三相组合式蒸发冷却变压器在超高层建筑中的应用探讨

核心提示：本文介绍了一种采用氟碳化合物作为绝缘冷却介质的蒸发冷却变压器，并对这种新型变压器在超高层建筑中的应用进行了探讨，为今后在超高层建筑中设计使用变压器提供了一种全新的选择。　　顾名思义，超高层建筑的最显著特点就是建筑高度高，通常超过100米，同一般高层建筑相比，单体面积常多达几十万方米，而且大多为功能多样的综合性大楼（包括商业、办公、酒店等）。变压器作为超高层建筑用电的重要 电气设备应具备如下特征：
　　1、不燃、不爆、安全可靠；
　　2、高能效、绿色、环保；
　　3、运输、安装、维护、更换方便；

　　蒸发冷却变压器是一种采用氟碳化合物作为绝缘冷却介质的新型变压器，采用三项创新技术来满足上述要求，具有传统变压器不可比拟的优势，具体分述如下：

　　1、采用新型绝缘材料--氟碳化合物作为绝缘冷却介质

　　这是三项创新技术的核心，在表1中列出了这种介质的物化特性、电气性能，并将其优越的参数与硅油和变压器油做了对比。

　　氟碳介质满足绿色环保要求，已通过如下试验检验：
　　A、生化性检验—由上海化工研究院检测中心出具报告
　　结论：无毒，无刺激性，无腐蚀性。
　　B、环保试验—由信息产业部专用材料质量监督检查中心出具报告
　　结论：不破坏臭氧层，低温室效应，无重金属。
　　C、爆炸性试验—由上海化工研究院检测中心出具报告
　　结论：不发生爆炸。
　　D、防爆试验—国家防爆电气产品质量监督检验中心出具变压器整机的检测报告
　　结论：合格，证书编号CNEx14.2535。
　　E、燃烧试验—由上海国家消防装备质量监督检验中心出具报告
　　结论：无燃点。
　　F、变压器固体绝缘材料及密封材料在此新型绝缘材料中的热评定—由机械工业电工材料产品质量监督检测中心测试后出具报告
　　结论：新型绝缘材料的老化和变压器油的老化对比试验，新型绝缘材料的各项指标均高出一倍。


　　2、利用相变传热的潜热效应，并采用非均相式结构

　　蒸发冷却变压器在配电变压器中有两种新型结构，如图1和图2所示，现简述如下：


　　图1的特点是将冷却器放置于变压器的上顶盖上，在变压器中充入介质，介质充至淹没变压器线圈和铁芯即可。当变压器工作时，介质吸收线圈和铁芯等发热部件的热耗，液态介质立即蒸发，并随热负荷增加，进入蒸发和沸腾状态，产生的汽泡浮生出液面，并上升至变压器顶盖上的冷却器中，经冷凝成液体，再滴回变压器箱体中，吸热后再蒸发——沸腾——冷凝。如此周而复始，使变压器获得有效的冷却，其换热物理机制的主要特征是伴随相变而产生的潜热效应，由于介质汽化潜热比介质的比热大百倍以上，所以蒸发冷却的效率远远优于常规散热方式。

　　图2的特点是将冷却器置于变压器四周，图中可以看到介质吸热蒸发——沸腾——凝结的全过程完全依靠相变过程产生的压力差（相似如热管的原理）。所以，非均相式又可称之为自循环系统，即无需设置任何外置动力源。这就提高了冷却系统运行的可靠性。图2中所示的结构，是将常规的钢片散热器改用了合金铝散热器，提高了传热率，因为合金铝的热传导率高于钢片，减小了冷却器体积的同时减少了介质的使用量，节省了成本。

3、采用组合方式，用单相变压器组成三相变压器，便于运输、安装、维护、更换

　　针对超高层建筑地上变压器的运输、安装、维护等方面的特殊性，采用了3台单相变压器组成的三相变压器组合式结构（如图3，图4），简述如下。

　　①组合后的变压器与传统的三相变压器的占地面积基本相同，而单相变压器的运输重量只有三相变压器的三分之一，所以可以在不增加电梯载荷量的情况下提高其运送变压器的容量，以2.5t电梯为例，可运送容量最大可提升至2500KVA。


　　对照表2和表3，可以看出三相组合式蒸发冷却变压器拆分为单相后，所对应的运输条件。

　　②节省维护费用。传统三相变压器中，若某相发生故障，需更换整台三相变压器。若采用的是组合式三相变压器，则只需更换发生故障的那相变压器，这样就大大地节省了维护费用。

　　③ 减少变压器寿命终期后的更换次数。干式变压器及硅油变压器、SF6气体变压器的使用寿命约为30年，而蒸发冷却变压器的全寿命期要高一倍。高层建筑物的使用寿命要超过70—100年，用常规的变压器，在高楼的全寿命期中要更换2—3次，费用很大，而采用蒸发冷却变压器，因其寿命长，至少可以减少1次更换，大大节约成本。

　　结语：

　　从上述分析可以看出，在超高层建筑中采用蒸发冷却配电变压器，不仅能满足安全运行的要求，而且可以利用其结构可拆分的特点，直接采用超高层建筑自备电梯运输，打破了大容量传统变压器因为尺寸和重量原因而无法使用电梯运输的限制，颠覆了其采用塔吊或电梯井道运输的方式，为超高层建筑使用自备电梯运送变压器创造了条件。