一种防火防爆油浸式配电变压器结构优化方法

1.本发明涉及变压器设计技术领域，具体涉及一种防火防爆油浸式配电变压器结构优化方法。


背景技术：

2.配电变压器在配电系统中承担着电压变换、电能分配的重要任务，其安全可靠运行对保障配电系统的稳定至关重要。油浸式配电变压器结构合理、性能优良，被广泛应用于城乡、工矿企业电网。目前，油浸式配电变压器多采用矿物绝缘油和纤维素绝缘纸组成的常规绝缘系统，其防火防爆能力较差，过载过热导致的燃烧及爆炸等事故频繁发生，已不能满足安全生产运营的需要。
3.与矿物绝缘油相比，天然酯绝缘油闪点高于300℃，而矿物绝缘油闪点低于170℃；天然酯绝缘油燃点高于350℃，而矿物绝缘油燃点低于185℃。天然酯绝缘油闪点和燃点均远高于矿物绝缘油，满足难燃油标准，防火防爆性能好，适用于防火防爆油浸式配电变压器。但天然酯绝缘油的粘度一般大于34mm2.s-1，矿物绝缘油粘度一般为14mm2.s-1，天然酯绝缘油流动性差。高粘度低流动性的天然酯绝缘油传热散热能力差，不利于配电变压器绕组散热，限制此类变压器防火防爆性能的进一步提升，需要采取措施进行弥补。因此，针对此类防火防爆油浸式配电变压器进行结构优化成为本领域技术人员的研究重点。
4.现有技术中，例如申请号为201420389663.2的一种基于高燃点植物油的环保型油浸式配电变压器对变压器结构进行了改进，其将绕组间轴向油道厚度和绕组进出油口的油道内径比现有同容量矿物绝缘油标准油浸式配电变压器加大30%以上（即将绕组间油道厚度由现有3mm增加至5mm），并设置散热器进出油口内径比现有采用传统矿物绝缘油的相同容量等级的标准油浸式配电变压器加大30%以上的内同向和外单向波纹散热器结构的自然冷却循环系统。
5.但是，配电变压器作为一种感应电机，完全依靠绕组间电磁感应原理工作，磁路的磁阻大小是影响其运行效率的重要因素之一，增大绕组间油道厚度在便利绝缘油绕组间流动的同时，也增加了变压器绕组与铁芯之间的间隙，大大增加了主磁路磁阻，削弱变压器主磁通，增加漏磁通损耗，不利于变压器高效运行；而增加散热器进出油口内径至30%以上在控制绝缘油高粘度影响的同时，大幅增加了散热器内部绝缘油容量，造成变压器需油量增加，且和外界大气直接接触的散热面积与传统变压器相比几乎一致，散热性能仍显不足。


