摘要：本文对变压器的冷却方式进行了简要概述，同时探讨了在具体生产活动过程中变压器冷却装置可能发生的问题，并针对这些问题制定了相应的解决方案。
关键词：变压器；冷却装置；冷却方式
变压器作为电力行业的重要设备之一，是变电站的心脏，对电能的传输、灵活调配起到十分重要的作用。因此，在使用过程中需要注意各种变压器冷却方式的使用范围，同时增加对变压器冷却装置的检修和维护以及新技术的改进和研发。
1.变压器冷却装置的方式
变压器在完成能量与电压转换的过程中，存在一定能量损耗，伴随这一损耗会产生大量的热能。如果没有冷却散热措施，将其产生的热能及时交换出去，会影响变压器的正常运行，出现绝缘过热、老化，以至于造成损坏，变压器的寿命也会大大降低。变压器的冷却方式主要有以下几种：
1.1干式冷却方式
干式变压器的铁心和绕组不浸渍在绝缘油中，不会像油浸式变压器存在渗漏油的问题，也不会因为油渗出后导致绝缘装置老化，减少了维修和维护的成本。干式变压器冷却方式分为自然空气冷却（AN）和强迫空气冷却（AF）。自然空气冷却时，变压器可在额定容量下长期连续运行。强迫空气冷却的风机一般安装在干式变压器的下部，强迫空气冷却变压器输出容量可提高40%～50%。但由于此时处于过负荷运行状态，对变压器损耗较大，不能长时间使用。
1.2液体冷却方式
为了满足远距离电力传送要求，生产中必须提高输电电压的等级，这对绝缘介质提出了更高的要求，于是变压器油作为电力变压器的绝缘装置被广泛应用于电力变压器中。油浸式变压器的散热过程是将变压器内部的铁心、绕组产生的热量先传递到油，然后通过油的介导将热量传递到油箱，最后再用油箱和空气的热交换，将热量散发至空气中。油浸式变压器运行时会产生较大热量，因此需要额外安装冷却装置，特别是对于大型变压器，更需要注意冷却装置的配套。目前根据变压器的容量大小可以将其冷却方式分为以下三种类型：
1.2.1油浸自冷式
油浸自冷式就是将变压器的铁心和绕组在工作过程中产生的热量以油为冷却介质进行散热，没有其他特别的冷却设备。原理是将油作为冷却剂和绝缘剂，填充在变压器中，变压器工作中产生的热量传递至油，使油温升高，升高至一定程度后，油会向上流动和挥发，与油箱壁接触后，将热量传递给油箱壁，油的温度再次降低，向下流动至油箱中。容量小于6300kVA的变压器采用油浸自冷式，此类变压器维护简单。
1.2.2油浸风冷式
油浸风冷式与油浸自冷式基本相同，但是在油箱壁加装风扇，利用风扇吹出冷风加速冷却剂油的冷却，因此油浸风冷式的冷却效果优于油浸自冷式。研究表明加装风机后可使变压器的容量增加30%～40%，此类冷却方式一般用于中等容量的变压器或容量大于10000kVA的大型变压器。
1.2.3强迫油循环冷却式
强迫油循环冷却式又分为强油风冷和强油水冷两种。原有油浸冷却式变压器仅仅利用油进行制冷，但是油在温度升高后会变得黏稠流动性降低，导致冷却效果变差。强迫油循环风冷却式的风冷却器本体为一组带有螺旋肋片或翅片的金属管，两端各有一个集油室。相比于油浸风冷，该方法不仅能够对变压器表面冷却，而且还能够对大容量变压器所产生的热量进行冷却。每台风冷却器有分控制箱，散热能力可达到10000W/m2。强迫油循环水冷却式与强油风冷式冷却方式相比，冷却介质为水，水冷却循环安装在油冷却循环的外围，这一方式适合在50MVA以上的变压器使用。
1.2.4蒸发冷却方式
蒸发冷却方式是一种新的高效冷却降温技术，它的原理是易蒸发的冷却介质吸收变压器的热量后直接变为蒸汽带走热量，当热量排出后再次变为液体。该方法与气冷、液体冷等冷却降温方式相比具有更高的安全性和经济型。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆目前我国已经研制成功多台功率10MW以上的蒸发冷却水轮机发电机组，并且已经有两台400MW蒸发冷却水轮机发电组已经投入长江三峡中运行。有研究报道使用F-113CF2ClCFCl2作为蒸发制冷剂，与气体制冷剂SF6进行了比较。结果表明，蒸发制冷剂换热效率更高，降温显著，对绝缘体损伤更小运行时安全可靠。
