馬德萍 馬海君

（吳忠供電局，寧夏 吳忠 751100）

0 引言

變壓器在運(yùn)行時(shí)所產(chǎn)生的空載損耗和負(fù)載損耗都轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮埽瑥亩棺儔浩靼l(fā)熱。所發(fā)出的熱量通過(guò)傳導(dǎo)、對(duì)流和輻射的方式向周?chē)鋮s介質(zhì)散出。一邊發(fā)熱，一邊散熱，發(fā)熱大于散熱時(shí)變壓器各部分溫度就升高起來(lái)，發(fā)熱與散熱平衡時(shí)溫度就保持一定數(shù)值，不再升高了。這時(shí)的穩(wěn)定溫度，就是通常所指的變壓器各部分的溫度。變壓器發(fā)熱越大（損耗越大）、散熱越小，則溫度越高，需要足夠的冷卻裝置才能將溫度降低到允許值。

1 變壓器的發(fā)熱

變壓器的熱量主要來(lái)源于鐵心和繞組，而且只有一定的溫度差才能散熱，所以變壓器各部分溫度是不一樣的。一般來(lái)說(shuō)，繞組的溫度最高，鐵心的溫度次之。對(duì)每一部分來(lái)水，溫度的高度也不一致，均是自下而上逐漸升高的。但在最高處由于散熱好些，所以溫度也不是最高。油浸自冷變壓器各部分的溫度中最重要的是最高溫度，即最熱點(diǎn)的位置，因?yàn)樗麑?duì)變壓器的絕緣影響最大。變壓器最熱點(diǎn)一般是在繞組高度方向的3/4處，寬度向外方向的1/3處。一般只能測(cè)量變壓器的頂層油溫，以及用電阻法測(cè)量繞組的平均溫度。

2 變壓器的溫升

變壓器的溫升,對(duì)于空氣冷卻變壓器是指測(cè)量部分的溫度與冷卻空氣溫度之差；對(duì)于水冷卻變壓器是指測(cè)量部分的溫度與冷卻器入口處水溫之差。

變壓器運(yùn)行在海拔高度1000米及以下，而冷卻介質(zhì)溫度規(guī)定為下列數(shù)值時(shí):

油浸式變壓器線(xiàn)圈和頂層油溫升限值是繞組最熱點(diǎn)溫度為+98℃得來(lái)的。因?yàn)锳級(jí)絕緣在+98℃產(chǎn)生的絕緣損壞為正常損壞，而保證變壓器正常壽命的年平均氣溫是+20℃，線(xiàn)圈最熱點(diǎn)與其平均溫度之差為13K，所以線(xiàn)圈溫升限值為：

油正常運(yùn)行的最高溫度為+95℃，最高氣溫是+40℃，所以頂層油溫升限值為：

當(dāng)本體內(nèi)的油不與大氣接觸時(shí)油正常運(yùn)行最高溫度為+100℃。對(duì)于冷卻方式為強(qiáng)油循環(huán)的變壓器，為了保證繞組最熱點(diǎn)溫度不超過(guò)+98℃，實(shí)際油頂層溫升則不應(yīng)超過(guò)40K。根據(jù)國(guó)際電工委員會(huì)推薦的計(jì)算方法：

繞組最熱點(diǎn)溫度＝油頂層溫升＋繞組最熱點(diǎn)與油頂層的溫差＋年平均氣溫＝40℃+38℃+20℃=98℃

所以強(qiáng)油冷卻變壓器的油頂層溫升已定為40K。強(qiáng)油冷卻的變壓器油頂層溫升若按標(biāo)準(zhǔn)55K控制，繞組最熱點(diǎn)溫度將會(huì)大于+98℃。運(yùn)行部門(mén)如控制油頂層溫度是+85℃，基本上可保證繞組最熱點(diǎn)的溫度是+98℃。

在下列情況下溫升限值可以改變：

1）有不燃性合成絕緣液體且所用絕緣材料的耐熱等級(jí)不是A級(jí)的變壓器，溫升可以增加；

2）冷卻空氣的溫度超過(guò)任一規(guī)定的環(huán)境溫度，則線(xiàn)圈、鐵心和油的溫升限值應(yīng)予降低。額定容量≥10MVA、超過(guò)值≤10℃時(shí)，降低值等于超過(guò)值；額定容量<10MVA、超過(guò)值≤5℃時(shí)應(yīng)降低5K。超過(guò)值>5℃且≤10℃時(shí)應(yīng)降低10K；

3）對(duì)于在超過(guò)1000米的海拔處運(yùn)行，而正常海拔試驗(yàn)的空氣冷卻變壓器，溫升限值應(yīng)在1000米以上每500米為一級(jí)減小2.0%（油浸自冷）、3.0%（油浸風(fēng)冷或強(qiáng)油風(fēng)冷）。運(yùn)行與試驗(yàn)的海拔與上述相反，則所測(cè)得的溫升應(yīng)該按上述規(guī)定減小。

4）如果變壓器高海拔運(yùn)行地點(diǎn)的環(huán)境溫度比規(guī)定的值有所下降，且每升高1000米降低5℃或更多時(shí)，則高海拔的影響已有環(huán)境溫度的降低所補(bǔ)償，溫升限值不需降低。

