【摘要】 本文对500KV，1000MVA大容量主变压器冷却方式进行了技术经济比较，从设备制造水平、运行情况、生产业绩、占地面积、技术经济等方面对主变压器采用自然油循环风冷（ONAF）及强迫油循环油风冷（OFAF/ODAF）方式进行主变冷却方式的选择分析和探讨。
【关键词】变电站设计、大容量变压器、冷却方式
1、前言
主变压器冷却方式通常主要有强油导向风冷（ODAF）、强油风冷（OFAF）、自然油循环风冷（ONAF）及全自冷(ONAN)四种方式。对于1000MVA大容量三相一体变压器全自冷(ONAN)方式，当变压器负荷大于70％时，无法实现，因此不考虑采用该冷却方式。国内变压器行业技术实力较强的制造企业有保定天威变压器有限公司、特变电工沈阳变压器有限公司、西安西电变压器有限公司、常州东芝变压器有限公司、重庆ABB变压器有限公司等。他
们生产的变压器技术性能指标目前已达到国际先进水平，性能可靠、节能环保。因此，在这主要对上述国内主要变压器制造公司的主变压器冷却方式进行分析探讨。
2、主变压器冷却方式比较
2.1 主变压器冷却方式概述
强迫油循环油风冷方式分为强油导向风冷（ODAF）冷却方式及强油风冷（OFAF）方式。强油导向风冷（ODAF）冷却方式，通过冷却器潜油泵驱动经过冷却的变压器油进入变压器油箱后，再经过密封的导油设施将油导入器身下部（绕组下方），再通过器身的内部结构将油分配导入到各绕组中。变压器线圈及铁心中热油上升后经过油箱上部的导油管进入油箱外部的冷却系统形成循环冷却。强油风冷（OFAF）方式，通过冷却器油泵驱动经过冷却的变压器油进入变压器箱体底部。再通过器身的内部结构将底部温度底的油分配导入到各绕组中。变压器线圈及铁心中热油上升后经过油箱上部的导油管进入油箱外部的冷却系统形成循环冷却。
自然油循环风冷（ONAF）方式，即由变压器线圈及铁心中热油上升，油箱壁上或散热器
中冷油下降而形成循环冷却，通过配以片式散热器与相应的吹风装置进一步加强散热能力予以实现。
上述大容量主变压器不同冷却方式的优缺点如表1所示：
表1 大容量主变压器三种冷却方式优缺点比较
大容量主变压器冷却方式 | 优点 | 缺点 |
强油导向风冷（ODAF）冷却方式 | 依靠潜油泵驱动油流，在变压器外部循环时油阻小，克服管路上的油阻能力强，在变压器内部将油导入器身下部（绕组下方），冷却效率高。 | 密封的导油设施将油导入器身下部（绕组下方），如果油流速度高时，绕组中有可能出现油流带电现象。可通过选用低速泵降低油流速度来解决。 |
续表1
强油风冷（OFAF）方式 | 依靠潜油泵驱动油流，在变压器外部循环时油阻小，克服管路上的油阻能力强，冷却效率高。没有密封的导油设施，不会出现油流带电现象。 | --- |
自然油循环风冷（ONAF）方式 | 依靠油温差自动驱动油流，油流速度较低，可有效避免油流带电现象的出现，运行可靠、维护简单易行。 | 为取得散热效果，往往需要增加散热片和加长油管路，带来散热效率较低。 |
2.2 主变压器冷却方式技术比较
2.2.1 主变压器冷却方式的基本应用情况
目前国内特高压交直流变压器均采用强迫油循环风冷方式。国内700MVA以上大容量变压器冷却方式主要采用强迫油循环风冷方式。国内各主要变压器生产商大容量700MVA及以上变压器冷却方式的应用情况如表2所示：
表2 700MVA及以上大容量变压器不同冷却方式主变台数比较表（单位 台）
项目 | 西变 | 天威保变 | 沈变 | 常州东芝 | 重庆ABB |
