11.1冷却器设计一般程序
根据变压器设计要求冷却器设计，现以风冷却器为例共有以下十个方面的程序。
1.根据变压器设计要求，确定冷却器的额定容量及组数，风冷却器数量（N）的选择由下式所定。
N≥1.15×变压器75℃时总损耗（kW）
被选冷却器额定容量（kW）＋1（备用）（11‐1）
式中1.15是考虑总损耗裕度，负分接时损耗增大及85℃时损耗增大。
例1.变压器，其空载损耗为135kW，负载损耗为400kW①，则：
总损耗＝135＋400＝535kW
如选用315kW风冷却器，则：
N≥1.15×535/315＋1＝2.95
此时，选用315kW风冷却器3组。
例2.变压器容量和损耗值同例1，而风冷却器选用250kW，则
N≥1.15×535/250＋1＝3.46
此时，选用250kW风冷却器为4组。
例3.240MVA/220kV/121kV/38.5kV变压器，其空载损耗为220kW，负载损耗为800kW②，总损耗为220＋800＝1020kW
N≥1.15×1020/315＋1＝4.72
此时，选用315kW风冷却器为5组。
例4.变压器容量和损耗值同例3。
如选用250kW风冷却器，则：
N≥1.15×1020/250＋1＝5.69
此时，选用250kW风冷却器为6组。
如在现场要更换风冷却器时，变压器75℃的总损耗可从变压器名牌上查得（P0-空载损耗，PK75℃-负载损耗）。
2.翅片管长度的确定（根据变压器设计要求，确定冷却器进、出口管距（数据可由变压器图纸给出，再确定翅片管长度。）
3.总管数、管排数、管程数的确定（根据经验计算，详见第4章估算出空气侧的总传热面积F，根据F确定总管数、管排数、管程数（一般均为单回程）。）
4.根据冷却器的额定容量计算有关温差及温度。
（1）进出口油温差
（2）进、出口风温差
（3）油侧进、出口油温度
进口油温：t1＝60℃，出口油温：t2＝60－Δti，℃
（4）风侧进、出口温度
进口风温：t1＝20℃，出口风温：t2＝20＋Δtf；℃
（5）热平均温差ΔT
5.气侧放热系数计算
（1）最窄流通截面处的风速：
Vmax＝Vf/A0X3600 m/s（11‐4）
式中 Vf——冷却器的额定风量m3/h，Vf＝nΔV0；
A0——最窄流通截面积，m2。
（2）求雷诺数：
Re＝VmaxΔd0/V0（11‐5）
式中 d0——翅片管的光管外径，m；
V0——平均风温时的运动粘度，m2/s。
（3）求Nu数：应根据实验求得的Nu准则方程求Nu数，如无实验的Nu准则方程，则可按第4章第4.2节内的公式选取
（4）求α：可按下式计算
αf＝Nuλ/d0（11‐6）
6.油侧放热系数
（1）管内油流速：
Vi＝Vi/Ai×3600（11‐7）
式中 Vi——冷却器的额定油流量，m3/h；Ai——翅片管总内截面积，m2。
（2）雷诺数：
Re＝vidi/Vi（11‐8）
式中 di——翅片管内径，m；
vi——平均油温时的运动粘度，m2/s。
（3）Nu数：应根据实验求得的Nu准则方程求解，如无实验的Nu准则方程，则可在第4章第4.2节（4‐22）、（4‐23）式中选取。
（4）求α
αi＝Nuλ/di（11‐9）
7.求传热系数
（1）管内对流传热热阻RL：按式（4‐24）、（11‐9）计算；
（2）管内污垢热阻Ri：按式（4‐52）计算；
（3）管壁热阻Rw：按式（4‐26）计算；
（4）间隙热阻：可通过实验对比几个厂家生产翅片管的Nu准则方程，选用Nu数最大的翅片管，此时，Rg＝0；
（5）翅片热阻Rf：按式（4‐30）计算；
（6）管外污垢热阻：R0＝r0＝0.0004m2h/kcal；
（7）管外空气对流传热热阻Ra：按式（4‐28），（11‐8）计算；
（8）传热系数K：按式（4‐54）计算；
8.求安全系数
（1）求传热面积F：
F＝Q×860/ktm＝F计（11‐10）
（2）求安全系数：
＝F估－F计/F计×100%
式中 F估——开始设计时，根据经验估算的传热面积，m2。
