ONAN 與 ONAF 的差別在於外部氣流。 ONAN指的是油自然循環（Oil Natural Air Natural）：油依靠浮力循環，環境空氣帶走散熱器的熱量。 ONAF 指的是油自然強制循環（Oil Natural Air Forced）：油仍然自然循環，同時風扇驅動空氣流過散熱器。更高的 ONAF 額定值取決於變壓器的認證設計和銘牌；僅僅加裝風扇並不能改變額定值。在選擇 ONAN 或 ONAF 變壓器時，本指南會檢查額定值表、損耗輸入和驗收測試結果。基本的冷卻方式比較涵蓋了工作原理和常規選擇。
在電力變壓器冷卻中，ONAN 和 ONAF 分別是什麼意思？
這四個字母的代碼描述了內部冷卻液、其循環方式、外部冷卻介質以及該介質的運動方式。 ONAN 和 ONAF 通常保留前三個字母，最後一個字母則根據冷卻方式（自然風或強制風）而變化。 IEC 60076-2:2011 標準涵蓋了液浸式電力變壓器的冷卻方式識別、溫升限值和溫升試驗。
| 程式碼位置 | 奧南 | 奧納夫 | 買家要檢查的內容 |
|---|---|---|---|
| 內液 | O | O | 液體標識和絕緣規範 |
| 內循環 | N：天然 | N：天然 | 天然油循環通過油箱和散熱器 |
| 外部介質 | A：空氣 | A：空氣 | 散熱器佈置及安裝通風 |
| 外部循環 | N：天然 | F：強制 | 風機組、供電及控制設備 |
正確解讀變壓器冷卻規範可以避免訂購錯誤的冷卻設備。完整的變壓器規格說明會將規範與保證的運轉負荷連結起來。
對於採購工程師而言，在比較油浸式電力變壓器配置時，此代碼解釋了冷卻機制。銘牌和保證計劃說明了指定的輸出功率。兩者互不取代。
為什麼一些較老的北美變壓器銘牌上寫的是 OA/FA 而不是 ONAN/ONAF？
OA 和 FA 分別是自冷式油冷級和強制風冷級的傳統代號。它們通常對應於老式設備上的 ONAN 和 ONAF。在匹配現有設備時，請保留原始銘牌及其適用的 ANSI 或 IEEE 規範；傳統的 FOA 代號需要額外的油流量資訊才能映射到現代泵油式製冷級。
ONAN 和 ONAF 的機油循環和散熱器氣流有何不同？
兩者都依賴自然油循環。較熱的油從繞組區域上升，較冷的油從散熱器返回。 ONAF風扇提高了空氣側的散熱性能。變壓器冷卻方式會改變熱平衡。然而，「自然」一詞並不意味著油流速度在任何負載和溫度下都保持不變。
ONAN：優勢和局限性
自然風冷無需風扇動力，需要維護的輔助冷卻設備也更少。自然風冷的效果仍取決於設計方案、環境條件以及散熱器氣流是否暢通。
ONAF：優勢和局限性
強制風冷可以為合適的變壓器提供額外的額定功率。運轉方案必須考慮馬達電源、控制系統、風扇可用性、噪音以及維護便利性。
自然冷卻和強製冷卻對負載變化的反應不同。因此，變壓器冷卻系統應在實際冷卻狀態下進行評估。
在他們發表於《能源》（Energies）雜誌2025年的熱模型研究中，Lukasz Staszewski和Waldemar Rebizant對ONAN變壓器使用了180分鐘的頂部油溫時間常數，對ONAF變壓器使用了120分鐘的頂部油溫時間常數。這些熱時間常數是研究參數，並非每台變壓器的調試設定。他們的比較還表明，油溫反應緩慢不應被視為繞組熱點溫度反應緩慢的證據。
當滿載運轉時，變壓器繞組產生的熱量會經由絕緣層和冷卻液流向散熱器。熱傳遞和向周圍空氣散熱都會影響冷卻能力。繞組和鐵心的損耗分量不同。
設想這樣一種情況：冬季，某個工廠的散熱器通道暢通無阻；但夏季，儲藏室會阻擋這些通道。即使開啟風扇，也無法消除安裝上的限制。工廠管理人員必須確保滿足規定的間隙要求並保持良好的通風，才能考慮使用更高額定功率的設備。
ONAF 在 ONAN 基本額定容量的基礎上增加了多少額外的 MVA 容量？
