油浸式变压器的冷却与油流

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1、油浸式变压器的冷却与油流1油浸式变压器的冷却原理分析通常，油浸式变压器内部的冷却介质为矿物油，外部冷却介质为空气或者是水。根据国家标准‘电力变压器温升GB1094.2-1996’的规定，油浸式变压器外部冷却介质为空气时的冷却方式如表1所示。同时，表1中也指出了变压器的绕组中冷却介质（变压器油）的流动状态。表1外部冷却介质为空气的油浸式变压器冷却方式与绕组中的油流冷却方式标志符号绕组中变压器油的流动状态油浸自冷ONAN绕组中的变压器油按自然对流方式流动油浸风冷ONAF同上强迫油循环风冷OFAF绕组中的变压器油按自然对流方式流动强迫油循环导向

2、冷却ODAF绕组中的变压器油为强迫导向流动在油浸自冷（ONAN）或油浸风冷（ONAF）的冷却方式中，由于变压器油在整个油路系统中为自然对流循环流动，通常称为ON冷却方式。在ON冷却方式下，作为变压器冷却介质的变压器油，在变压器闭合的油路系统中通过油的浮力、重力的变化而对流循环流动。即在变压器油箱内部，被变压器油所包围的发热元件（例如绕组与铁心等）加热了周围的变压器油，受热的变压器油密度变小而形成浮力向上浮动，下部温度较低的油随之取代了上浮的油，使变压器油在变压器绕组及铁心等发热元件中自下而上的流动。发热元件表面热流密度较大的地方，其油的流

3、动速度也将自然加快。热油至油箱顶部流入散热器，热油在散热器中将从变压器绕组等发热元件中带出的热量通过散热元件的外表面散失在周围空气中而使油的温度降低、比重变大，在重力作用下向下流动，又重新回流到变压器的油箱下部，从而形成了变压器油在其封闭的油路系统中自然对流循环流动。变压器油的密度与其温度的关系可以用（1-1）式表示。（1-1）式中—变压器油的温度，；—变压器油温度为0C时的变压器油密度，；—变压器油温度为00C时的变压器油密度，；—变压器油温度为00C时的变压器油受热体积膨胀系数，。相似地，变压器油的比重与其温度的关系也可以用（1-2）

4、式表示。（1-2）式中—变压器油温度为0C时的变压器油比重，；—变压器油温度为00C时的变压器油比重，；其余符号意义见（1-1）式。由（1-1）式和（1-2）式可见，两者均随温度上升而下降。因此，在ON冷却方式的变压器中，器身中（绕组与铁心等发热元件中）的变压器油受热后向上流动，散热器中的变压器油冷却后向下流动。众所周知，容量较小的变压器通常采用油浸自冷（ONAN）的冷却方式，变压器油在变压器的封闭油路系统中流动状况如图1-1所示。在油箱内部，油主要在变压器器身的发热元件中向上流动。在绕组与油箱壁之间的空间内，一方面是由于热流密度很小，而

5、且油箱壁也有一定的散热能力，另一方面是这个空间的截面积很大，因此这个空间内的变压器油流动速度非常缓慢。图1-1油浸自冷（ONAN）式变压器的冷却原理示意图图1-1的右侧，用直角坐标示出了变压器油的温度与其几何高度的关系曲线，图中A、B、C、D各点与左图中相应点对应。在A点油进入绕组等发热元件下部并在绕组的高度区域被连续加热，油的密度连续降低并逐步增大向上的浮力而向上流动，至B点处热油离开绕组。热油经由B与C之间的一段路径流入散热器，热油在这段路径中几乎不被冷却，只是在几何高度上有所增加。热油在散热器中从C到D的路径上，变压器油从绕组等发热

6、元件中带出的热量通过散热器逐步散失在周围空气中而被冷却，油的比重逐渐增加而在重力作用下向下流动，而后经由D与A之间的一段路径从D点回流到A点重新进入绕组等发热元件。如此循环往复，使变压器油在变压器的封闭油路系统中对流循环流动。图1-1中，温差是在散热器中逐渐冷却的变压器油与散热器周围被加热的空气之间的对数平均温差，通常称其为油对空气的平均温升；温差是变压器油进入绕组与离开绕组的温差，也就是变压器油在绕组高度区域被加热的温升值；温差是变压器油进入散热器与离开散热器的温差，一般认为它与相等。换句话说，根据热平衡原理，在最终的稳定状态下，封闭系

7、统中的变压器油在器身中被发热元件加热的温度必然等于变压器油在散热器中被冷却的温度，从而达到变压器在稳态运行情况下发热与散热的平衡。也就是说，在变压器稳态运行时，在封闭的发热与冷却油路系统中流动的变压器油，沿变压器的油循环系统几何高度的温度分布曲线（即图中右侧的-关系曲线）成为封闭曲线。与此同时，散热器除了辐射散热外，包围散热器的空气被散热器所加热也自下而上的对流循环流动，即散热器下部的空气以环境温度进入散热器区域，沿着散热器的高度被逐步加热而从散热器上部流出散热器区域。沿着散热器高度的空气温度的变化规律如图4-1的-关系曲线中的变化曲线所

8、示。此外，调整散热器的安装高度，可以改变整个油循环回路的浮力，改变油的自然热对流循环的流动速度。图1-2油浸自冷式变压器散热器安装高度抬高的冷却原理示意图图1-2表示将散热器的安装高度提高，可