3 變壓器溫升及壽命變化的計(jì)算

相對(duì)于周?chē)h(huán)境的溫度，變壓器最終的油頂層溫升的計(jì)算可以表示如下：

其中：θ0F為在非線(xiàn)性負(fù)載條件下，相對(duì)于環(huán)境溫度的最終的油頂層溫升，℃；θ01為在線(xiàn)性負(fù)載條件下，相對(duì)于環(huán)境溫度的最終的油頂層溫升，℃；m1為系數(shù)，在0.8～1.0之間變化，系數(shù)較低值適用于自冷卻變壓器，系數(shù)較高值適用于強(qiáng)制油冷卻變壓器；PH1為基波條件下的變壓器磁滯損耗，W；PHn為諧波條件下的變壓器磁滯損耗，W；PF1為基波條件下的變壓器渦流損耗，W；PFn為諧波條件下的變壓器渦流損耗，W；PJ1為基波條件下的變壓器繞組損耗，W；PJn為諧波條件下的變壓器繞組損耗，W。

變壓器油頂層溫度的暫態(tài)過(guò)程可用下式計(jì)算：

其中：θ0為瞬時(shí)油頂層溫升，℃；T0為熱油時(shí)間常數(shù)，小時(shí)；θi0為初始油頂層溫升，℃；t為時(shí)間，小時(shí)。

變壓器繞組最熱點(diǎn)的最終溫升的表達(dá)式見(jiàn)下式，這個(gè)表達(dá)式計(jì)算的是相對(duì)于最終頂層油溫升。

其中：θeF為在非線(xiàn)性負(fù)載下的繞組溫升，℃；θel為在線(xiàn)性負(fù)載下的繞組溫升，℃；m2為系數(shù)，在0.8～1.0之間變化，系數(shù)較低值適用于自冷卻變壓器，系數(shù)較高值適用于強(qiáng)制油冷卻變壓器。

通過(guò)以上表達(dá)式可以得到繞組瞬時(shí)溫度變化的表達(dá)式，如下式所示。

其中：θe為繞組瞬時(shí)溫度，℃；θie為繞組初始溫升，℃；Te為繞組熱時(shí)間常數(shù)，小時(shí)。

變壓器壽命損失和溫度的關(guān)系，我們可以用一個(gè)關(guān)于最熱點(diǎn)溫度的函數(shù)來(lái)表示：

其中：PV%為相對(duì)于正常預(yù)期壽命的壽命百分比；θmQ為變壓器最熱點(diǎn)溫度，℃；θa為環(huán)境溫度，℃；

上式表明變壓器最熱點(diǎn)的溫度越高則變壓器的壽命降低的越快，相對(duì)于正常壽命的壽命百分比就越低。式中，變壓器最熱點(diǎn)溫度θmQ包括三部分：環(huán)境溫度、繞組溫升、頂層油溫升。如設(shè)，環(huán)境溫度為30℃，繞組溫升為65℃，頂層油溫升為55℃，則此時(shí)變壓器相對(duì)于正常預(yù)期壽命的百分比為99.92%。

4 結(jié)束語(yǔ)

總之，電力變壓器是電力系統(tǒng)中極其重要的主設(shè)備之一，變壓器在系統(tǒng)中發(fā)揮著特殊的作用:聯(lián)系不同電壓等級(jí)的系統(tǒng)，是功率傳送的中間橋梁，它的安全運(yùn)行與否，直接關(guān)系到電力系統(tǒng)能否連續(xù)穩(wěn)定地工作。特別是由于變壓器本身造價(jià)昂貴，一旦因故障而遭到損壞，其檢修難度大、時(shí)間長(zhǎng)，將造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失。近年來(lái)，隨著電力系統(tǒng)規(guī)模的擴(kuò)大，電壓等級(jí)的升高，大容量變壓器的應(yīng)用日趨增多，對(duì)變壓器保護(hù)提出了更高的要求。為了保障變壓器安全、可靠地運(yùn)行，電力科研工作者不斷深入分析其運(yùn)行特性，研究新原理、新方法來(lái)提高變壓器保護(hù)的性能，對(duì)其理論探討與裝置研制一直在不斷進(jìn)行。

［1］修常鑫，葉倩.“三段式”電價(jià)初探[J].吉林電力，2002(04).

［2］陳志業(yè)，尹華麗，李鵬.電能質(zhì)量及其治理新技術(shù)[J].電網(wǎng)技術(shù)，2002(07).

［3］田莉莉，吳為麟.電能質(zhì)量的改善及監(jiān)測(cè)[J].能源工程，2002(02).

［4］肖遙，李澍森.開(kāi)放競(jìng)爭(zhēng)的電力市場(chǎng)與電能質(zhì)量[J].華中電力，2001(05)

［5］云瑞軍.電力諧波對(duì)旋轉(zhuǎn)電機(jī)及變壓器的影響分析[J].內(nèi)蒙古石油化工，2001(01).

［6］賈清泉，宋家驊，蘭華，等.電能質(zhì)量及其模糊方法評(píng)價(jià)[J].電網(wǎng)技術(shù)，2000(06).

［7］王軍.帶分布式發(fā)電的配電網(wǎng)諧波研究[D].中國(guó)科學(xué)院研究生院：電工研究所，2006.

［8］譚子求.基于DSP的電能質(zhì)量在線(xiàn)監(jiān)測(cè)裝置的研究[D].武漢大學(xué)，2004.

［9］劉冀春.諧波監(jiān)測(cè)管理系統(tǒng)與諧波治理措施研究[D].重慶大學(xué)，20042.