增加的功率是實際銘牌額定功率與額定功率之間的差值，並非統一的百分比。例如，一個標有 ONAN/ONAF 的 30/40 MVA 機組，其額定功率增加了 10 MVA，即相對於其 30 MVA 的基準功率增加了 33.3%。一個標示 ONAN/ONAF/ONAF 的 30/40/50 MVA 機組則表示增加了一個強制通風級。這些範例僅用於說明計算方法，並不代表可以對現有機組進行功率升級。
IEEE C57.12.10標準在其規定的範圍內規定了液浸式電力變壓器的要求。採購規範必須明確適用的版本和額定值表。分配給某一額定等級或設計的百分比不應外推至其他等級。
為什麼一台雙額定 ONAN/ONAF 變壓器會在同一銘牌上列出兩個或三個 MVA 額定值？
每個條目顯示的是指定條件下分配給各個冷卻階段的輸出。一個 30/40/50 MVA 的 ONAN/ONAF/ONAF 機組並非三個獨立的變壓器。它的自然冷卻階段和後續的強制風冷階段是不同的。控制器可以使用溫度、負載和運作邏輯來選擇冷卻階段；MVA 值並非風扇啟動設定值。
ONAN 到 ONAF 的淨收益帳簿：虧損比較
本範例假設一台30/40 MVA的變壓器，空載損耗為22 kW，基準電流下的電阻負載損耗為125 kW，運轉風扇負載為4.8 kW。電壓、頻率和繞組電阻保持不變，忽略了雜散損耗和諧波損耗的變化。這些僅為教學範例，並非DEMIKS的任何保證或報價。
| 帳簿類別 | ONAN 範例 | 40 MVA ONAF 範例 | 計算或使用 |
|---|---|---|---|
| 分配的輸出 | 30 兆伏安 | 40 兆伏安 | 銘牌輸入範例 |
| 等電壓下的電流比 | 1.000 | 1.333 | 40÷30 |
| 電阻損耗倍增器 | 1.000 | 1.778 | （40 ÷ 30）² |
| 空載損耗 | 22.0千瓦 | 22.0千瓦 | 假設電壓和頻率相同 |
| 電阻性負載損耗 | 125.0千瓦 | 222.2千瓦 | 125 × (40 ÷ 30)² |
| 變壓器損耗 | 147.0千瓦 | 244.2千瓦 | 空載損耗加上假定的電阻損耗 |
| 風扇輔助電源 | 0千瓦 | 4.8千瓦 | 單獨的馬達輸入假設 |
| 綜合電氣損耗 | 147.0千瓦 | 249.0千瓦 | 變壓器損耗加上風扇功率 |
| 變壓器額外發熱 | Baseline | 97.2千瓦 | 244.2 − 147.0；風扇馬達功率單獨控制 |
| 風扇運轉2,000小時的年能耗 | 0千瓦時 | 9,600千瓦時 | 4.8 × 2,000；示例性年度稅額 |
財務團隊可以使用其自身的電價來確定風機能耗成本。熱力工程師可以使用變壓器損耗，而不是將所有電站用電量視為油路中的熱。為了進行採購比較，需要使用負載損耗的可靠測量值和實際運作情況來取代這些簡化的假設。
從 ONAN 切換到 ONAF 時，溫度升高限制會改變嗎？
單靠風扇運轉無法提高絕緣層溫度。每個額定冷卻能力都必須滿足其散熱要求。溫升是指高於冷卻介質溫度的溫差，它既不是絕對的油溫或繞組溫度，也不是警報或跳脫設定值。
變壓器壽命受熱負荷影響。為了比較絕緣壽命，最好查看繞組溫度的歷史數據，而不是風扇運轉時間。
IEC 60076-2規定了溫升要求和測試方法。 IEC 60076-7:2018 則涉及礦物油變壓器的負載、工作溫度和熱老化。對於依照 IEEE 標準採購的設備，應將相關的一般要求、測試規格和負載指南一併查閱，以作為採購規範。切勿將一個文件中的熱模型與另一個文件中的驗收限值混合使用。
「IEC 與 IEEE 標準不可互換。」Lukasz Staszewski 和 Waldemar Rebizant，《能源》（2025 年）
Staszewski 和 Rebizant 的模擬發現，在靜態和主動多層次冷卻模式下，預測熱點溫度較高的模型有所不同。這表明不應將任何一種負荷指南視為普遍保守。研究的主動冷卻序列包括 OFAF 和 ONAF；其結果不能簡單地歸因於 ONAF 本身所帶來的壽命提升。
ONAN 和 ONAF 運轉模式的負載損耗、輔助風扇功率和噪音有何不同？
