[工作范文]第十一章 电力变压器的运行1

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1、 第十一章 电力变压器的运行本章着重介绍变压器的运行性能，阐明变压器 在各种不同负荷情况下各部分温升、绝缘老化率的 计算方法及正常过负荷、事故过负荷能力的计算方 法；分析自耦变压器的运行特点；分析变压器在各 种不同情况下并列运行时的负荷分配；简介变压器 经济运行。111 变压器的发热和冷却一、发热和冷却过程及冷却方式标志1. 发热和冷却过程变压器在运行过程中，其绕组和铁芯的电能损耗都转变成热量，使各部分的温度升高。这些热量以传导、对流和辐射的方式向外扩散。图11-1示出了油浸自冷式变压器各部分的温度分布。图11-1（a）表明，沿变压器横截面的温度分布很不均匀。其散热过程如下： 图111 油浸自

2、冷式变压器的温度分布 (a)沿变压器横截面的温度分布；(b) 沿变压器高度的温度分布铁芯和绕 组内部铁芯和绕 组外表面油油箱、散热 器内表面油箱、散热 器外表面空 气传 导对 流 对 流传 导对流、辐射 图11-1（b）表明，变压器各部分沿高度方向的温度分布也是不均 匀的。就整个变压器而言，绕组上 端部的温度最高，最热点在高度方 向的7075处，而沿径向则在绕 组厚度（自内径算起）的1/3处。 2.冷却方式标志对于油浸式变压器，用四个字母顺序代号标志其冷却方式：第一字母表示与绕组接触的内部冷却介质：O矿物油或燃点不大于300的合成绝缘液体；K燃点大于300的绝缘液体；L燃点不可测出的绝缘液体。

3、第二字母表示内部冷却介质的循环方式：N油流是自然的热对流循环；F冷却设备中的油流是强迫循环，流经绕组内部的油流是热对流循环；D冷却设备中的油流是强迫循环，（至少）在主要绕组内部的油流是强迫导向循环。第三字母表示外部冷却介质：A空气；W水。第四字母表示外部冷却介质的循环方式：N自然对流；F强迫循环（风扇、泵等）。二、稳态温升的计算变压器长期稳定运行时，所产生的热量等于散出的热量，各部分温升达稳定值。计算时通常用平均温升和最大温升表示。平均温升是指整个绕组或油温升的平均值；最大温升是指绕组热点或顶部油的温升，即温升的最大值。顶部底部 温升OACNMBDE油绕组图112 变压器温升分布模型1.温升分

4、布模型可假设油和绕组温升沿高度的分布呈线性变化，如 图11-2中AB、CD所示。即（1）在任一高度，绕组对油的温升是一个常数 ； 在中部高度处，N、M点的横坐标分别为油及绕组对环境 的平均温升。有 绕组对环境平均温升= 油对环境平均温升+绕组 对油平均温升= +（2）绕组热点(E点)对顶部油温升(B点) 比 大，并用热点系数 来体现。绕组热点对环境温升= 顶部油对环境温升+绕组热点对顶部油温升= + = +2.额定温升在额定使用条件和额定负荷 下的温升称为额定温升。我国规定变压器的额定使用条件为：最高气温+40，最高月平均气温+30, 最高年平均气温+20，最低气温-25（对户外）或-5（对户

5、内）。变压器各部 分温升不得超过表11-1数值。允许温升的国家标准是基于以下条件规定：变压器在环境温度为+20下带额 定负荷长期运行，绕组热点温度为98，使用期限2030年。在额定负荷下，温升符合前述关系。 3.任意负荷 下的温升计算（1）绕组顶部油对环境温升对ON冷却方式的变压器 （111） 对OF冷却方式的变压器 （112） 下，绕组顶部油对环境温升； 下， 与 之比； 负荷系 数， = / ； 计算油温的指数，ON方式配变 =0.8，ON方式中型变=0.9，OF、OD方式的中、大型变 =1.0； 计算绕组热点温度的指数，ON 、OF方式的变压器 =1.6，OD方式的变压器， =2.0；

