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油浸式变压器冷却风机选型

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前言
       在变压器冷却方面,要考虑的因素比人们想象的要多得多。 本文为变压器冷却系统的决策、维修、升级或简单概念入门提供了很好的案例。尽管本文主要关注不同类型的风扇、最佳安装方式和额定参数,但它是了解冷却变压器的绝佳入门书。
       尽管这不是高深的火箭科学技术,但是正确的变压器冷却是必不可少的,并且可能变得相当复杂,尤其是在应对变压器过热及其周围的热状况时。而且其中一些已经停摆或处于破败的工作状态,使各种冷却系统的设计和配置变得更加复杂。
       当前运行中的许多变压器都具有超过额定容量运行的能力,但其已有50多年的历史,并且已经超过了预期的使用寿命。 随着变压器梯队的老化以及由于经济增长和社会进步而增加的负荷,对变压器冷却系统的关注和日常维护变的至关重要。 这有助于延长变压器的整体寿命和安全性。
       液冷变压器的过载负载产生的热量,可能导致可避免的灾难性事件,例如火灾、计划外停机和不必要的老化。 尽管经过正确维护、检查和测试的变压器很少发生火灾; 如果灾难真的发生,这不仅是安全问题,而且会影响环境,并且可能损害公用事业的声誉,因为HSE(健康,安全和环境)问题对于从发电到配电的各种规模的公用事业都极为重要。
       许多运行和维护管理者考虑对冷却系统进行升级,以增加其液冷的变压器的负载能力。 而且由于新冠大流行导致资金和项目推迟,可靠性管理者选择添加或替换现有的冷却套件,如果不选择购买新的变压器,则这可能是一种经济的解决方案。
       始终建议整体评估变压器的热状况,咨询原变压器制造商以获取所需的冷却容量和负荷信息,并且切勿使变压器过载,超出OEM等级。在对变压器进行适当的检查和测试以确定当前状况之后,为现有的变压器散热器增加或升级冷却风扇,被证明可能是经济且有效的增加容量的解决方案。 随之而来的是,变压器冷却风扇往往会在同一时间开始出现故障,因此,一旦风扇开始停摆,最好一次更换所有风扇而不是一次只更换一个。

图1.旧(左)、新(右)美国PX3变压器冷却风扇

冷却方式
变压器冷却可通过多种方式实现。
      干式变压器:
      AA:通风自冷
      AFA:通风强制风冷
      AA / FA:通风式自冷/强制风冷
      ANV:非通风自冷
      GA:密封自冷
      液冷变压器:
      首字母–绝缘介质
      O:燃点为300°C的矿物油或合成绝缘液体
      K:着火点> 300°C的绝缘液体
      L:绝缘液体,无可燃点
      第二字母–内部冷却介质
      N:自然循环
      F:强制循环
      D:强制定向循环
      第三字母–外部冷却介质
      A:空气
      W:水
      第四字母-外部冷却介质的循环方法
      N:自然循环
      F:强制循环
       充液式变压器的代号命名法在2000年之后发生了变化,从两个字母的代码变为四个字母的代码,以更好地表达冷却方式。考虑到上面列出的分类,我们将仅介绍使用风扇强制风冷的液冷变压器。
变压器冷却风扇选型
       升级变压器冷却风扇套件时要考虑的另一个因素是选择哪种冷却风扇。目前,市场上有许多不同类型和制造商的冷却风扇,价格、性能和耐用性不等。要考虑的一个关键方面是变压器冷却风扇裸露的环境条件。例如,具有抗腐蚀特性的风扇将非常适合湿润、潮湿的地方,这些地方会加速腐蚀。
       有几种不同类型的变压器冷却风扇设计。一种是带有罩笼式的循环风扇,另一种是轴流式风扇,有时也称为文丘里式风扇,其在电机和叶轮周围具有管或导管。根据变压器的设计,两个风扇都可以安装在散热器的侧面、顶部或底部。  

