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摘 要：文章分析了110 kV变压器风机由侧吹式改为底吹式安装方式的散热特点，通过计算和试验，确定了散热器内的风速及风机风量，研制了低噪声风机和温控变频调速装置，并在西安供电局进行应用。现场应用表明，研制成果显著提高了风机效率，降低了风机噪声，具有良好的社会经济效益。
关键词：变压器；风机；降噪；变频调速
中图分类号：TM407 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2016）23-0087-03
1 概 述
110 kV变电站数目众多，随着城镇化进程的加快，与居民区的距离越来越近，变电站噪声扰民问题越来越突出。变压器风机的噪声过大是噪声扰民的主要原因之一。
变压器冷风机以前常用侧吹式安装，由于冷却风向与热空气的流动方向垂直，散热效果较差，为满足散热要求，风机风量较大，噪声也较大。风机改为底吹式安装后，冷却风向与热空气的方向一致，都是自下而上通过散热器，提高了散热效果，减小了所需风量，从而降低了冷风机的噪声。
110 kV变压器额定容量31 500～50 000 kVA。50 000 kVA变压器，如图1所示，油箱两侧各装有六组散热器，每组由24片宽520 mm、高2 000 mm的散热片组成。改造前，两侧各装三台侧吹式风机；改造后，每两组散热器配一台底吹式风机，两侧各装三台，共六台风机。
2 散热计算
变压器的散热方式主要包括辐射换热和对流换热，对流换热包括自然对流和强制对流换热。当负载较小、气温较低时，冷风机关停，散热方式为辐射和自然对流换热。
2.1 辐射换热
3 散热器内空气流速及风机风量的确定
风机风量指经过叶轮的风量，即叶轮出口面积乘以该处的平均风速。当气流从风机出口截面流向散热器时，由于与周围静止空气不断发生质量和动量交换，带动周围空气流动，使风量和横断面积增大，流速下降。由于散热器是开放式的，一部分气流在散热器外流动，因此，根据散热片之间的空气流动速度无法计算出风机的流量。研究中，采用图2所示的试验方法，先根据经验，选取安装试验风机6台，调节风机转速，采用风速仪测得不同高度处散热片间的风速，当平均风速达到以上散热计算中的要求时，再测出风机风量，由此参数进行低噪声风机设计。开发出新型低噪声风机后，再按照该试验方法，安装测试。散热器风速试验装置示意图，如图2所示，改造前后的试验结果，见表1。
4 温控变频调速装置的研制
风机设计参数是根据高温天气、变压器大负荷运行时的散热要求选取的。然而变压器一年中大多数时间并不工作在大负荷和高温天气，即使在同一天的不同时间段，变压器负荷和气温也不同。传统的变压器冷却风机采用定速运行方式，在气温和负荷较低时存在电能浪费、启停次数多等缺陷，本项目增设了温控变频调速装置，可以根据变压器运行中顶层油温的变化，调节风机的工作转速，有利于节能、降噪和延长风机的使用寿命。
使用热电阻测量变压器上层的油温，经温度智能表转换为4～20 mA的模拟量信号送到变频器，控制变频器的频率输出，从而自动控制风机运行的转速，变频器的频率控制设定为：当变压器上层油温低于45 ℃时，变频器输出频率为零，风机停运；当变压器上层油温高于60 ℃时变频器输出频率为50 Hz，风机全速运行；当变压器上层油温在45 ～60 ℃之间时，变频器输出频率为0～50 Hz，频率与油温成线性变化，风机工作于变速运行。
为了进一步保证系统运行的可靠性，系统设置了变频器故障时的旁路方式（手动控制定速运行方式）。正常运行时应投入电源开关并断开旁路开关，系统处于自动控制变频方式，当变频器故障或希望风机始终工作于定速方式时，应断开电源开关，然后利用旁路开关的投/退，可控制风机的全速运行或停止，使系统处于手动控制定速运行方式。
5 应用情况
根据表1的计算结果，研制了6台低噪声轴流风机和温控变频调速装置，按照图1所示的方式安装在西安供电局雁塔变电站1号主变压器上，风机采用底吹式安装。经西安供电局现场测试，风机全速运行时，改造后变压器总体噪声降低12 dB（A）。经过一年来的使用，变压器及风机运行平稳，满足散热要求。改造前后变压器及风机噪声测试结果，见表2。
6 结 语
①变压器风机采用底吹式安装，提高了散热效果，减小了所需风量，从而降低了风机噪声。
②采用温控变频调速装置，有利于风机节能、降噪和延长使用寿命。
③散热器内的风速是计算散热量的关键参数，取决于风机的风量。但是，由于散热器内空气运动极为复杂，技术改造前后，都必须通过试验，确定风机流量及散热器内的风速，确保满足变压器的散热要求。
④由于变压器的散热与负载、气温、风机的安装方式、散热器的结构和使用环境等因素有关，对不同变电站的变压器散热问题，需要进行具体的计算分析和试验研究。
参考文献：
[1] 黄伦，武兴民，张燕涛.风冷式电力变压器散热计算的探讨[J].陕西电力，
2007，（1）：50-52.
