一種用于變壓器的散熱裝置及散熱方法

趙毅 李春霞 劉嘉 劉亞

摘 要：散熱性能是變壓器設(shè)計的重要指標(biāo)之一，變壓器的正常工作可保障電網(wǎng)穩(wěn)定運行，研究其散熱問題具有現(xiàn)實意義。本文提出了一種用于變壓器的散熱裝置及散熱方法，主要從總體架構(gòu)、方法步驟、裝置特點方面對其進行了闡述，為相關(guān)試驗人員提供參考，具有一定的實用價值。

關(guān)鍵詞：散熱性能，變壓器，散熱裝置，總體架構(gòu)

DOI編碼：10.3969/j.issn.1002-5944.2023.09.032

Heat Dissipation Device and Method for Transformer

ZHAO Yi LI Chunxia LIU Jia LIU Ya

（Shandong Institute for Product Quality Inspection）

Abstract： Heat dissipation performance is one of the important indicators of transformer design. The normal operation of transformer can ensure the stable operation of power grid. It is practically significant to study its heat dissipation problem. This paper presents a heat dissipation device and method for transformer， and explains it mainly from the overall architecture， method steps， and device characteristics， which has certain practical value and can provide reference for relevant testers.

Keywords： heat dissipation performance， transformer， heat dissipation device， overall architecture

變壓器是電力設(shè)備中的重要設(shè)備之一，在使用過程中通常將變壓器放入殼體中，而隨著變壓器向著大功率、小體積方向的發(fā)展，變壓器在工作時其溫度會越來越高，為了進一步提高變壓器的散熱效果，通常在殼體內(nèi)部設(shè)置散熱裝置[1-5]。在殼體內(nèi)部設(shè)置散熱裝置雖然能夠提高散熱效果，但是由于放置變壓器和散熱裝置的殼體內(nèi)部空間較小，在整體設(shè)備移動或維修時，容易因操作不當(dāng)而造成變壓器對散熱設(shè)備的碰撞，進而損傷變壓器或散熱設(shè)備。

本文提出了一種用于變壓器的散熱裝置及散熱方法，既能夠防止變壓器對散熱裝置造成損傷，又能夠促進殼體內(nèi)空氣的流動，提高及時散熱的效果。

1 總體架構(gòu)

本文提出的用于變壓器的散熱裝置包括殼體、設(shè)置于殼體內(nèi)的變壓器本體和散熱器、設(shè)置在散熱器后側(cè)的調(diào)節(jié)機構(gòu)、設(shè)置在變壓器本體前側(cè)的溫度傳感器和控制器。

控制器包括數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)處理模塊、數(shù)據(jù)存儲模塊、報警模塊、遠程傳輸模塊、調(diào)節(jié)機構(gòu)控制模塊。控制器示意圖如圖1所示。

圖1中數(shù)據(jù)采集模塊與溫度傳感器電連接，用于采集溫度傳感器檢測的溫度數(shù)據(jù)；數(shù)據(jù)處理模塊與數(shù)據(jù)存儲模塊、數(shù)據(jù)采集模塊、報警模塊、遠程傳輸模塊、調(diào)節(jié)機構(gòu)控制模塊電連接，用于對數(shù)據(jù)采集模塊采集的溫度數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)處理，判斷采集的溫度數(shù)據(jù)是否超過設(shè)定的溫度閾值；數(shù)據(jù)存儲模塊用于存儲數(shù)據(jù)處理模塊處理后的數(shù)據(jù)；報警模塊用于高溫報警；調(diào)節(jié)機構(gòu)控制模塊與調(diào)節(jié)機構(gòu)中的驅(qū)動設(shè)備電連接，用于控制調(diào)節(jié)機構(gòu)動作；遠程傳輸模塊用于將數(shù)據(jù)信息及時傳輸至遠程終端，如傳輸至手機或電腦終端，實現(xiàn)遠程化智能監(jiān)控和操縱。

