（特变电工沈阳变压器集团有限公司 辽宁沈阳 110144）
摘要：由于油浸式变压器内部容量与电压等级越来越高，温升问题也越来越严峻，如果变压器的温升特别高，会增加其绝缘破坏的概率，严重的还会出现大范围短路故障，使得电力网络系统的可靠性逐渐下降。鉴于此，本文重点研究油浸式变压器绕组油流与温升影响因素。
关键词：油浸式变压器；绕组油流；温升；影响因素
1油浸式变压器结构
1.1铁芯
铁芯是变压器的磁路部分，包括硅钢片叠成的铁芯柱、铁轭和夹紧装置。在原理上，铁芯的磁导体是变压器的磁路，它把一次电路的电能转为磁能，又由自身的磁能转变为二次电路的电能；在结构上，铁芯是变压器内部所有零部件，包括绕组、开关、支撑件、夹件等的支撑和固定作用，是变压器的机械骨架。变压器的铁芯是框型闭合结构，其中，将绕组套在外面的部分是铁芯柱，连接铁芯柱、构成闭合磁路的铁芯部分称为铁轭。夹件能够使硅钢片紧密地叠加在一起，形成完整而牢固的铁芯结构。
1.2绕组
在变压器原理中，绕组是变压器的电路部分。绕组一般由高压绕组，低压绕组，绕组对地绝缘层，高、低压绕组之间的绝缘件，由垫块、撑条构成的油道，高、低压引线组成。为保证绝缘性能，绕组用绝缘纸包裹的铜线绕成。不同容量、不同电压等级的油浸式变压器，绕组的结构也不一样，按高压绕组和低压绕组的相互位置和形状不同，绕组可分为层式、饼式和交错式绕组。本文的油浸式变压器绕组为饼式绕组，并将高、低压绕组同心地套装在铁芯柱上，饼式绕组一般采用连续式或螺旋式绕制而成。在结构上，为了便于引出高压分接开关和节省绝缘材料，一般把低压绕组放置在靠近铁芯处，高压绕组套装在低压绕组外面。
1.3冷却系统
变压器运行产生的热需要通过各种散热途径及散热装置传递到外界空气中，这就需要变压器具有外部及内部的冷却装置及冷却介质。变压器的冷却方式是由内部变压器油的循环方式和外部冷却装置共同决定的，油浸式变压器按变压器油的循环方式分为强迫油循环和自然油循环变压器，又按照外部冷却装置分为自冷式、水冷式和风冷式变压器。
2油浸式变压器绕组油流
油浸式变压器绕组是由铜线绕制在中间铁芯而成，绕组间有垫块，垫块的高度形成了变压器绕组饼间的水平油道高度，由变压器绕组的结构和形状可知绕组饼间水平油道是呈扇形形状，所以可将绕组饼间的水平油道简单看作矩形结构进行分析。本文研究的变压器在正常运行时，其绕组水平油道的流动为自然对流流动。因为变压器绕组饼间的水平油道中eR约20-200，普朗特数rP约50-100，eP大于100，所以绕组饼间的水平流动状态为层流。因为变压器油的rP>>1，油流流入的进口尺寸远小于饼间的水平油道高度，所以油流流速型线比油流温度型线能更快发展，因此绕组附近流速相对而讲比较慢的油流就会从绕组两侧的竖直油道流入饼间的水平油道，然后就形成了贯通的水平流动，因此水平油道中的油流形成。变压器绕组线饼的上下表面均向油流传递热量，由热阻的定义可知，当有热量在物体上传输时，热量在热流路径上遇到阻力，因此在变压器绕组线饼间有热阻的生成。对于一维、稳态、无内热源的导热过程，单位面积热阻的定义为：
对绕组饼间热阻的求解，所有关于油浸式变压器热路模型的文献中均来于经验公式R=1／hA（A为等效对流散热面积，h为传热系数），由于变压器绕组的结构与环境，变压器油的温度特性等复杂因素，计算热阻时很多参数只能靠估算或经验求得，因此提出模拟油浸式变压器绕组饼间环境的构想，基于稳态热流法搭建实验平台。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆
3油浸式变压器绕组油流温升影响因素
3.1水平油道高度对绕组温升影响分析
