一種可降低噪音的變壓器防塵網導軌設計

譚風雷，李義峰，朱超

(國網江蘇省電力有限公司檢修分公司，江蘇南京210000)

隨著電網規模不斷擴大，特高壓變電站新建工程、500 kV變電站新建工程以及傳統220 kV變電站改擴建工程日益增加，作為變電站內核心電力設備，電力變壓器也呈現快速增長的趨勢[1-3]。為了解決變壓器本體發熱嚴重的問題，大型電力變壓器一般都采用強迫油循環風冷冷卻器散熱，但由于風扇抽風作用，經常會將雜物吸入散熱器，在其翅管上形成一道絮狀物，阻礙氣流正常流通，嚴重影響散熱器冷卻效果，導致電力變壓器溫度升高，加速絕緣油劣化，影響電力變壓器的使用壽命，嚴重危及電力系統的供電安全[4-6]。

針對電力變壓器發熱異常的問題，電力系統一般采用帶電水沖洗的方法來沖洗散熱器翅管上吸附的雜物，疏通氣流通道，提高散熱效果，但該方法耗時耗力且受到水源的限制[7-9]。針對帶電水沖洗存在的諸多問題，文獻 [10]設計了一種變壓器散熱器防塵網罩來濾除吸入散熱器的雜物，提高變壓器的散熱效果，但由于防塵網未固定，氣流作用會產生較大噪音，影響變電站對變壓器運行狀態的判斷。為了降低防塵網因氣流作用所產生的噪音，本文在文獻 [10]的基礎上，提出了一種變壓器防塵網導軌設計方法，有效解決了防塵網因氣流沖擊而產生的額外噪音。最后以1 000 kV特高壓變壓器為例，詳細給出了防塵網導軌的設計過程。

1 變壓器防塵網導軌結構設計

在變電站現場應用中，通過在冷卻器背部增加防塵網來濾除吸入冷卻器翅管的雜物，以提高變壓器冷卻器的散熱效果。但安裝防塵網后，由于氣流作用會產生額外的噪音，影響變電站對變壓器運行狀態的判斷，不利于電力設備運行安全[11-12]。為抑制防塵網因氣流作用而產生的噪音，提出了一種可降低噪音的變壓器防塵網導軌，其結構如圖1所示。

圖1 變壓器防塵網導軌結構

變壓器防塵網導軌主要包括槽型橡膠滑塊、U型不銹鋼緊固夾件、L型螺栓緊固件和框架四個部分。槽型橡膠滑塊通過兩個橫向均勻分布的螺栓固定在框架上，用于降低防塵網升降過程中產生的噪音；U型不銹鋼緊固夾件通過兩個縱向均勻分布的螺栓固定在框架上，用于降低防塵網產生的噪音；L型螺栓緊固件通過兩個縱向均勻分布的螺栓固定在框架上，用于緊固防塵網，防止由于提升防塵網的鋼絞線斷裂后，防塵網墜落，損壞變壓器冷卻器；框架通過多個縱橫均勻分布的螺栓固定在變壓器冷卻器，對槽型橡膠滑塊、U型不銹鋼緊固夾件和螺栓緊固件起到支撐與固定作用。

槽型橡膠滑塊結構如圖2所示，為了降低防塵網升降時產生的噪音，其凹槽的寬度設計為防塵網的厚度。

圖2 槽型橡膠滑塊結構

U型不銹鋼緊固夾件結構如圖3所示，主要包括U型不銹鋼夾片和加緊螺栓。防塵網位于不銹鋼夾片之間，通過調節加緊螺栓，調整不銹鋼夾片間的距離，從而夾緊防塵網。

圖3 U型不銹鋼緊固夾件結構

L型螺栓緊固件結構如圖4所示，主要包括L型緊固鋼片和緊固螺栓。緊固螺栓通過防塵網螺栓孔、L型緊固鋼片螺栓孔和螺帽，實現防塵網固定。

圖4 L型螺栓緊固件結構

當防塵網上升時，靜音阻尼導軌中U型不銹鋼緊固夾件松開，L型螺栓緊固件不投入，通過槽型橡膠滑塊來夾緊防塵網，從而降低防塵網升降過程中產生的噪音。當防塵網到達頂部后，通過調節U型不銹鋼緊固夾件的加緊螺栓和投入L型螺栓緊固件的緊固螺栓來夾緊防塵網，避免防塵網因氣流而產生噪音。

2 變壓器防塵網導軌模塊數量設計

前面分析了變壓器防塵網導軌結構，下面對槽型橡膠滑塊、U型不銹鋼緊固夾件和L型螺栓緊固件所對應的模塊數量進行設計。

2.1 槽型橡膠滑塊數量設計

現有的防塵網采用拼裝折疊式設計[13-14]，一般由多片防塵片拼接而成，為了保證防塵網上升過程中每片防塵片都能得到固定，不會產生噪音，則槽型橡膠滑塊數量應滿足:

式中 N1為槽型橡膠滑塊數量；N為防塵網片數。

考慮到防塵網導軌中還有U型不銹鋼緊固夾件和L型螺栓緊固件，為了節約成本，將槽型橡膠滑塊數量設計為2N，并固定在每片防塵片的中部。

2.2 U型不銹鋼緊固夾件數量設計

防塵網是通過鋼絞線提升并懸掛在變壓器冷卻器背部的，鋼絞線的提升拉力與U型不銹鋼緊固夾件夾緊力必須大于等于防塵網重力[15-16]，即:

