楊曉輝，趙俊，張建英，徐大鵬

（內(nèi)蒙古電力（集團）有限責任公司內(nèi)蒙古電力科學研究院分公司，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010020）

變壓器運行時繞組溫升是影響變壓器性能的重要指標之一。經(jīng)計算分析和監(jiān)測研究發(fā)現(xiàn)，大量變壓器運行故障和事故是由繞組熱點溫升問題引起的。變壓器繞組熱點是變壓器運行時繞組溫度的最高點，熱點溫度過高，絕緣老化加快，縮短變壓器壽命；熱點溫度過低，則變壓器的能力沒有得到充分利用，影響經(jīng)濟效益。電力變壓器運行時負荷不是恒定的，會隨著用電需求發(fā)生改變，也可能出現(xiàn)過載等情況。因此，準確計算出過負荷下變壓器繞組溫度場對設備安全運行具有重要意義。

1 仿真計算及分析

本文所研究的SFP 11-440000/220的變壓器的為三相強迫油循環(huán)電力變壓器，額定容量為440MVA，額定電壓220kV，高壓側242kV，低壓側額定電壓20kV，調壓檔位+2×2.5%，本文所研究的變壓器的初始溫度20℃。

變壓器低壓線圈內(nèi)外徑φ1226/φ1385，內(nèi)外徑側油道分別為：8mm，9mm；高壓線圈內(nèi)外徑φ1603/φ1925，內(nèi)外徑側油道分別為：9mm，12mm；對于線圈內(nèi)部，主要損耗為電阻損耗和渦流損耗，為了損耗的準確計算，每個線圈均按照導線具體尺寸詳細建模，低壓線圈線規(guī)：網(wǎng)包換位導線1.6×6.2/54.1×13.35/59，匝絕緣0.4mm，四根并繞；高壓線圈線規(guī)：紙包換位導線1.25×5.2/27.05×12.08/35，匝絕緣1.05mm。根據(jù)其漏磁場分布，準確計算損耗分布，為散熱條件及溫度場計算提供數(shù)據(jù)支撐。對高低壓線圈每一匝換位線均進行獨立建模，基于其旋轉直徑不同，其電阻值也不同，損耗不同、而發(fā)熱量也就不同。所以進行精細建模至每一匝線圈，每個餅間油道也基于實際產(chǎn)品建立，充分考慮每個油道、油流導向隔板對于油流散熱錯產(chǎn)生的影響。進而導致線圈溫升所產(chǎn)生的變化。

對于線圈內(nèi)部，考慮熱傳導和熱對流（熱對流相對較小，工程計算忽略。對于結構件，考慮熱輻射、熱對流和熱傳導；對于變壓器油箱，相對空氣面僅考慮熱輻射，油側考慮熱輻射、熱對流和熱傳導。對于工程計算，熱輻射相對于熱傳導和熱對流相比作用很弱，忽略計算。采用變壓器繞組溫升計算軟件（TF2.0版）對變壓器各繞組熱點溫升進行計算，從而實現(xiàn)對具有導向結構、強油循環(huán)大型變壓器繞組熱點溫度和位置的預測，該軟件專門用于變壓器繞組溫度場分析，已在變壓器設計中進行應用，并得到了試驗數(shù)據(jù)的充分驗證。

對變壓器線圈及鐵心心結構件、油箱屏蔽、油箱本體進行1:1建模，考慮漏磁場對變壓器屏蔽，油箱的影響。而后在充分考慮結構件發(fā)熱、散熱的情況下對其進行模型的簡化。高低壓線圈分別用導向隔板分隔為8個分區(qū)，冷油從下端進入線圈后依次向上，流經(jīng)每個分區(qū)后流出線圈，進入冷卻器，油流通暢，無死油區(qū)，各分區(qū)均散熱良好。

圖1 變壓器過負荷時繞組溫升情況

假定高低壓側對稱運行，三相平衡運行。計算變壓器運行在110%，120%，繞組熱點溫度140℃時的溫度場，及溫度達到140℃時的連續(xù)運行時間。根據(jù)油流計算，低壓線圈內(nèi)徑側軸向油流速約0.14m/s,外徑側軸向流速約0.12m/s,線圈內(nèi)部徑向（橫向）流速約0.08m/s;高壓線圈軸內(nèi)徑側軸向油流速約0.18m/s,外徑側軸向流速約0.13m/s,線圈內(nèi)部徑向（橫向）流速約0.1m/s。

1.1 110%負荷情況下，備用冷卻器投入使用，溫升狀態(tài)

表1 110%負荷狀態(tài)下溫升

從上表可以看出，油頂層溫升，最低為36K，高壓繞組熱點溫升最高為56.6K，已經(jīng)接近于限值，各個溫升都有不同程度的提高，可是還是沒有超過限值，可見在110%負荷的情況下變壓器的溫升明顯，對變壓器的運行會造成較嚴重的問題。 因此，雖然備用冷卻器投入，但高壓繞組平均溫升已超限值，高壓繞組熱點溫升十分接近上限，不建議長期運行，但連續(xù)投入時間無限制。

1.2 120%負荷情況下，備用冷卻器投入使用，連續(xù)運行2h后，溫升狀態(tài)

雖然備用冷卻器投入，由于過負載比例較大，時間較長，所有溫升均超過限值，繞組最熱點接近140℃，此時繞組絕緣應有輕微熱損傷，繞組溫度計應已經(jīng)根據(jù)信號全停跳閘，后續(xù)載時間及溫度無意義，不再進行計算。

過負荷30%約15min，過負荷50%約4min，計算結果與過負荷20%約110min基本相同，不再列出。

2 結語

通過對變壓器的繞組進行溫度場的仿真分析，可知結構件的溫升小于繞組的溫升，對動態(tài)負載情況下，繞組的溫升隨著負荷的變大而變大，可是在額定負載之前都在穩(wěn)定溫升范圍內(nèi)，能夠長時間安全運行。

在110%負荷的情況下會出現(xiàn)高壓繞組超過溫升限值的情況，因此雖然備用冷卻器投入，但高壓繞組平均溫升已超限值，高壓繞組熱點溫升十分接近上限，不建議長期運行，但連續(xù)投入時間無限制。

在超過120%負荷的情況下，可以看出所有溫升均超過限值，繞組最熱點接近140℃，此時繞組絕緣應有輕微熱損傷，不允許變壓器運行。