根据变压器绕组的设计原理，水平油道高度一般低于高度，且需保证留有能够有效散热的冷却间隙高度，理论上来说，水平油道的高度能够提供更多散热空间，有利于散热。结合有关研究可以看出随着水平油道高度的加宽，水平油道内的油流会得到明显的改善，绕组与变压器油的换热加强，降低了绕组热点温升及平均温升，也可以看出改变水平油道高度，高、低压绕组的温度分布总体保持不变，绕组热点位置不会发生变化。也可以看出随着油道高度的进一步增大，油道油流加快趋势有所减缓，绕组热点温度升高趋势也渐缓，说明油道高度的增加对于油道油流的改善及绕组温升的影响有一定限值，油道高度为2mm～4mm的范围内对油流及绕组散热有较大的改善，当油道高度大于4mm后油道高度对油流及绕组温升的影响渐小。
3.2水平油道导向结构对绕组温升影响分析
对于不便于改变水平油道高度的绕组结构，为避免油流在水平油道长时间停滞而在饼式绕组中形成死油区，影响绕组向变压器油散热，可以采用加设导向结构来增加油流导向区，使油流能够流入水平油道中，以改变油道内油流的流向及流速。本文主要对绕组热点位置增设导向挡油板，分别在第1条及第54条水平油道内增设厚度为1mm的挡油板，设计两种挡油板结构，挡油板材料为绝缘纸板，从两种结构水平油道与无挡油板的温度分布曲线可以看出，增设两种结构的挡油板都有助于降低绕组热点温升，尤其对绕组温度高的部位有明显的改善，热点位置也有所降低，绕组总体温升也会降低。仿真结果在理论上说明增设挡油板对降低绕组热点温度有改善作用。
4合理改进油浸式变压器绕组冷却结构
4.1带挡板的冷却结构改进措施
通过在绕组冷却结构内部加入挡板，能够提升油道内部的油流阻力，降低流油的速率。绕组流油在流动时，其水平方向的流油流动速度不断加快，真正达到了提高变压器冷却效果的目标。在布设挡板冷却结构的过程中，油流绕组内部需要设计一定数量的挡板，挡板数量最好为8个，如果挡板数量过少，会对绕组冷却结构的稳定性产生较大影响，如果挡板数量过多，则会增加变压器的运行成本。相关人员在简化产品设计模型时，设计人员需要开展二维模型计算工作，并结合行业标准进行合理计算。结合大量试验数据能够得知，当变压器绕组运行温度达到75K，经过大量的计算，能够得到准确的变压器绕组热电数值，该数值能够达到65K，误差达到-7.9%左右。出现计算结果偏小现象，重点原因是二维平面模型与实际不符，计算依据和油浸式变压器内部的油道流通不同，真实变压器内部的饼型油道全部由油隙搭成，对变压器内部的散热系统产生较大影响，使得出现较大误差。
4.2带交错式轴向油道绕组的改进措施
在实际的绕组工作当中使得流油在变压器绕组当中的流通方式更加全面。不但增大流油的速度，同时提升了线饼热换面之间的流动效率，为实际的散热过程提供保障。在进行自然循环的散热系统当中，绕组当中的油流速度由于受到热油的热浮力的影响，使得变压器在运行中，其中的密度受到油温的控制，与其形成了负相关关系。冷油进行流动散热的过程中，是通过绕组的底部进入到变压器当中，通过对流作用进行热传导，使得变压器当中油温升高，且带走变压器的实际热量。
5结束语
综上所述，通过详细分析油浸式变压器绕组油流及温升影响因素与改进措施，如挡板的冷却结构改进措施、带交错式轴向油道绕组的改进措施，并适当加大绕组设置力度等，能够保证这一类型的变压器更加安全可靠运行。
参考文献：
[1]刘恩洲.油浸式变压器绕组油隙油流分布计算研究[J].变压器，2016，5304：1-6.
[2]刘恩洲，王健，钟俊涛，王长胜，王相中，王巍.油浸式变压器绕组间油流分配计算研究[J].变压器，2017，5403：1-4.
[3]张立柱.油浸式变压器绕组油流及温升影响因素分析[J].河南科技，2014，17：111.
论文作者:付强
论文发表刊物:《河南电力》2018年19期
论文发表时间:2019/4/12
标签：绕组论文; 变压器论文; 水平论文; 结构论文; 高度论文; 挡板论文; 铁芯论文; 《河南电力》2018年19期论文;