2 散熱方法

變壓器散熱裝置在不同季節(jié)、不同時段、環(huán)境溫度和不同負荷下的散熱效率是不同的，同時散熱器結(jié)構(gòu)參數(shù)的變化也會影響其散熱效率，國內(nèi)不少學(xué)者進行了研究。吳紅菊等人運用有限元方法對強迫風(fēng)冷干式電力變壓器溫度場進行模擬計算得到變壓器室內(nèi)流體溫度場分布，進行了基于溫度場仿真分析的干式變壓器散熱設(shè)計[6]；周志錄從變壓器發(fā)熱和散熱的角度對變壓器散熱計算方法進行了探討研究[7]；蔡駿峰等人通過采集散熱裝置循環(huán)油路內(nèi)油的溫度、流量、環(huán)境溫度、變壓器功率等數(shù)據(jù)建立了變壓器散熱裝置效率評估系統(tǒng)，完成了不同散熱裝置工作效率的比較[8]。本文提出的散熱方法包括以下步驟：

（1）檢測殼體內(nèi)變壓器的溫度，根據(jù)檢測的溫度判斷是否超過設(shè)定的溫度閾值；

（2）當(dāng)檢測的溫度在正常值范圍內(nèi)，則隔板位于變壓器與散熱器之間的縫隙處；當(dāng)檢測的溫度超過設(shè)定閾值，則控制調(diào)節(jié)機構(gòu)，驅(qū)動調(diào)節(jié)機構(gòu)中的伸縮結(jié)構(gòu)伸長，進而驅(qū)動轉(zhuǎn)軸及其上的隔板向下旋轉(zhuǎn)，使得變壓器與散熱器之間無隔板阻擋，同時風(fēng)機隨著伸縮結(jié)構(gòu)的伸長運行至變壓器后側(cè)，啟動風(fēng)機進行變壓器散熱，實現(xiàn)雙重降溫。

用于變壓器散熱裝置的結(jié)構(gòu)示意圖如圖2所示，調(diào)節(jié)機構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖如圖3所示。其中，1-殼體；2-變壓器本體；3-散熱器；4-隔板；5-溫度傳感器；6-控制器；7-風(fēng)機；8-隔板連接桿；9-轉(zhuǎn)軸；10-撥桿；11-推動板；12-伸縮結(jié)構(gòu)；13-風(fēng)機連接桿；14-支撐桿；15-加強筋。

當(dāng)溫度傳感器檢測到殼體內(nèi)變壓器本體的溫度在正常值范圍內(nèi)，即控制器中的數(shù)據(jù)處理模塊判斷采集的溫度數(shù)據(jù)未超過設(shè)定的溫度閾值，此時，隔板位于變壓器本體與散熱器之間，將變壓器本體與散熱器分隔開，防止變壓器本體對散熱器造成損壞或損傷；當(dāng)溫度傳感器檢測到殼體內(nèi)變壓器本體的溫度超標(biāo)時，即控制器中的數(shù)據(jù)處理模塊判斷采集的溫度數(shù)據(jù)超過設(shè)定的溫度閾值時，控制器中的報警模塊進行高溫報警，同時控制器中的調(diào)節(jié)機構(gòu)控制模塊控制調(diào)節(jié)機構(gòu)，驅(qū)動伸縮結(jié)構(gòu)伸長，進而驅(qū)動隔板向下旋轉(zhuǎn)，使變壓器本體與散熱器之間無隔板阻擋，便于散熱器對變壓器本體進行更好的降溫，此時，風(fēng)機也運行至變壓器本體的后側(cè)，控制器啟動風(fēng)機對變壓器本體后側(cè)面降溫，使變壓器本體達到雙重降溫的效果，既避免了變壓器對散熱裝置造成損傷，又能夠促進殼體內(nèi)空氣流動，具有更好的散熱效果。

當(dāng)溫度傳感器檢測到殼體內(nèi)變壓器本體的溫度超標(biāo)時，控制器中的遠程傳輸模塊將采集的溫度信息及預(yù)警信號傳輸至遠程終端，實時監(jiān)控殼體內(nèi)溫度，實現(xiàn)智能化控制。

風(fēng)機和伸縮結(jié)構(gòu)可通過控制器進行自動控制，當(dāng)隔板位于變壓器本體和散熱器之間時，風(fēng)機靠近變壓器本體和散熱器之間間隙，此時，風(fēng)機啟動促進變壓器本體和散熱器之間間隙的空氣流動，使變壓器本體散熱效果更好。

