[发明专利]斜肩式变压器片式散热器

说明书

技术领域

本发明属于变压器散热器领域。

背景技术

国内使用的变压器片式散热器主要依据“JB5347-1999变压器用片式散热器”标准要求生产，单片外形如图1a和图1b所示，片扇高度、片扇宽度要符合标准要求。以下简称普通型变压器片式散热器。

随着科技进步和国民经济飞速发展，人们在生活生产当中对能源的需求逐渐增加，尤其是对电能的需求日益剧增，因此电力系统逐步向大容量、大电网、特高压方向发展。变压器是电力系统中重要的电气设备之一，其可将高电压和大电流转变成另一种或几种同频率的不同电压和电流。当变压器运行时，由于电阻和磁阻的存在，铁心、线圈和钢结构均要产生损耗，此损耗变为热能，造成变压器发热和温度上升。随着变压器容量的提高，变压器过热的问题亦越来越突出。变压器温度过高不仅致使输电损耗加大，而且造成变压器绝缘材料的绝缘电阻下降，加速绝缘材料老化，引发局部放电，导致输出容量大大地低于额定容量，降低变压器的效率，缩短变压器的使用寿命。由于变压器的安全运行直接影响到整个电力系统的安全可靠性，因此随着输电距离和输送容量的加大，以及变压器数量的增多，电力系统要求变压器不仅性能好、技术指标和经济指标先进，而且还要保证变压器运行安全、可靠。由此可见，变压器的冷却问题对保证电力系统的安全运行非常重要。现今变压器的冷却主要使用片式散热器，其要受到变压器周围空间限制，因此如何提高其散热能力，加快变压器的冷却速度和效率，延长变压器的使用寿命是工程中急需解决的问题。

近些年，国内外研究人员主要围绕变压器内部及变压器的冷却系统开展热特性分析。

在国外，Swift G. 使用简单的等效电路表示变压器内热流动方程。Radakovic Z. 通过计算求出变压器中最热点温度，并对变压器油箱的模型进行改进。Reddy使用有限元模型计算风冷变压器中的涡流损失，并建立等效电路表示热模型。Faiz J.使用ANSYS软件计算变压器损耗和绕组中温度场分布，计算中设定绕组中的油温不变，而且该模型仅对单层绕组进行建模。M.A. Taghikhani基于传热理论，采用有限元方法，仿真模拟出变压器绕组内温度场分布。R. Hosseinia建模计算变压器绕组及其绝热系统的热特性，确定变压器冷却系统影响因素；对建立几个冷却系统方案进行比较分析，研究不同几何参数对变压器绕组的冷却过程的影响效果；同时求出变压器热点位置和热损失大小。

在国内，1999年沈阳变压器研究所的陆万烈对“热模拟”原理间接测量变压器绕组温度进行误差分析，提出消除“热模拟”误差的方法。2001年沈阳变压器责任有限公司的汤焱用控制容积法对变压器绕组的流场和温度场进行仿真计算，并利用实验方法对变压器绕组仿真模型进行验证，结果表明仿真结果与实验结果基本相符。2003年大连理工大学的丛龙飞对油浸风冷三相变压器的三维非稳态温度场进行数学模拟，建立了其参数辨识的优化算法，并证明油浸风冷变压器参数识别模型CP算法及软件正确。2010年重庆大学的梁亚峰对油浸式变压器的热行为进行分析，分别研究电力变压器内部损耗机理，以及油浸式电力变压器的不同冷却方式和温升变化，分析变压器的绕组、铁芯和变压器油的升温和降温特性曲线。同时在搭建的变压器温升试验平台上对变压器绕组的温度分布进行测量，得到了变压器内部的温度与时间、纵向高度之间的关系曲线。最后基于数值模拟计算方法，通过仿真计算了变压器内部温度场，得出绕组沿纵向高度变化的温度特性，并提出绕组热点定位方法，进而应用实验方法进行验证。

近些年，河北工业大学在变压器的温度场和冷却结构集中开展研究，并取得了一系列成果。2005年韩鹏针对大型自然油循环导向冷却结构变压器进行换热特性分析，完成了大型自然油循环导向冷却方式变压器的油流分布和绕组温度场计算。同时采用仿真计算建立线圈最热点求解方法，分别确定从线圈底部进入线圈的油流入口油温。通过变压器热负荷与油流带出热量的平衡关系求出油流量，进而对线圈油流分布进行数值计算，得出油流阻力分布。利用实验模型和结果对理论计算结果的油流分布和温度场分布进行检验，证明二者吻合良好。2006年苏丽娜对大型自然油循环导向冷却结构变压器的发热冷却及流动换热的基本现象和原理进行分析，进而针对使用片式散热器的自然油循环导向结构变压器，建立各部分温升计算数学模型，通过对变压器发热冷却原理进行分析和数值模拟，编制了一个计算大型自然油导向结构变压器平均油温升、顶油温升、平均绕组温升的计算软件该软件，可以计算此类变压器在自冷和风冷两种情况下的温升值，并对影响温升的各种因素进行了分析。