HXD1型電力機車主變壓器油箱內冷卻方式淺析

李元元 LI Yuan-yuan

（天津鐵道職業技術學院，天津 300240）

（Tianjin Railway Technical and Vocational College，Tianjin 300240，China）

1 概述

HXD1型電力機車采用EFAT6744型電力機車牽引變壓器，該變壓器是由西門子紐倫堡變壓器廠設計、株洲南車電機股份有限公司生產的單相變壓器，臥式結構，采用車下懸掛安裝方式。變壓器油箱為鋼結構，兩臺濾波電抗器也裝在油箱內，冷卻介質為符合IEC60296專用抗氧化等級的礦物油，冷卻系統由一個油泵進行油循環冷卻。

2 冷卻系統結構

HXD1型電力機車主變壓器冷卻系統結構如圖1所示。

圖1 冷卻系統結構圖

冷卻系統包含一個冷卻回路。一個油泵將熱的礦物油從變壓器油箱上部抽出，然后通過管路將油送到帶有風機的冷卻塔內，熱油在冷卻塔內與冷空氣進行熱交換，油溫降低，從冷卻塔出來的冷油沿油道進入變壓器下部，先冷卻變壓器的鐵芯、線圈，然后經過濾波電抗器，最后油流回到油箱的出油口，如此循環。

3 主要技術參數

①主變壓器主要技術參數。

型號：EFAT6744

額定功率：高壓繞組：5280kVA 低壓繞組：4x1320kVA

額定電壓：高壓繞組：25000V 低壓繞組：4x970V

額定電流：高壓繞組：211A 低壓繞組：4x1361A

額定頻率：50Hz

連接組：I，i0，i0，i0，i0

冷卻方式：強迫導向油循環風冷（ODAF）

冷卻介質：礦物油

②濾波電抗器主要技術參數。

型號：HFAT4936

數量：2

額定功率：198kVA

額定電流：1080A

額定感抗：0.27mH

額定頻率：100Hz

工作制：長期運行

冷卻方式：強迫油循環風冷（OFAF）

4 ODAF 與OFAF 對比

ODAF 和OFAF 是目前高壓變壓器常用的兩種冷卻方式，在HXD1型電力機車主變壓器油箱內這兩種冷卻方式均被采用，ODAF 是主變壓器采用的冷卻方式，OFAF 是濾波電抗器采用的冷卻方式。下面對這兩種冷卻方式進行分析和對比。

兩種冷卻方式中各個字母的含義如下所述：

在兩種冷卻方式中，我們用第一個字母來表示和主變壓器繞組相接處的冷卻介質。字母“O”用來表示礦物油或絕緣液體（其燃點大于300℃），字母“K”僅僅用于表示燃點大于300℃的絕緣液體，對于燃點無法測出的絕緣液體，我們則用字母“L”來表示。

變壓器內部冷卻介質的循環方式我們用第二個字母來表示。如果因為變壓器線圈發熱，而此時流經冷卻設備和變壓器繞組內部的油流進行自然的熱對流循環，則用字母“N（Natural）”；如果冷卻設備用冷卻油采用強迫循環對流的方式進行冷卻，而變壓器繞組內部采用自用自然的熱對流循環進行冷卻，則用字母“F（Forced）”來表示；當冷卻設備用冷卻油采用強迫循環對流的方式進行冷卻，對于變壓器繞組，至少在其主要繞組內部采用強迫導向循環的冷卻方式進行冷卻，此時我們用字母“D（double forced）”來表示。

對于冷卻方式中的第三個字母，它表明了外部冷卻采用什么樣的冷卻介質。如果外部冷卻采用空氣介質，我們則用空氣的英文單詞Air 的首字母“A”來表示；如果外部冷卻采用水作為冷卻介質，我們則用水的英文單詞Water的首字母“W”來表示。

冷卻方式中的最后一個字母用來表示外部冷卻介質是如何進行循環的。如果外部循環所采用的冷卻介質采用自然對流的循環方式，我們則用Natural convection（自然對流）的首字母“N”來表示；如果外部循環所采用冷卻風扇或者泵對冷卻介質進行強迫對流的循環方式，我們則用Foeced convection（強迫對流）的首字母“F”來表示。

由此可見對于HXD1型電力機車，變壓器繞組內部和濾波電抗器內部我們均采用主變壓器油箱內部的冷卻油機型冷卻，其主要區別在于：對于變壓器繞組繞組內部，利用油泵采用強迫導向循環的冷卻方式；對濾波電抗器內部的冷卻，我們則采用熱對流循環的方式進行。

①冷卻油循環方式對比。

從原理上來說，在ODAF 冷卻方式下流經線圈的油流是強迫導向循環，線圈中油的流動是靠油泵的壓力，與負載無關；在強迫油循環風冷（OFAF）冷卻方式下，在主變壓器正常工作時，由于線圈通電發熱使得冷卻油進行熱對流循環，從而達到冷卻的目的。流經主變壓器線圈的冷卻油的流量隨會隨著負載的變化而改變，冷卻油的流量和與流經冷卻設備油流（用油泵抽出的冷卻油）沒有直接關系。隨著主變壓器的負載的增大，溫差就會變大，流經主變壓器線圈的冷卻油的循環效率就越高。

②冷卻作用對比。

在穩態和短時超銘牌運行情況下，相對于OFAF 冷卻方式，采用ODAF 冷卻方式時，線圈冷卻作用更為強烈些，溫度的差值也較小。從理論上來說，線圈平均溫度和熱點溫度之間的差值也較小，因此可以增加用線圈平均溫度所表示的允許溫升。在IEC 標準規定中，ODAF 這種冷卻方式的線圈溫升的限值為70K。但是在突然失去冷卻作用的暫態下，強迫導向油循環風冷（ODAF）與強迫油循環風冷（OFAF）的冷卻作用會發生不同的改變。因為ODAF 冷卻方式采用油泵對線圈進行冷卻，一旦油泵停止工作，主變壓器繞組冷卻狀況會立即發生改變。而強迫油循環風冷的線圈冷卻，本身就是靠自然熱對流循環，油泵不直接參與油的冷卻，所以一旦油泵停止工作，冷卻狀況也不會立刻發生改變。

5 小結

對于大型變壓器，我們可以選擇“ODAF”或“OFAF”兩種冷卻方式。不管選擇哪一種冷卻方式，只要我們能夠得當使用，都可以起到令人滿意的冷卻效果。但是，對于這兩種冷卻方式，正式因為其工作原理不用，所以在性能方面也各有優缺點。HXD1型電力機車主變壓器油箱內采用這兩種冷卻方式，一種方式主要冷卻變壓器線圈，一種方式主要冷卻濾波電抗器線圈，因為兩者共用一個油箱，所以兩種冷卻方式的采用使得各自長處得以發揮保證了系統運行的可靠性。

[1]張曙光.HXD1型電力機車[M].北京：中國鐵道出版社，2009.

[2]官永昌.論述高壓變壓器冷卻方式OFAF 和ODAF 的比較[J].中小企業管理與科技（下旬刊），2009，10，25.

[3]張斌.熱管技術用于油浸式變壓器的研究[D].山東大學，2012.