图2.美国PX3循环式冷却风扇(左)、轴流式(右)冷却风扇

       另一个考虑因素是安装配置。 在变压器上通常有三个安装冷却风扇的位置。 最常见的安装配置在散热器的侧面(水平气流)和散热器的底部(垂直气流)。尽管如此,风扇也可以安装在散热器的顶部。

              图3.侧面安装气流配置(左); 侧面安装的风扇树配置(中); 底部安装气流配置(右);

底部安装文丘里管配置(左下); 顶部安装气流配置(右下)

选择变压器冷却风扇
       选择变压器冷却风扇可能会更加复杂,因为很难知道变压器的气流需求和现有风扇的冷却能力。始终建议您与原变压器制造商联系,以确定所需的冷却方式,以了解原变压器文档。 另外,如前所述,建议检查和测试变压器以确定电流条件。
       另一个可能会使选型问题复杂化的因素是没有用于测量气流的变压器行业标准。有多种测量风扇气流的方法。根据空气运动和控制协会(AMCA),所测试的风扇类型而方法有所不同。 例如,AMCA建议使用AMCA 230方法测试循环式风扇的出力,这与轴流式风扇的测试方法不同。此时,每个冷却风扇制造商都有确定气流的方法,因此很难进行比较。
        找到可比选项的一种方法是使变压器冷却风扇的铭牌数据和尺寸尽可能匹配。一些变压器冷却风扇制造商在其网站上提供了选择工具来帮助完成此过程。例如,某些信息可以与现有风扇标签匹配。尽管如此,但请注意,现有的风扇铭牌可能仅反映电动机的性能数据,而不能反映整个风扇的性能数据。

图4.原风扇铭牌

安装支架配置
       更换和升级变压器冷却风扇组件的另一个复杂方面是匹配安装配置。更换或升级冷却风扇时,变压器冷却风扇罩笼的外径和安装空间至关重要。 设置好占地面积后,可以将通常由螺杆和固定在散热器散热片和面板之间的托架组成的嵌入式安装套件用于侧面安装应用。

图5.风扇所占区域(左); 螺杆(右)

       变压器冷却风扇的其他一些侧面安装应用包括使用风扇树,基板安装,支座安装和轭架安装。 后三个安装在电机上,而不是风扇笼,就像前面提到的嵌入式安装和风扇树一样。
       对于散热器下方的底部安装应用,可以使用集管安装,J型螺栓或Unistrut套件。 底部安装应用程序通常从保持架安装,但有时会通过支架安装应用程序从电动机安装。

图6. Unistrut底部安装配置

变压器冷却风扇电源线选择
       选择具有适当冷却特性的完美风扇后,您还需要选择电源线。有几种不同类型的电线,例如,快速断开连接(公连接和母连接)和硬接线。快速断开线的长度通常为6英尺和12英尺,是即插即用的应用。一部分电源线带有公头或母头连接器,然后接收器连接器的一根较短的线通常称为“辫子”或“鞭子”。通常,母接收连接器放置在变压器的带电侧,而不是公端。这些连接提供了即插即用的应用程序,而不是硬接线。一些制造商提供这些电源线作为一组,而另一些则单独出售,因此请确保在订购前进行验证。硬线通常也有6、8和12英尺长,但易于定制。该软线在变压器冷却风扇处硬接线,然后在变压器侧也硬接线。
总结
       如前所述,变压器冷却可能并非复杂的火箭技术,但有时确实感觉如此。一个永恒的概念; 由于经济增长和发展而导致负荷增加的老化的变压器梯队将需要例行维护,并关注变压器的冷却系统,这是关键任务。选择是否升级以及哪种冷却套件是最经济和最安全的解决方案可能会很复杂。虽然配置可能很麻烦,但行业中的专业人员在冷却和变压器制造方面拥有多年经验,可帮助您选择合适的冷却系统。