技术实现要素：

6.针对上述问题，本发明提供一种防火防爆油浸式配电变压器结构优化方法,本发明采用下述的技术方案：一种防火防爆油浸式配电变压器结构优化方法，包括以下步骤：s1、将防火防爆油浸式配电变压器设置绕组间轴向绝缘油油道，油道宽度和进出油口的宽度与同容量矿物绝缘油标准油浸式配电变压器相比加大最多20%；
s2、将防火防爆油浸式配电变压器密封外壳外侧面上半部分按均匀垂直间隔设置竖向排布的平板热管，密封外壳外侧面下半部分按均匀垂直间隔设置竖向排布的钢制空心波浪形散热片；s3、将空心波浪形散热片与密封外壳连接处内部打通为绝缘油油道，将在同一侧安装的所有波浪形散热片称为一个散热片组；s4、在每一散热片组远离变压器密封外壳端连接平板薄型油箱，且每一平板薄型油箱与所在侧全部空心波浪形散热片的所有连接处内部均打通为绝缘油油道，油道口规格选择为和变压器密封外壳与波浪形散热片间油道口规格一致；s5、将防火防爆油浸式配电变压器密封外壳高度提升至高于同容量矿物绝缘油配电变压器10~20%，并将绕组中心点布置在变压器中位以下位置，增加变压器散热中心和发热中心的高度差。
7.进一步的，在所述步骤s1中，将所述油道壁和进出油口壁覆涂疏油性的涂层或薄漆面。
8.进一步的，在所述步骤s2中，靠近所述变压器密封外壳侧为平板热管蒸发端，远离变压器密封外壳侧为平板热管冷凝端。
9.进一步的，所述平板热管蒸发端穿过变压器密封外壳插入绝缘油中。
10.进一步的，所述平板热管冷凝端可自由安装铜或铝制的散热鳍片。
11.进一步的，在所述步骤s3中，所有波浪形散热片的内部油道和油道口口径均与同容量矿物绝缘油配电变压器相比增大最多10%。
12.进一步的，在所述步骤s3中，所有波浪形散热片的波动幅值不超过其内部绝缘油油道和油道口宽度的20%。
13.进一步的，在所述步骤s4中，所述平板薄型油箱厚度为0.8-1.5cm。
14.本发明的有益效果是：本发明提供一种防火防爆油浸式配电变压器结构优化方法包括：设置绝缘油油道疏油层、调整绝缘油油道宽度、增大油箱散热面积、扩大变压器内部垂直温差和增加变压器发热中心与散热中心高度差，通过上述方法能够提高防火防爆油浸式配电变压器散热性能并控制成本，具有广阔的应用前景。
附图说明
15.为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅涉及本发明的一些实施例，而非对本发明的限制。
16.图1为本发明防火防爆油浸式配电变压器密封外壳外侧面散热器侧视（a）、正视（b）和下视（c）图；图2为本发明传统油浸式配电变压器绕组间油道（a）和防火防爆油浸式配电变压器绕组间油道（b）优化对比图；图中：1-变压器密封外壳、2-平板热管、3-空心波浪形散热片、4-平板热管冷凝端、5-平板薄型油箱
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例的附图，对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
17.下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
18.如图1至图2所示，一种防火防爆油浸式配电变压器结构优化方法，包括以下步骤：s1、将防火防爆油浸式配电变压器设置绕组间轴向绝缘油油道，油道宽度和进出油口的宽度与同容量矿物绝缘油标准油浸式配电变压器相比加大最多20%；在所述油道壁和进出油口壁覆涂疏油性的涂层或薄漆面，可降低绝缘油和油道亲和力，使流动更为顺滑。
19.s2、将防火防爆油浸式配电变压器密封外壳1外侧面上半部分按均匀垂直间隔设置竖向排布的平板热管2，平板热管2利用介质相变原理进行高效导热，其热导性能超过金属，布置于防火防爆油浸式配电变压器上部能快速导出密封外壳内部热量（尤其是上层绝缘油的热量），有效降低绝缘油温度；密封外壳外侧面下半部分按均匀垂直间隔设置竖向排布的钢制空心波浪形散热片3，相比于业界传统外单向结构平板散热片能够显著增加散热片组与外界大气直接接触面积，提升散热性能；靠近所述变压器密封外壳侧为平板热管蒸发端，远离变压器密封外壳侧为平板热管冷凝端4；所述平板热管蒸发端穿过变压器密封外壳插入绝缘油中；所述平板热管冷凝端可自由安装铜或铝制的散热鳍片。
20.s3、将空心波浪形散热片与密封外壳连接处内部打通为绝缘油油道，将在同一侧安装的所有波浪形散热片称为一个散热片组；所有波浪形散热片的内部油道和油道口口径均与同容量矿物绝缘油配电变压器相比增大最多10%；所有波浪形散热片的波动幅值不超过其内部绝缘油油道和油道口宽度的20%。
21.s4、在每一散热片组远离变压器密封外壳端连接平板薄型油箱5，以进一步增加有效散热面积，所述平板薄型油箱厚度为0.8-1.5cm，且每一平板薄型油箱与所在侧全部空心波浪形散热片的所有连接处内部均打通为绝缘油油道，油道口规格选择为和变压器密封外壳与波浪形散热片间油道口规格一致。
22.s5、将防火防爆油浸式配电变压器密封外壳高度提升至高于同容量矿物绝缘油配电变压器10~20%，并将绕组中心点布置在变压器中位以下位置，增加变压器散热中心和发热中心的高度差，适当增加防火防爆油浸式配电变压器高度并将绕组靠下部布置可在增加发热中心和散热中心高度差的同时增加变压器外表散热面积，有助于增强其散热能力。
23.实施例基于上述一种防火防爆油浸式配电变压器结构优化方法，本发明提供了一种经过结构优化的防火防爆油浸式配电变压器，具体包括包覆变压器绕组的密封外壳，并且密封外壳的内部填充满浸泡变压器绕组的fr3绝缘油，密封外壳上安装有储存天然酯绝缘油的圆柱形储油箱，圆柱形储油箱通过连通管道与密封外壳连接，储油箱上安装有用于平衡变压器内外压强的呼吸器。防火防爆油浸式配电变压器密封外壳外侧面上半部分按均匀垂直间隔安装竖向排布的平板热管，靠近变压器密封外壳侧为热管蒸发端，远离变压器密封外壳侧为热管冷凝端，热管蒸发端穿过变压器密封外壳插入绝缘油中，安装有铜制散热鳍片的热管冷凝端与外界大气接触；密封外壳外侧面下半部分按均匀垂直间隔安装竖向排布的
由冷轧钢板冲压成型并焊接的空心波浪形散热片，散热片与密封外壳连接处内部打通设置绝缘油油道，将在同一侧安装的所有波浪形散热片称为一个散热片组，在每一散热片组远离变压器密封外壳端连接一厚度为0.8-1.5cm而长宽均与所在侧密封外壳侧板长半宽一致的平板薄型油箱，且每一平板薄型油箱与所在侧全部波浪形散热片的所有连接处均设置绝缘油油道，油道口规格选择为和变压器密封外壳与波浪形散热片间油道口规格一致；此外，所有波浪形散热片的内部油道和油道口口径与同容量矿物绝缘油标准油浸式配电变压器相比增大10%，并均涂有疏油性的纳米二氧化硅涂层。密封外壳的内部安装有变压器核心绕组，绕组间设置绝缘油油道，油道表面和进出油口涂有疏油性的纳米二氧化硅涂层，油道厚度与同容量矿物绝缘油标准油浸式配电变压器相比保持不变，油道宽度和绕组进、出油口的宽度比同容量矿物绝缘油标准油浸式配电变压器加大20%。
24.在相同过载倍数下，本实施例所述结构优化方法能有效降低防火防爆油浸式配电变压器内绝缘油流动阻力，提升绝缘油循环速率，实现导热、散热能力的提升，以更进一步增强防火防爆油浸式配电变压器的安全运行能力，并兼顾变压器高效率运行、保证核心绕组强度和节省绝缘油用量。
25.以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