自然油循环 风冷方式 | --- | --- | --- | 1 | 3 |
强油循环风冷方式 | 42 | 47 | 24 | 54 | 22 |
700MVA及以上大容量变压器业绩统计分析，采用自然油循环风冷方式的变压器比例仅占上述大容量变压器（共154台）的2.59％，其余均采用强迫油循环风冷方式。
2.2.2 主变压器不同冷却方式占地面积比较
自然油循环风冷方式需采用大量的散热器，主变压器外形尺寸比强油循环风冷方式大（如图1-图2）。总平布置纵向尺寸比强迫油循环风冷方式需增加3～6米，变电站占地面积需增加6*197=1182m2，约1.7亩。按每亩12万征地费计，征地费增加约21万元。
2.2.3 汽车油箱容量主变压器不同冷却方式与智能化变电站协调方面
自然油循环风冷方式的散热器风扇及强迫油循环风冷方式的冷却器均采用智能控制。自然油循环风冷方式没有冷却器，没有潜油泵，有风扇。强迫油循环风冷方式有冷却器，有潜油泵，有风扇，如长春南为无人值班智能变电站，采用自然油循环风冷方式没有潜油泵，变压器运行维护工作量比强迫油循环风冷方式小。
智能化变电站对变压器二次设备智能化要求高，智能控制柜、在线监测装置的集成采购等对变压器厂的配合需求高。采用强迫油循环风冷方式，各制造厂均有大容量变压器采用强迫油循环风冷方式制造业绩，设备招标时较易评选出理想的智能化变压器生产企业。
图1 1000MVA/500kV强油循环风冷主变压器
图2 1000MVA/500kV自然油循环风冷主变压器
2.2.4 主变压器不同冷却方式用电负荷比较
经调研，冷却方式采用自然油循环风冷，各制造厂提供的片式散热器数量在54至72组之间，风扇数量在18至60组之间。而强迫油循环风冷方式所需冷却器仅在（5+1）至（6+1）组之间。
采用自然油循环风冷方式在70％负荷以下时可不开启风扇，满负荷时需开启60组风扇，每个功率需0.4KW，共24KW。强迫油循环风冷方式在0～30％、31～50%、51～70%负荷时需对应主变不同负荷分别开启1、2、3组冷却器。在低负荷时最少要开1组，在满负荷时需开启6组冷却器，每组冷却器功率（含潜油泵）需7.5 KW，共45KW。两种冷却方式主变压器满负荷运行时冷却系统功率相差21 KW。
2.2.5 主变压器不同冷却方式设备费用比较
经调研，散热器每组费用需1.1万元、风扇每个费用需0.2万元、冷却器每组费用需7.2万元，如按片式散热器72组，风扇60个，冷却器7组进行比较，采用自然油循环风冷的冷却
系统设备费为：1.1×72＋0.2×60=91.2万元，采用强油循环风冷的冷却系统设备费为：7.2×7=50.4万元。采用自然油循环风冷方式要高约40.8万元/台。
3 主变压器不同冷却方式技术经济比较
采用自然油循环风冷方式的优点是没有潜油泵、运行维护工作量较小，与智能化变电站少维护的理念较一致。冷却系统用电负荷低。不足之处是大容量变压器需要安装散热器组多、散热效率较低、热点温升水平比强迫油循环风冷方式高、运行业绩少、占地面积大、冷却系统设备费用高，散热器组多，渗漏点多，如果出现漏油更换困难。
采用强迫油循环风冷方式的优点是技术成熟、运行业绩多（占大容量变压器的97.41％，占特高压变压器的100％），占地面积小、散热效率较高、冷却系统设备费用低。低压及中压绕组热点温升水平分别比自然油循环风冷方式低7k及3k。可以延长变压器的寿命以及提高运行可靠性。该冷却方式有备用冷却器，某一台冷却器故障时可以启动备用冷却器，潜油泵在冷却器下部更换方便。不足之处是有潜油泵、冷却系统用电负荷高。潜油泵需定期检修，检修周期与变压器相同。潜油泵轴承约5年需更换一次，运行维护工作比自然油循环风冷方式稍多一些。如果用户担心潜油泵的质量，可以通过订购高质量潜油泵（如进口泵）