6、下，底部油对环境温升； 下，绕组内部油对环境平均温升。2.绕组热点对顶部油温升 （113） 三、绕组热点稳态温度的计算1.自然油循环冷却（ON） 2.强迫油循环冷却（OF） 3.强迫油循环导向冷却（OD） （114） （116） 112 变 压 器 的 绝 缘 老 化一、变压器的热老化定律1.绝缘老化现象变压器在长期运行中，由于受到大气条件和其他物理化学作用的影响，其绝缘 材料的机械强度和电气强度逐渐衰退的现象，称为绝缘老化。绝缘老化程度不能只按电气强度来判断，必须考虑机械强度的降低程度，而且 主要由机械强度的降低程度来确定。变压器的绝缘老化，主要是由于温度、湿度、氧气和油中的某些分解物所引起

7、 的化学反应的影响，其中高温是促成老化的直接原因。2.变压器的寿命（1）预期寿命。变压器的预期寿命是指其绝缘均匀老化到机械强度只有初始值 的1520%所经过的时间。当变压器绕组热点温度 在80140范围内时，其预期寿命 与 关系如下： （117） 常数，与多种因素有关； 温度常数。的正常基准温度为98，此时变压器能获得正常预期寿命 （118） （2）相对预期寿命和老化率。绕组热点维持在任意温度 时的预期寿命 与 正常预期寿命 之比，称为相对预期寿命，用 表示，即（119） 在相同的时间间隔 内，绕组热点维持在任意温度 时所损耗的寿命 ( / ) 与维持在98时的所损耗的寿命 ( / )之比,

8、称为相对老化率，用 表示。 即（1110） 因 ， ，即 ，故式（1110）可写成（1112） 其中 = 0.693/P 6 设 （ 可为正、负数），则（1114） （1113） 这意味着：绕组热点温度每增加6（ 每增加1），老化加倍，即预期寿命 缩短一半，此即热老化定律（或称绝缘老化的6规则）。据上式可计算各温度 下的老化率，如表112所示。二、等值老化原则据式（114）（116），实际上绕组热点温度受到气温 和负荷 波动的影响，即绕组热点温度是一个随时间变化的量 。等值老化原则就是：使变压器在一定时间间隔 内，绝缘老化或损耗的寿命 与维持绕组热点温度为98时等值。绕组热点温度为 时，经 时

9、间所损耗的寿命为 ，经时间 损耗的寿命为 ；绕组热点温度为98时，经时间 损耗的寿命为 。于是，等值老化原则用式子表示如下（1115） 据老化率 的概念不是据式（1115），当 随时间变化时， 可表达为 （1116） 在一定时间间隔内，维持变压器的老化率 接近于1，是制定变压器负荷能力的主要依据。 113 变压器超过额定容量运行时 温度和电流的限值一、变压器的负荷能力及负荷状态分类1. 变压器的负荷能力变压器的负荷能力是指，变压器在短时间内所能输送的容量，在一定条件下，它可 能超过额定容量。负荷能力的大小和持续时间受下述条件 限制： 变压器的电流和温度不得超过规定 的限值； 在整个运行期间，变

10、压器的绝缘老化不得超过正常值。2. 负荷状态分类（1）正常周期性负荷。指遵循等值老化原则的负荷。（2）长期急救周期性负荷。这是由于系统中部分变压器长时间退出运行而引起。将导致运行变压器的老化加速，但不 直接危及绝缘的安全。（3）短期急救负荷。这是由于系统中发生了事故。运行变压器绕组热 点温度可能达到危险的程度，并可能 导致绝缘强度暂时下降。这种负荷的 持续时间一般应小于0.5h。 二、负荷超过额定值的效应三、负荷超过额定值运行时，电流和温度的限值国际电工标准建议有关部分的电 流和温度不要超过表113规定的限值，我国也作了相同或类似的规定。对表113的几点说明 114 变压器的正常过负荷能力变压