2.热量对变压器运行的影响
以变压器的设计原理，变压器的容量主要受变压器绕组金属材料、截面、铁心材料性质、大小与绝缘材料的耐温程度限制。产生热量的主要原因有：一是由于电流流过变压器绕组（载流导体）在电导率的影响下，而在变压器内部产生大量的热量（铜损）；二是由于变压器电磁感应过程中磁滞和涡流损耗产生的热量（铁损）。我国油浸式变压器绝缘材料一般采用A级绝缘，绕组最高允许温度105度，运行中变压器的绕组温度比上层油温高10～15度，因此在规程制订中，要求对普通油循环风冷的变压器，上层油温控制一般最高不得超过 85 度,绕组温升不得超过65度,否则，变压器的寿命会大大降低，甚至出现绝缘过热、老化，以至于绝缘击穿。
3.存在的问题及解决方法
3.1变压器冷却运行装置的及时维护
变压器在使用过程中会产生较多热量，如果不能及时通过冷却系统进行散热，会严重影响变压器的使用寿命和生产安全。常见的冷却装置故障有以下几种：冷却装置的散热故障：风扇长期使用后变形，水冷却循环推进管道堵塞，平时检修中应注意故障导致的冷却效果降低；冷却装置的渗油现象：冷却装置在使用过程中，密封垫圈经过多年的风吹日晒，垫圈出现老化，容易发生漏油现象，容易发生渗油现象，因此需要注意在检修过程中对垫圈的检查。
3.2变压器冷却装置散热效果不佳
强油水冷却方式是目前市场上变压器较为通用的冷却方式之一。即在变压器上配置水冷却装置，该种方式一般都是用通过铁心上环绕的初级或者次级空心线管外的水循环实现，水冷却装置放在线圈的外部，这种局部冷却的方式只能冷却表面的温度，不能冷却内部的温度，冷却装置与线圈之间的热交换面积较小，无法实现良好的散热冷却效果。针对存在的技术问题，有研究将冷却管设置在高压线圈和低压线圈之间，同时对高压线圈和低压线圈散热，有效增加了冷却管的冷却效率。这样还赋予了冷却管新的功能，即冷却管作为隔离层，简化了变压器结构，且不影响变压器的绝缘性能，降低变压器成本。还有研究在变压器散热片上固定水管，在水管壁上开有若干个朝向变压器散热片的喷嘴，水管的上水口接水泵，在变压器散热片四周每个面摆放一台吹风机，朝向变压器散热片。该方法利用了物相变化原理，显著地提高了变压器散热器与外界交换热量的速度，进而提高了变压器的过载能力且装置的成本低廉。
3.3无人值班方式的冷却装置电源设计无法及时处理故障
目前有许多变电所采用的是无人值班方式，然而变压器自然油循环风冷却装置的冷却电源都采用单电源供电，有的甚至与变压器有载调压装置电源混结在一起,一旦电源发生故障，冷却装置就不能运行，主变分接头也不能根据电压无功情况及时地加以调节，且分路发生故障后都有可能危及对方的正常运行。另外在电源控制回路（分接开关电源回路,冷却装置电源回路）上或电源开关发生异常时，处理缺陷和维护均不方便，都会影响到另一方的正常工作。为避免上述问题，应将变压装置和冷却装置电路分开，同时使用计算机软件方法进行控制。
4.结束语：
随着电力系统的不断发展，对环境和节能的要求也越来越高，中小型变压器自然油循环自冷的普及发展，是当前电力变压器冷却发展的必然方向。随着电力系统广泛地采用自动化无人值班变电所，对变压器冷却装置也提出了更高的要求，因此有必要采用灵活多变的冷却方式，性能可靠的接线设计。
参考文献：
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论文作者:吴芹
论文发表刊物:《电力设备》2018年第2期
论文发表时间:2018/5/30
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