風(fēng)機可根據(jù)需要，隨時通過控制器啟動，也可以設(shè)定在溫度達到一定值后自動啟動，可根據(jù)實際需求設(shè)定。

伸縮結(jié)構(gòu)根據(jù)溫度傳感器檢測的實時溫度數(shù)據(jù)，通過控制器的調(diào)節(jié)機構(gòu)控制模塊進行自動控制。溫度在正常范圍內(nèi)，隔板位于變壓器本體與散熱器之間，將兩者隔離開，起到防護作用；當(dāng)溫度超過設(shè)定值時，由控制器控制伸縮結(jié)構(gòu)驅(qū)動隔板向下旋轉(zhuǎn)，使變壓器本體與散熱器之間無阻擋，便于散熱。通過上述設(shè)置既避免了散熱器與變壓器本體之間相互損傷，又能夠在溫度達到一定值時及時散熱。同時，在調(diào)節(jié)機構(gòu)上還設(shè)有風(fēng)機，風(fēng)機在伸縮結(jié)構(gòu)的驅(qū)動下能夠前后移動，對殼體內(nèi)不同位置進行吹風(fēng)，提高了殼體內(nèi)空氣流動性，有利于散熱。

綜上，該裝置包括殼體、設(shè)置于殼體內(nèi)的變壓器本體和散熱器、設(shè)置在散熱器后側(cè)的調(diào)節(jié)機構(gòu)；調(diào)節(jié)機構(gòu)包括轉(zhuǎn)軸和伸縮結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)軸的端部與殼體側(cè)面內(nèi)壁轉(zhuǎn)動式連接，另一端的側(cè)面通過隔板連接桿與隔板連接，隔板設(shè)置在變壓器本體和散熱器之間，轉(zhuǎn)軸上背離隔板連接桿的一側(cè)設(shè)置撥桿；伸縮結(jié)構(gòu)的一端與殼體側(cè)面內(nèi)壁固定連接，另一端固定連接推動板和風(fēng)機連接桿，撥桿位于風(fēng)機連接桿上，與推動板的端部相接觸，撥桿在推動板的推動下，沿著其梯形斜邊向上運動，帶動轉(zhuǎn)軸順時針旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)軸上的隔板隨之向下旋轉(zhuǎn)。該裝置既能夠防止變壓器對散熱裝置造成損傷，又能夠促進殼體內(nèi)空氣的流動，提高及時散熱的效果。

3 結(jié) 語

變壓器是電力輸送系統(tǒng)的重要部件，其正常工作是電網(wǎng)能夠穩(wěn)定運行的重要保證，研究其散熱裝置及散熱方法具有重要意義。本文提出的用于變壓器的散熱裝置及散熱方法具有以下優(yōu)點：

（1）在散熱器和變壓器本體之間設(shè)置隔板，隔板由調(diào)節(jié)機構(gòu)根據(jù)實際溫度進行位置調(diào)節(jié)，當(dāng)殼體內(nèi)溫度在正常范圍內(nèi)，隔板位于變壓器本體與散熱器之間，起到防護作用，便于整體設(shè)備移動或維修，避免因操作不當(dāng)而造成變壓器對散熱設(shè)備的碰撞，進而損傷變壓器或散熱設(shè)備的問題；當(dāng)溫度超過設(shè)定值時，由控制器控制伸縮結(jié)構(gòu)驅(qū)動隔板向下旋轉(zhuǎn)，使變壓器本體與散熱器之間無阻擋，便于散熱。通過上述設(shè)置，既能夠防止變壓器對散熱裝置造成損傷，又能夠促進殼體內(nèi)空氣的流動，提高及時散熱的效果。

（2）溫度傳感器及調(diào)節(jié)機構(gòu)的驅(qū)動設(shè)備均與控制器連接，能夠?qū)崟r監(jiān)控殼體內(nèi)溫度并實現(xiàn)智能化控制，以減少設(shè)備故障，實現(xiàn)快速處理。

（3）調(diào)節(jié)機構(gòu)中還設(shè)有風(fēng)機，與散熱器相配合，起到雙重散熱的效果。

參考文獻

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作者簡介

趙毅，工程師，從事檢驗檢測與標(biāo)準化研究工作。

（責(zé)任編輯：袁文靜）