在相同的電力負載下，風扇電機會增加輔助用電需求。在更高的 ONAF 負載下，變壓器也會散發出更多與負載相關的熱量。電阻發熱與電流的平方成正比（電阻固定），而非與 MVA 呈線性關係。噪音性能需要明確的測量基準和風扇開啟保證，而不是籠統的分貝增量。
在相同電氣負載下，ONAF 與 ONAN 的比較
已發表的變壓器熱點溫度估算研究著重於採用建模方法分析其熱行為。實際採購需要分別測量空載損耗、負載損耗和風扇功率，並應用相關的參考溫度。諧波含量高的負載需要單獨處理；簡化的帳簿無法對其進行建模。
| 比較類別 | ONAN值班 | ONAF值班 | 購買暗示 |
|---|---|---|---|
| 油循環 | 皮膚護理 | 皮膚護理 | 不要因為安裝了風扇就指定使用油泵。 |
| 空氣流通 | 自然對流 | 強制氣流 | 保護散熱器空氣通道 |
| 分配容量 | 基本入口 | 粉絲舞台入口 | 使用實際銘牌表 |
| 空載損耗 | 電壓/頻率相關 | 同一單位採用相同的基準 | 在相同條件下比較各項保證。 |
| 負荷相關損失 | 基極電流 | 在指定階段電流 | 比較預期載重點處的損耗 |
| 冷卻輔助功率 | 無需散熱器風扇 | 風扇馬達需求 | 請註明營業時間及收費標準 |
| 聽起來 | 變形金剛音效 | 變形金剛和粉絲的貢獻 | 國家聲功率或聲壓基準 |
| 保養 | 油箱、機油和散熱器任務 | 附加馬達和控制裝置 | 計劃通道、備件和檢查 |
| 冷卻供應故障 | 自然階段仍受其自身條件的影響 | 更高階段可能無法使用。 | 定義通電前的負載響應 |
渦流會造成額外的損耗，而簡單的固定電阻計算無法將其考慮在內。最終的電功率比較應使用保證損耗表。
持續高負荷運作的資料中心和季節性加工廠可能需要相同的峰值兆伏安 (MVA)，但採購方式卻截然不同。資料中心的財務團隊可能會評估風扇能耗和負荷損耗，而季節性加工廠則可能更重視生產高峰所需的容量。較低的採購價格並不能決定最終結果。
ONAF冷卻風扇在繞組溫度和油溫下啟動和停止？
它們根據變壓器製造商批准的變壓器控制設定值啟動和停止。 ONAN 和 ONAF 是冷卻代號，並非絕對溫度設定點。油溫指示器和繞組溫度指示器可以用於不同的功能。控制拾取、復位和警報功能必須能夠識別測量量和測量階段。
變壓器溫度監控需要從感測器到控制器的明確路徑。
傳統的熱成像WTI採用電流相關方式測量繞組加熱；而直接光纖系統則採用不同的測量方式。設備調試應按照提供的說明進行。熱模型研究強調了區分油響應和繞組熱點響應的必要性。
- 記錄每個風扇組的已核准拾取和重置設定。
- 測試自動和手動控制、馬達旋轉、啟動失敗指示和恢復運作。
- 記錄風扇實際電流和發送到站控系統的訊號。
- 將熱警報、跳脫和階段控制閾值分別標識。
在尖峰時段，即使控制顯示器顯示正常，但若風扇啟動指令沒有馬達電流，則有容量問題。運轉需要經過驗證的運轉指示和已核准的備用負載指令。假定的 30 分鐘或 60 分鐘延遲並不能安全地取代該指令。
何時應該從 ONAF 過渡到 OFAF、ODAF 或 KNAN/KNAF 酯類冷卻？
當變壓器的熱設計需要時，應選擇油泵冷卻；不存在任何單一的兆伏安（MVA）閾值會導致無法使用油泵冷卻。應透過絕緣和防火安全設計評估來選擇不同的絕緣液等級。流體和油的流動路徑以及是否需要加裝散熱風扇等問題也應單獨考慮。
大型變電站變壓器中的 ONAF、OFAF 和 ODAF 冷卻方式有什麼不同？
ONAF採用自然油流。 OFAF採用強製油循環，但沒有定向卷繞流標識。 ODAF則將強製油流導向指定的捲繞路徑。這三種冷卻系統都使用強制外部空氣。在選擇泵浦和流量監測設備，以及應對冷卻級故障時，區分這三種系統至關重要。
| 冷卻課程 | 內部機制 | 外在機制 | 選擇題 |
|---|---|---|---|
| 奧南 | 自然液體流動 | 自然空氣 | 分配的基本職責是什麼？ |
| 奧納夫 | 自然液體流動 | 強制通風 | 分配到哪個舞台職責？ |
| 奧法夫 | 強制液體流動 | 強制通風 | 需要多少泵浦的可用性？ |