[2] 杨世铭，陶文铨.传热学[M].北京：高等教育出版社，1998.
关键词：变压器；风机；降噪；变频调速
中图分类号：TM407 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2016）23-0087-03
1 概 述
110 kV变电站数目众多，随着城镇化进程的加快，与居民区的距离越来越近，变电站噪声扰民问题越来越突出。变压器风机的噪声过大是噪声扰民的主要原因之一。
变压器冷风机以前常用侧吹式安装，由于冷却风向与热空气的流动方向垂直，散热效果较差，为满足散热要求，风机风量较大，噪声也较大。风机改为底吹式安装后，冷却风向与热空气的方向一致，都是自下而上通过散热器，提高了散热效果，减小了所需风量，从而降低了冷风机的噪声。
110 kV变压器额定容量31 500～50 000 kVA。50 000 kVA变压器，如图1所示，油箱两侧各装有六组散热器，每组由24片宽520 mm、高2 000 mm的散热片组成。改造前，两侧各装三台侧吹式风机；改造后，每两组散热器配一台底吹式风机，两侧各装三台，共六台风机。
2 散热计算
变压器的散热方式主要包括辐射换热和对流换热，对流换热包括自然对流和强制对流换热。当负载较小、气温较低时，冷风机关停，散热方式为辐射和自然对流换热。
2.1 辐射换热
3 散热器内空气流速及风机风量的确定
风机风量指经过叶轮的风量，即叶轮出口面积乘以该处的平均风速。当气流从风机出口截面流向散热器时，由于与周围静止空气不断发生质量和动量交换，带动周围空气流动，使风量和横断面积增大，流速下降。由于散热器是开放式的，一部分气流在散热器外流动，因此，根据散热片之间的空气流动速度无法计算出风机的流量。研究中，采用图2所示的试验方法，先根据经验，选取安装试验风机6台，调节风机转速，采用风速仪测得不同高度处散热片间的风速，当平均风速达到以上散热计算中的要求时，再测出风机风量，由此参数进行低噪声风机设计。开发出新型低噪声风机后，再按照该试验方法，安装测试。散热器风速试验装置示意图，如图2所示，改造前后的试验结果，见表1。
4 温控变频调速装置的研制
风机设计参数是根据高温天气、变压器大负荷运行时的散热要求选取的。然而变压器一年中大多数时间并不工作在大负荷和高温天气，即使在同一天的不同时间段，变压器负荷和气温也不同。传统的变压器冷却风机采用定速运行方式，在气温和负荷较低时存在电能浪费、启停次数多等缺陷，本项目增设了温控变频调速装置，可以根据变压器运行中顶层油温的变化，调节风机的工作转速，有利于节能、降噪和延长风机的使用寿命。
使用热电阻测量变压器上层的油温，经温度智能表转换为4～20 mA的模拟量信号送到变频器，控制变频器的频率输出，从而自动控制风机运行的转速，变频器的频率控制设定为：当变压器上层油温低于45 ℃时，变频器输出频率为零，风机停运；当变压器上层油温高于60 ℃时变频器输出频率为50 Hz，风机全速运行；当变压器上层油温在45 ～60 ℃之间时，变频器输出频率为0～50 Hz，频率与油温成线性变化，风机工作于变速运行。
为了进一步保证系统运行的可靠性，系统设置了变频器故障时的旁路方式（手动控制定速运行方式）。正常运行时应投入电源开关并断开旁路开关，系统处于自动控制变频方式，当变频器故障或希望风机始终工作于定速方式时，应断开电源开关，然后利用旁路开关的投/退，可控制风机的全速运行或停止，使系统处于手动控制定速运行方式。
5 应用情况
根据表1的计算结果，研制了6台低噪声轴流风机和温控变频调速装置，按照图1所示的方式安装在西安供电局雁塔变电站1号主变压器上，风机采用底吹式安装。经西安供电局现场测试，风机全速运行时，改造后变压器总体噪声降低12 dB（A）。经过一年来的使用，变压器及风机运行平稳，满足散热要求。改造前后变压器及风机噪声测试结果，见表2。
6 结 语
①变压器风机采用底吹式安装，提高了散热效果，减小了所需风量，从而降低了风机噪声。
②采用温控变频调速装置，有利于风机节能、降噪和延长使用寿命。
③散热器内的风速是计算散热量的关键参数，取决于风机的风量。但是，由于散热器内空气运动极为复杂，技术改造前后，都必须通过试验，确定风机流量及散热器内的风速，确保满足变压器的散热要求。
④由于变压器的散热与负载、气温、风机的安装方式、散热器的结构和使用环境等因素有关，对不同变电站的变压器散热问题，需要进行具体的计算分析和试验研究。
参考文献：
[1] 黄伦，武兴民，张燕涛.风冷式电力变压器散热计算的探讨[J].陕西电力，
2007，（1）：50-52.
[2] 杨世铭，陶文铨.传热学[M].北京：高等教育出版社，1998.