某水泥厂主变压器散热计算分析及散热改造探讨

吴小勇（福建水利电力职业技术学院，福建　永安　366000）



某水泥厂主变压器散热计算分析及散热改造探讨

吴小勇
（福建水利电力职业技术学院，福建永安366000）

摘要：结合福建省永安市某水泥厂主变压器散热工程实例，介绍了变压器运行时产生总热量的计算公式，通过对变压器在自然风冷和强制对流风冷两种散热工况的传热分析，指出在高负载以及高温环境下，采用强制对流风冷的方式加强变压器的散热经济有效。

关键词：变压器，散热量，自然对流散热，强制对流散热

0　引言

福建省永安市某水泥厂油浸式电力变压器型号为SZ11—16000/35，安装在变压器室内，冷却方式为ONAN（自然通风冷却）。变压器主要通过辐射传热和对流传热两种方式进行散热。该主变压器负载会随着水泥厂生产量加大而加大，然而在夏季时变压器室房间内部空气温度较高，在该较高的环境温度条件下，发现变压器散热不够，自身温度会越来越高，将存在非常大的安全隐患。经测试，极端环境下该变压器散热计算用到的主要技术参数：辐射表面积23 m2，对流传热面积190 m2，环境温度39℃，平均壁温70℃，散热器特征长度l =2 m。

1　变压器总产热量

变压器在运行时产生的总热量等于变压器的总损耗P：

其中，Pf为变压器的负载损耗，kW；P0为变压器的空载损耗，kW；I为低压侧电流，A；Ie为低压侧额定电流，A。

2　变压器自然对流风冷散热工况传热分析

在自然风冷工况下，变压器产生的热量主要通过两种途径散热，一种是辐射散热，一种是自然对流散热。

1）辐射对流散热量Qr：

其中，ε为表面发射率；Tw为壁面温度，K；Tf为环境温度，K；Ar为辐射表面积，取油箱外表面积25 m2。

2）自然对流散热量Qd：

其中，A为对流换热面积，m2；Tw为壁面平均温度，K；Tf为环境温度，K；h为对流换热系数，通过式（4）求解：

其中，λ为空气的热导率；l为特征长度，为散热器高度，m；Nun为努塞尔数，自然对流时通过式（5）［1］求解：

Nun= C（GrPr）n（5）

其中，Pr为普朗特数，空气的普朗特数约为0.7。

其中，αv为流体的体胀系数，αv= 1/Tm，K-1；g为重力加速度，m2/s；Δt为变压器壁面和空气的温差，K；v为空气运动粘度系数，m2/s。

自然对流C，n的取值［1］如表1所示。

表1　自然对流常数C和n的取值

3）自然对流散热工况计算。该油浸式电主变压器型号为SZ11-16000/35，额定容量为16 MVA，冷却方式为ONAN（内部油自然对流冷却方式），将来自于该油浸式电力变压器产品合格证明书及现场测试出来的相关数值代入相关公式，计算结果如表2所示。

表2　自然对流散热工况计算表

4）自然对流工况分析。通过比较，发现自然对流工况下变压器散热量为27.73 kW，小于变压器总损耗（总产热量）44.35 kW，无法满足散热要求，变压器温度会越来越高，势必会影响变压器的正常运行，存在较大安全隐患。

3　变压器强制对流风冷散热工况传热分析

1）变压器强制对流散热量Qf。

强制对流传热湍流时，计算公式与自然对流大体相同，不同的是努塞尔数［1］：

其中，Re为雷诺数，

其中，u为平均风速，m/s；v为空气运动粘度系数，m2/s。

2）强制对流散热工况计算。

通过试算发现，当平均风速为5 m/s时，强制对流能够满足变压器散热的要求，结果如表3所示。

表3　强制对流散热工况计算表

3）对强制对流时方式若采用努塞尔数Nuf= CRen［2］（其中，常数C和n的取值如表4所示）进行试算发现，在平均风速不小于5 m/s时，计算结果与式（7）有较好的吻合，这样更加证明了前面计算的正确性。

表4　空气外掠平板对流换热常数C，n

4　结语

1）变压器的散热方式主要有辐射散热和对流散热，笔者按照上述条件进行计算发现，辐射散热方式单位面积的散热量较为可观，为0.20 kW/m2，而自然对流方式单位面积的散热量才为0.12 kW/m2，所以在自然对流工况时，在允许的情况下加大辐射散热表面积有较好的效果。但是，当处于强制对流传热湍流状态时，采用加大平均风速效果更好。

2）采用自然风冷的变压器在自然散热满足不了要求时，进行强制风冷改造是比较经济及有效的一种方式，只须选取合适的风机即可。

参考文献：

［1］杨世铭，陶文铨.传热学［M］.第4版.北京：高等教育出版社，2006.

［2］王补宣.动力工程师手册［M］.北京：机械工业出版社，1999.

The main power transformer’s calculation analysis of heat dissipation for cement plant and heat dissipation transformation’s study

Wu Xiaoyong
（Fujian College of Water Conservancy and Electric Power，Yong’an 366000，China）

Abstract：Combining with the major transformer heat dissipation engineering example of the cement plant in Yong’an city of Fujian province，the paper introduces total thermal computation formula of the transformer in operation.Through analyzing the heat transfer of the transformer under natural convection heat dissipation and forced convection heat dissipation，it points out that：strengthening the transformer heat dissipation will be economic and effective by applying forced convection method.

Key words：transformer，heat dissipation amount，natural convection heat dissipation，forced convection heat dissipation

中图分类号：TU852

文献标识码：A

文章编号：1009-6825（2016）06-0112-02

收稿日期：2015-12-14

作者简介：吴小勇（1985-），男，硕士，助教