式中 F1為鋼絞線的提升拉力；F2為U型不銹鋼緊固夾件的夾緊力；m為單片防塵片的重量。

當鋼絞線斷裂時，鋼絞線的提升拉力F1為0，為了保證防塵網不會掉落，U型不銹鋼緊固夾件夾緊力必須滿足:

根據螺栓結構，單個U型不銹鋼緊固夾件的夾緊力可以表示成:

式中 F21為單個U型不銹鋼緊固夾件的夾緊力；T為施加在U型不銹鋼緊固夾件加緊螺栓上的扭矩；P為U型不銹鋼緊固夾件加緊螺栓的螺距；u1為U型不銹鋼緊固夾件加緊螺栓螺紋副之間的摩擦系數；d1為U型不銹鋼緊固夾件加緊螺栓的半徑；u2為防塵網與U型不銹鋼夾片之間的摩擦系數；a為U型不銹鋼夾片的長度；b為U型不銹鋼夾片的寬度。

考慮到U型不銹鋼緊固夾件加緊螺栓的扭矩過大，會損壞螺紋；扭矩過小，又難以加緊防塵網，因此將扭矩設計為:

根據單個U型不銹鋼緊固夾件的夾緊力和扭矩大小，可得U型不銹鋼緊固夾件數量與防塵網數量的關系表達式:

U型不銹鋼緊固夾件數量為N2，并固定在兩片防塵片的連接處。則U型不銹鋼緊固夾件數量可以表示成:

結合實際情況，U型不銹鋼緊固夾件數量可以表示成:

2.3 L型螺栓緊固件數量設計

當某個U型不銹鋼緊固夾件松動后，防塵網滑落，為了防止防塵網全部滑落，損壞冷卻器，在防塵網中部增加了L型螺栓緊固件，將L型螺栓緊固件數量設計為:

式中 N3為L型螺栓緊固件數量。

L型螺栓緊固件固定在防塵網中部，當防塵網片數N為偶數時，L型螺栓緊固件固定在防塵網從上往下第N/2＋1個防塵片處，當防塵網片數N為奇數時，L型螺栓緊固件固定在防塵網從上往下第[N/2]個防塵片處。

當防塵網片數N為偶數時，L型螺栓緊固件緊固螺栓應滿足:

式中 Q為L型螺栓緊固件緊固螺栓的抗彎強度；d3為L型螺栓緊固件緊固螺栓的半徑。

當防塵網片數N為奇數時，L型螺栓緊固件緊固螺栓應滿足:

為了保證安全性，L型螺栓緊固件緊固螺栓的抗彎強度設計為:

式中 Qmzx為L型螺栓緊固件緊固螺栓的最大抗彎強度。則L型螺栓緊固件緊固螺栓最大抗彎強度設計為:

3 變壓器防塵網導軌設計實例分析

下面以1 000 kV特高壓變壓器為例，來分析變壓器防塵網導軌的設計過程。1 000 kV變壓器冷卻器長4.5 m，寬1.8 m，其對應的防塵網被設計成18片，每片防塵片長0.25 m，寬1.8 m，重10 kg，即N＝18，m＝10 kg，則具體的設計結果如下:

1)根據防塵網片數N＝18，結合式 (1)可知:槽型橡膠滑塊數量:

2)設計U型不銹鋼緊固夾件數量前，先要選擇U型不銹鋼緊固夾件的加緊螺栓型號，假設施加在U型不銹鋼緊固夾件加緊螺栓上的最大扭矩Tmax＝5 N·m，U型不銹鋼緊固夾件加緊螺栓的螺距P＝0.04 m，U型不銹鋼緊固夾件加緊螺栓螺紋副之間的摩擦系數u1＝0.12，U型不銹鋼緊固夾件加緊螺栓的半徑d1＝0.004 m，防塵網與U型不銹鋼夾片之間的摩擦系數u2＝0.14，U型不銹鋼夾片的長度a＝0.1 m，U型不銹鋼夾片的寬度b＝0.1 m，則N2≥3.2，結合式 (8)可知，U型不銹鋼緊固夾件數量:

3)設計L型螺栓緊固件數量前，先要選擇L型螺栓緊固件緊固螺栓型號，假設L型螺栓緊固件緊固螺栓的半徑d3＝0.005，結合式 (13)可知L型螺栓緊固件緊固螺栓最大抗彎強度需滿足Qmax≥24.96 MPa。此時結合式 (9)可知L型螺栓緊固件數量:

4 結語

1)提出一種可降低噪音的變壓器防塵網導軌，包括槽型橡膠滑塊、U型不銹鋼緊固夾件、L型螺栓緊固件和框架四個部分。

2)基于變壓器防塵網導軌結構，對槽型橡膠滑塊、U型不銹鋼緊固夾件和L型螺栓緊固件的數量進行了設計。

3)以特高壓變壓器為例，對變壓器防塵網導軌設計方法進行了分析，計算得到槽型橡膠滑塊數量為36，U型不銹鋼緊固夾件數量為6，L型螺栓緊固件數量為2。