行连接并固定在散热器的上风口，在横管打上小喷水孔，接通水源水即会从喷水孔喷向散热片，起到清洗的效果。对水的压力进行测定，冲洗过程中水压力在0.3 Mpa的压力即可冲洗干净。选用25㎜、20㎜塑料PVC管（PVC管耐压达到1.6Mpa）安装，将组合好的水管固定安装在主变散热器的表面上，水管的安装管固，对主变的检修及维护没有任何影响。 图1：安装结构图
2.2.4技术方案：如图1，给水管固定在#1阀门处时，应将#2阀门关闭，冲洗时应先冲洗上部，冲洗上部时应将#3、#4、#5、#6阀门关闭，打开#7、#8、#1阀门开始冲洗。冲洗中部时应将#7、#8、阀门关闭，打开#5、#6、阀门。冲洗下部时应将#7、#8、#5、#6阀门关闭，打开#3、#4、阀门。冲洗时间以冲洗干净为止。
说明：一般情况下一台变压器的散热器大小相同，该装置可以在本变压器的散热器上通用，不需要每一个散热器上都要安置。变压器生产厂家不同散热器大小也不相同，安置尺寸也不相同，在安置前应根据散热器的大小进行设计安置。
2.1.5技术参数：
3.1效果分析
强迫油循环风冷变压器经防尘和冲洗过后散热片粘附的杂质、尘埃及小昆虫等得到了彻底的清除，通过几个月的观察前后温度相比明显下降，改造前温度保持在60-70℃，改造后温度保持在45-55℃，温度明显相差15℃左右，达到了预期目的。
(1)杜绝了空气中的杨絮和柳絮及漂浮物、飞虫等吸附在变压器的散热器上的现象。
(2)消除了以往被迫停变压器冲洗的现象。提高了供电可靠性。
(3)降低了变压器在同等条件下的正常温度。提高变压器的使用寿命，确保变压器安全稳定运行。
3.2经济效益分析
3.2.1供电可靠性增强
通过防尘和带电水冲洗，避免了220KV主设备停电（传统的冲洗方式须将主变停电10小时左右），大大提高了设备供电可靠性。
3.2.2节约人力物力成本
传统的冲洗方式需进行主变停送电操作，并布置现场有关安全措施，加之运行部部门到现场监护，检修部到现场冲洗，合计人工、车辆费用，每次需成本为1000元左右，且费时费力。采用该装置只需将水管接上即可进行冲洗工作，大大节约了人力物力成本。
3.2.3延缓主变绝缘老化
电力变压器使用的是A级绝缘（油浸电缆纸），在长期运行中由于受到大气条件和其他物理化学作用的影响，使绝缘材料的机械、电气性能衰退，逐渐失去其初期所具有性质，产生绝缘老化现象。对于绝缘材料的电气强度来说，在材料的纤维组织还未失去机械强度的时候，电气强度是不会降低的，甚至完全失去弹性的纤维组织，只要没有机械损伤，照样还有相当高的电气强度。但是已经老化了的绝缘材料，显得十分干燥而脆弱，在变压器运行时产生的电磁振动和电动力的作用下，很容易损坏。
变压器的绝缘老化，主要是因为温度、湿度、氧气和油中的劣化产物的影响，其中高温是促成老化的直接原因。运行中的绝缘的工作温度愈高，氧化反应进行的愈快，引起机械强度和电气强度丧失的愈快，即绝缘的老化速度愈大，变压器的使用年限也愈短。根据Arrnenius的研究表明，变压器的使用年限和绕组最热点温度关系如下：
Z＝Ae (-pθ)
并得出▽＝0.693/P
▽是6度左右，这意味着绕组温度每增加6度，使用年限将缩短一半，此即绝缘老化的6度规则。
由此可见，通过改造大大降低了强迫油循环风冷变压器温度，延缓了变压器绝缘老化，达到了保证设备健康稳定运行的目的。
3.2.4降低用电损耗
通过改造不但降低了强迫油循环风冷变压器温度，而且至少可以停下一组强油循环风冷装置处于备用状态（每年5月-10月），那么一台强油循环风冷变压器用电成本节约如下：
20KW×24×180×0.5＝43200元
四、结束语
通过强迫油循环风冷变压器散热器加装防尘装置和强油循环风冷变压器散热器带电水冲洗装置的综合使用，有效地解决了运行中的散热器受到空气中的尘埃、漂浮物及小昆虫经常会粘附，导致变压器散热性能下降、温度升高等问题。减少了主变因散热器冲洗而停止运行的次数，提高了供电可靠性。减少了人力、物力、财力的浪费，提高了工作效率，同时，达到节能的目的。
参考文献
[1]、国家电网公司 《110（66）kV-500Kv油浸式变压器（电抗器）管理规范》 中国电力出版社 2011年2月
[2]、《交流高压电器在长期工作时的发热》GB763-90 国家技术监督局 2000年5月
[3]、张全元《变电运行现场技术问答》 中国电力出版社 2009年6月
作者简介
薛鸿鹏 本科学历 工程师 河南省电力公司周口供电公司变电运行部主任
李 琳 本科学历 工程师 河南省电力公司周口供电公司变电运行部首席工程师
柴 冰 本科学历 工程师 河南省电力公司周口供电公司电费管理中心主任