西安交通大学杨世铭主编的“传热学”一书中介绍“在设计中还会遇到一些诸如污垢形成，换热面粗糙度，流体的初始扰动等难以估计的因素，再加上传热计算中常用的放热系数计算式与实验点的偏离有时达±20～25%左右，因而，在设计时应当采用一定的安全系数。一般是把传热系数或放热系数减少一些，或者将计算所得的传热面积稍稍放大一些。至于究竟减少多少、放大多少并没有一定的数值，可以参考上述的情况留有±20～25%左右的裕度”。根据上述意见及过去的工作经验，建议取得范围为：10%≤≤20%，当值超过此范围时，应重新估算传热面积F，重复上述计算及至达到要求为止。
9.选用变压器风扇
（1）通过所使用的翅片管在风洞实验装置中求出阻力降与风量的关系式ΔP＝f（Q）作出ΔP-Q曲线，与风扇生产厂提供的Pst-Q曲线的交点A即为风扇的工况点。
点A对应的风量QA，若QA小于冷却器的额定风量Qf，说明所选用的风扇风量过小，应重选风扇，直至风扇的Pst-Q曲线和冷却器的ΔP-Q曲线的交点A对应的风量QA≥Qf为止。
（2）当选用风扇的风量、风压满足冷却器的要求后，还要考虑风扇的声级按式（11‐7）计算后能满足冷却器对噪声的要求。风扇样本提供的噪声声压级是在1m处测得，冷却器的声压级是在2m处测得。
10.选用变压器油泵
选用变压器油泵先计算出冷却器油侧及管路总阻力降，然后确定扬程和流量。
（1）冷却器油侧及管路总阻力降计算
ΔP＝ΔP1＋ΔP2＋ΔP3＋ΔP4（11‐11）
式中 ΔP——冷却器油侧及管路总阻力降mH2O；
ΔP1——冷却器内部阻力降mH2O；
ΔP2——变压器内部阻力降mH2O；
ΔP3——冷却器与变压器联结管路的摩擦阻力降mH2O；
ΔP4——冷却器与变压器联结管路的局部阻力降mH2O。
①冷却器内部阻力降ΔP1：通过所使用的翅片管在风洞实验装置中求出阻力降与油流量的关系式ΔP＝f（Q），如无实验公式，只好用（4‐49）式或（4‐51）式计算；②变压器内部阻力降ΔP2：由变压器设计人员提供；③冷却器与变压器联结管路的摩擦阻力降ΔP3是由管路中流体流动时产生摩擦的阻力.
（2）油泵扬程H的确定：
H≥ΔP1＋ΔP2＋ΔP3＋ΔP4
（3）选用油泵：根据流量、扬程和声级的要求选用油泵，如没有合适的油泵可以要求厂家按需要的参数生产或根据现有油泵重新进行以上计算。
11.冷却器声级计算。
11.2冷却器换热计算
冷却器的温升计算是指强油循环风冷和强油循环水冷变压器线圈对油的平均温升。
1.线圈表面热负荷
q＝K1K2K3IWj/K5L（1＋K4/100）＋qΔ（11‐16）
式中 K1——系数，与材质温度有关。85℃时：铝导线K1＝36.8；铜导线K1＝22.1；
K2——匝绝缘校正系数；
当a1≤1.75a时，K2＝1；
当a1＞1.75a时，K2＝a1/1.75a；
a-裸导线厚度，mm；
a1-导线带绝缘的厚度，mm；
K3——线段绝缘校正系数，K3＝1＋0.364（δ－0.5），δ为匝绝缘厚加附加绝缘两边厚，mm；
K4——导线中总的附加损耗百分数；
I——线饼中流过的电流，A；
W——线饼中的匝数，当有分数匝时应进为整数；对于螺旋式线圈W＝1；
j——线饼中的电流密度，A/mm2；
L——线饼表面沿油的周长，各种线饼算法如下：
连续式与螺旋式：L＝2（na1＋b1）
半螺旋式：L＝na1＋2b1
n——线饼中导线并列根数；
b1——导线带匝绝缘的宽度，mm。
2.线圈对油的平均温升
线圈对油的平均温升按下式计算：
TX＝0.113q0.7（11‐17）
式中 Tx——线圈对油的平均温升，K；
q——线圈表面热负荷，W/m2；
值应在30K及以下（强油导向冷却结构），非导向冷却者应按25K控制。
3.强油循环风冷却器的选取
强迫油循环风冷却器的型式和数量的选取主要决定于变压器的损耗值。
强油风冷却器数量的选取
NPP≥1.15（P0＋PK）/PPP＋1（11‐18）
式中 NPP——冷却器的数量；1.15——考虑到85℃时总损耗的裕度和负分接时损耗的增大等因素；
1——备用冷却器；
P0——变压器的空载损耗，kW；
PK——75℃时变压器的负载损耗，kW；
PPP——所选冷却器的额定容量，kW。
4.强油循环水冷却器总容量的计算
psp≥1.15（P0＋PK）/KsP＋p＇/sp（11‐19）
式中 Psp——水冷却器总容量，kW；
p＇/sp——一个水冷却器的额定容量，kW；
KsP——考虑水温和线圈对油的平均温升不是25K时，水冷却器总容量增加或减少的修正系数。
可按下式计算：
KsP＝1－0.03（θs＋TX－50），式中θs为冷却水的温度，TX为线圈对油的平均温升。