11、器的正常过负荷能力，是以不牺牲变压器的正常预期寿命为原则而制定的。寿命决定于 ，而 受到环境温度和负荷波动的影响。变压器在运行过程中，在时间间隔 内所损耗的寿命或老化程度 ，与绕组热点温度 呈指数上升关系， 愈高上升愈快。这意味着，高温时绝缘老化的加速远大于低温时绝缘老化的延缓。因此，就环境温度的影响而言，不能用一个平均温度来表示温度变化对绝缘老化的影响。就负荷波动的影响而言，根据等值老化原则，如果一部分时间内变压器欠负荷运行，则可以在另一部分时间内过负荷运行，只要在过负荷期间多损耗的寿命能得到欠负荷期间少损耗的寿命的补偿，仍可获得正常预期寿命。为简便起见，在考虑环境温度和负荷变化对绕组热点温

12、度的影响，亦即对变压器的正常过负荷能力的影响时，通常用等值空气温度代替实际变化的空气温度，用等值负荷曲线代替实际负荷曲线。 一、等值空气温度是指某一空气温度 ，如果在一定时间间隔 内维持此温度不变，当变压器图113 空气温度日变化曲线图114 = ()关系曲线带恒定负荷时的绝缘老化，等于空气温度 自然变化和同 样恒定负荷下的绝缘老化。设带恒定负荷时，绕组热点对环境的温升为 ，则上述概念用算式表示就是，即 两边取对数得 （1117）可近似认为 如图113所示，用公式表示为(1118)将式（1118）代入式（1117）得（1119） 曲线如图114所示。也可直接用下式计算 （1120） 图115

13、实际负荷曲线(实线)和 等值负荷曲线(虚线)二、等值负荷曲线的计算一般是将实际负荷曲线归算成两阶段式(即包含欠负荷段和过负荷段)等值负荷 曲线，如图115所示。等值负荷 是这样的负荷：它在实际负荷曲线的时间段 、 、 内所产生的热量和实际负荷 、 、 所产生的热量相等。1）对已投入运行的变压器，已知实际负荷曲线一般为以变压器的 为基准的标么值 ，或以变压器的 为基准的标么值 。有（1121） 由于 = / = / = ，式(1121)又可写成 （1122） 2）对待选择的变压器，已知实际负荷曲线一般为以变电所的 为基准的标么值，或以变电所的 为基准 的标么值。设一台运行时的负荷曲线以 为基准与

14、原变电所负 荷曲线(以 为基准)一致。当 1，即 时，均为过负荷段。 （1124） 三、正常容许过负荷可以采用两种方法判断：1.根据绝缘老化率 判断根据环境温度、实际负荷曲线及变压器的数据，计算变压器的老化率 。如果1，说明过负荷在容许范围内；如果 1，则不容许正常过负荷。2.根据容许过负荷倍数判断ON、OF冷却方式的中型和大型变压器在日等值气温为20时的正常过负荷曲 线，如图116所示。图中 和 分别表示两阶段负荷曲线中的欠负荷和过负荷系 数； 为过负荷容许持续时间（h）；受表113限制，虚线部分不能采用。 (a) (b)图116 正常过负荷曲线图（日等值空气温度+20） (a) 自然油循环变压器；(b) 强迫油循环变压器具体做法是：1）据实际负荷曲线，按 式(1121)或(1124)求出欠 、 过负荷期间的 和 ；2）据 及 ，从图11 6 (a)或(b)上查出容许的 ；3）将容许的 与实际计 算出的 比较，如前者大于 后者，则满足正常过负荷需 要；也可由容许的 和 计 算容许的过负荷值。 四、保证正常寿命损失的变压器最小容量的确定对待建的变电所，如果已知 、 及以 为基准的日负荷曲线。可通过 以下步骤确定保证正常寿命损失的变压器最小容量 （按变电所中装设2台同容量主变压器考虑）：1）计算当一台变压器退出时，另一台变压器必须承担的最大负荷 ，并明 确与最大负荷