| ODAF | 定向強制液體流動 | 強制通風 | 如何監控捲繞流程？ |
| OFWF | 強制液體流動 | 強制水 | 具體規定了供水量和熱交換器負荷？ |
| ODWF | 定向強制液體流動 | 強制水 | 如何監測這兩個流程迴路？ |
| 韓國通訊社 | 自然K級液體流動 | 自然空氣 | 流體和絕緣設計是否符合要求？ |
| 克納夫 | 自然K級液體流動 | 強制通風 | 風扇輔助額定功率是否已展示？ |
| AN/AF 乾式 | 無油路 | 自然/強迫通風 | 乾式安裝是否合適？ |
液浸式變壓器設計符合IEC 60076-2標準框架；乾式變壓器則有其自身的要求。對於室內項目，在選擇液浸式或乾式變壓器方案之前，應考慮密封、通風、防火策略和維護通道等因素。
現有的 ONAN 變壓器能否改裝 ONAF 冷卻風扇？
風扇可以作為冷卻系統改造的一部分進行加裝，但更高的持續運轉功率需要製造商的評估和批准。散熱器只是眾多限制因素之一。套管、引線、分接開關、電流互感器和保護裝置設定也需要根據擬定的運轉工況進行檢查。
為提高連續運轉功率而進行的改造必須根據原有的熱設計進行評估。這包括配電變壓器和大型電力變壓器；僅憑尺寸標籤無法判斷是否需要升級。
繼承 ONAN 機組的買家應先取得原始的保固計畫和冷卻圖。部分機組預留了未來加裝強制通風系統的空間，而有些則沒有。因此，加裝風扇套件並不等於經批准的 ONAF 改裝。 IEEE電力變壓器要求為採購提供了依據，而機組的具體工程設計則決定了允許進行的改裝。
一個有用的故障路徑問題是：在改善散熱器氣流後，是什麼限制了預期更高的輸出功率？如果答案是套管電流額定值或分接開關的過流限制，那麼氣流並不能解決這個問題。採購部門應該在將價格與更換方案進行比較之前，先對包括控制措施和停機工作在內的所有改造和驗證工作進行報價。
如何在變壓器詢價單中指定 ONAN/ONAF 冷卻級數和總擁有成本
每次投標應採用相同的電價、負載曲線和評估週期。在同一份文件中，應明確規定每個冷凍階段的額定功率、運轉條件、確保損耗、輔助需求和備用負載。總擁有成本包括購置成本、評估的能源損耗以及在預期運作期間的維護成本。
下方的六階段冷卻工序交接檢查將進度計畫轉換為瓶頸圖。它是基於本文討論的冷卻機制、裝載指南和測試功能而製定的採購框架，並非額外的行業標準。
| 交接類別 | 隱藏的瓶頸 | 需要記錄 | 決策者 |
|---|---|---|---|
| 1. 職責 | 峰值 MVA 掩蓋了持續負荷 | 階段額定值、負載曲線、環境和海拔 | 工廠/系統工程師 |
| 2. 當前路徑 | 附件額定功率限制了可用輸出 | 套管、引線和分接開關電表 | 設計/採購 |
| 3. 冷卻控制 | 受控風扇並非運轉風扇 | 拾取/重設時間表、馬達電流和警報 | 調試/運行 |
| 4. 損耗和能量 | 風扇成本掩蓋了與負載相關的損失 | 保證損失、風機千瓦數和年運轉時間 | 財務/採購 |
| 5. 隔熱 | 測試條件與指派的任務不符。 | 商定的測試計劃、測量上升量和儀器記錄 | 品質/製造商 |
| 6. 故障和場地適應性 | 輔助損耗會降低峰值容量 | 備用負載、聲音保證和維護通道 | 營運/所有者 |
為了估算風扇的年能耗和成本，請將 9,600 kWh 乘以站點電價。再加上實際運轉工況下的變壓器損耗。這樣可以為財務部門提供可審計的輸入，而不是承諾的投資回收期。對於持續運作或輔助電源的可靠性，可能需要基本的 ONAN 額定值；對於週期性峰值，分階段 ONAF 設計可能更具吸引力。在做出決定之前，請先比較各種保證的計劃。
如何在工廠溫升和高壓驗收測試期間驗證 ONAN 和 ONAF 額定值
驗證始於商定的測試計畫：冷卻裝置、額定值、損耗輸入、環境測量、電阻測量和驗收標準。 IEC 60076-2定義了溫升測試。製造商和購買者確定如何根據適用標準驗證規定的階段；本文並未規定每台變壓器都必須遵循相同的測試順序。