技术特征：
1.一种防火防爆油浸式配电变压器结构优化方法，其特征在于，包括如下步骤：s1、将防火防爆油浸式配电变压器设置绕组间轴向绝缘油油道，油道宽度和进出油口的宽度与同容量矿物绝缘油标准油浸式配电变压器相比加大最多20%；s2、将防火防爆油浸式配电变压器密封外壳外侧面上半部分按均匀垂直间隔设置竖向排布的平板热管，密封外壳外侧面下半部分按均匀垂直间隔设置竖向排布的钢制空心波浪形散热片；s3、将空心波浪形散热片与密封外壳连接处内部打通为绝缘油油道，将在同一侧安装的所有波浪形散热片称为一个散热片组；s4、在每一散热片组远离变压器密封外壳端连接平板薄型油箱，且每一平板薄型油箱与所在侧全部空心波浪形散热片的所有连接处内部均打通为绝缘油油道，油道口规格选择为和变压器密封外壳与波浪形散热片间油道口规格一致；s5、将防火防爆油浸式配电变压器密封外壳高度提升至高于同容量矿物绝缘油配电变压器10~20%，并将绕组中心点布置在变压器中位以下位置，增加变压器散热中心和发热中心的高度差。2.根据权利要求1所述一种防火防爆油浸式配电变压器结构优化方法，其特征在于，在所述步骤s1中，将所述油道壁和进出油口壁覆涂疏油性的涂层或薄漆面。3.根据权利要求1所述一种防火防爆油浸式配电变压器结构优化方法，其特征在于，在所述步骤s2中，靠近所述变压器密封外壳侧为平板热管蒸发端，远离变压器密封外壳侧为平板热管冷凝端。4.根据权利要求3所述一种防火防爆油浸式配电变压器结构优化方法，其特征在于，所述平板热管蒸发端穿过变压器密封外壳插入绝缘油中。5.根据权利要求3所述一种防火防爆油浸式配电变压器结构优化方法，其特征在于，所述平板热管冷凝端可自由安装铜或铝制的散热鳍片。6.根据权利要求1所述一种防火防爆油浸式配电变压器结构优化方法，其特征在于，在所述步骤s3中，所有波浪形散热片的内部油道和油道口口径均与同容量矿物绝缘油配电变压器相比增大最多10%。7.根据权利要求1所述一种防火防爆油浸式配电变压器结构优化方法，其特征在于，在所述步骤s3中，所有波浪形散热片的波动幅值不超过其内部绝缘油油道和油道口宽度的20%。8.根据权利要求1所述一种防火防爆油浸式配电变压器结构优化方法，其特征在于，在所述步骤s4中，所述平板薄型油箱厚度为0.8-1.5cm。

技术总结
本发明属于电力变压器设计技术领域，公开了一种防火防爆油浸式配电变压器结构优化方法，本发明方法包括：设置绝缘油油道疏油层、调整绝缘油油道宽度、增大油箱散热面积、扩大变压器内部垂直温差和增加变压器发热中心与散热中心高度差，通过上述方法能够提高防火防爆油浸式配电变压器散热性能并控制成本，具有广阔的应用前景。阔的应用前景。阔的应用前景。


技术研发人员：张稼珵 任俊文 王梓 姜国庆 魏华超
受保护的技术使用者：四川大学
技术研发日：2023.05.22
技术公布日：2023/8/16