来减少潜油泵故障的可能性。
另外，对智能化变压器生产企业选择方面，各制造厂均有大容量变压器采用强迫油循环风冷方式制造业绩，只有个别厂家有大容量变压器采用自然油循环风冷方式制造业绩，采用强迫油循环风冷方式设备招标时较易评选出理想的智能化变压器生产企业。
两种冷却方式技术经济比较表详见表3：
表3 700MVA及以上大容量变压器冷却方式比较表
比较项目 | 强迫油循环风冷方式 | 自然油循环风冷方式 |
冷却效率 | 高 | 低 |
热点温升水平 | 低 | 稍高 |
在大容量变压器中应用情况 | 有150台采用，占大容量变压器的97.41％，占特高压变压器的100％。 | 有4台采用，占大容量变压器的2.59％。 |
冷却系统运行维护工作量 | 少 | 更少 |
冷却系统故障时维护工作量 | 有备用冷却器，潜油泵更换方便。 | 散热器组多，存在的可能渗漏点多，如果出现漏油更换困难 |
设备数量 | 冷却器（含潜油泵）数量在5至6组之间。 | 片式散热器数量在54至72组之间，风扇数量在24至60组之间 |
续表3
设备单价 | 冷却器：7.2万元/组 | 片式散热器：1.1万元/组 风扇： 0.2万元/个 |
冷却系统设备费（万元） | 7.2 X7＝50.4 | 1.1 X72+60 X0.2＝91.2 |
占地面积（m2） | 基准值 | 基准值＋1182 |
征地费（万元） | 基准值 | 基准值＋19.84 |
主变满负荷运行方式下，冷却系统消耗功率 | 7.5 X6＝45 KW | 0.4X60＝24 KW |
智能化变压器生产企业选择方面 | 各制造厂均有大容量变压器采用强迫油循环风冷方式制造业绩，设备招标时较易评选出理想的智能化变压器生产企业。 | 设备招标时不易选择理想的智能化变压器生产企业。 |
4 结论
虽然变压器强迫油循环风冷方式采用了潜油泵，会增加一些维护工作量，但是该方式技术成熟、运行业绩多，占大容量变压器的97.41％，占特高压变压器的100％，且占地面积小、散热效率高、冷却系统设备费用低；更重要的，采用该方式后变压器绕组热点温升水平比自然油循环风冷方式降低许多，大大降低了绝缘老化的速度，可以延长变压器的寿命以及提高运行可靠性。该冷却方式设有备用冷却器，当某一台冷却器故障时还可以启动备用冷却器、不会影响变压器的正常运行，而且潜油泵独立布置于冷却器下部、即使损坏更换也十分方便。目前，无论是国内还是国外的潜油泵质量均较为可靠，如果用户担心潜油泵的可靠性，也可以通过订购高质量的潜油泵（如进口泵）来减少潜油泵故障的可能性。各制造厂均有大容量变压器采用强迫油循环风冷方式制造业绩，设备招标时较易评选出理想的智能化变压器生产企业。
自然油循环风冷方式虽然维护工作量略少，且各变压器制造公司均表示可以生产该冷却方式的变压器，但是存在采用该方式运行的大容量主变压器运行业绩极少、运行经验少；变压器散热效率较低、绕组热点温升水平比强迫油循环风冷方式稍高、散热器组多、漏油概
率高，占地面积大等缺点。只有个别厂家有大容量变压器采用自然油循环风冷方式制造业绩，设备招标时不易选择理想的智能化变压器生产企业。
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