- 確定階段性證據。明確冷卻狀態、測試損耗、額定電流基準、溫度測量值和驗收限值。
- 採集測量數據。依照測試方法要求的時序，記錄環境溫度、油溫、電氣輸入和繞組電阻。
- 審核計算結果。報告中應包含停機時間、冷卻曲線、參考溫度和外推方法。
- 完成規定的驗收程序。介電測試和局部放電測試有其自身的電壓、方法和順序要求。熱測試不能取代這些測試。
根據DEMIKS變壓器特性測試控制台頁面，其DHT-208產品包含負載/空載特性測試及其他變壓器測試功能。電源、測量鍊和溫升裝置應與專案需求相符。
DEMIKS繞組直流電阻測試器系列產品依型號不同，電流和電阻量程也各不相同。進行繞組測試和記錄時，請選擇合適的儀器，切勿將不同型號的最小測試電流混用。為了滿足更廣泛的驗收要求，請根據實際測試需求，選擇合適的高壓測試設備和局部放電測量設備。
常見問題
ONAN/ONAF 變壓器能否在其 ONAF MVA 額定值下連續運作？
是的，前提是該額定功率是其指定的連續功率，並且滿足規定的冷卻和服務條件。請確認風扇可用性、輔助電源、環境條件以及已核准的負載說明。 ONAF 本身並非時間限製或過載許可。僅在特定條件下支援的額定功率不能自動轉移到該裝置中。
如果 ONAF 的所有冷卻風扇都失效，變壓器的容量會下降多少？
在遵循已批准的故障回應程序的前提下，可用連續輸出通常會恢復到指定的自然冷卻負載。例如，假設一台變壓器的額定容量為 30/40 MVA，從 40 MVA 降至 30 MVA 相當於比較高額定容量降低了 25%。這種計算方式沒有安全等待時間：操作人員必須遵循變壓器的負載和保護說明。
為什麼 ONAN 和 ONAF 模式的空載鐵芯損耗相同，而負載損耗卻會大幅增加？
對於同一變壓器，在相同的施加電壓和頻率下，更換散熱風扇並不會直接改變空載損耗的勵磁基礎。在電阻固定的情況下，將電流提高到更高的額定輸出值會使阻性負載損耗近似與電流的平方成正比。實際保證的負載損耗也反映了參考溫度和其他損耗分量。
ONAF冷卻系統是否使用變壓器油箱內部的油泵？
不。 ONAF 規定採用自然內部液體循環和強制外部空氣循環。 OFAF 和 ODAF 則引入了強製油循環。它們的泵浦佈置和盤繞式流路需要單獨規範。
工程師如何測量 ONAN 與 ONAF 熱運轉測試結束時繞組的平均溫度升高？
他們利用繞組電阻測量和相應的溫升測試方法來確定平均繞組溫度。測試記錄需要包含冷態參考值、停機時間、熱態電阻觀測值以及任何必要的停機時間外推值。約定的程序規定了測量時間和冷卻狀態。僅憑便攜式電阻讀數不足以構成完整的溫升報告；必須同時提供電氣、環境和冷卻記錄。
變壓器銘牌上的 KNAN/KNAF 與 ONAN/ONAF 有什麼不同？
K 標示適用的高燃點液體等級。 NAN 和 NAF 保持自然液體循環，可採用自然通風或強制通風。更換液體需要相應的隔熱和絕緣設計。
為什麼在 ONAN 和 ONAF MVA 基準之間切換時必須重新計算變壓器的百分比阻抗？
標廬值阻抗是基於功率和電壓基準計算的。當電壓基準保持不變時，將相同的阻抗從假設的 30 MVA 基準轉換為 40 MVA 基準，其百分比將乘以 40 ÷ 30。因此，10.5% 在新基準下變為 14.0%。由於風扇啟動，實際阻抗並未增加。保護和故障計算必須保持所選基準的一致性。
需要安排冷卻階段驗收測試？請將變壓器額定值表、繞組資料和所需的測試方案傳送給 DEMIKS。 DEMIKS 將根據方案匹配控制台、電阻測量設備和高壓設備，並選擇合適的型號。
相關閱讀
參考文獻和來源
- IEC， IEC 60076-2:2011：液浸式變壓器的溫升.
- IEC， IEC 60076-7:2018 載重指南.
- IEEE， C57.12.10 液浸式電力變壓器要求.
- Lukasz Staszewski 和 Waldemar Rebizant， Energies 18(24), 6469 (2025), 熱模型比較.
- 基於自適應神經模糊推理系統的變壓器熱點溫度估計方法.
