变压器技术问答 (13)《变压器》杂志编辑部7 发热与冷却7.1 变压器为什么会发热 ? 它的温度是怎样分布的 ?变压器在运行时所产生的空载损耗和负载损耗都转变为热能 , 从而使变压器发热所发出的热量通过传导、对流和辐射的方式向周围冷却介质散出一面发热 , 一面散热 , 发热大于散热时变压器各部分温度就升高起来 , 发热与散热平衡时温度就保持一定数值 , 不再升高了这时的稳定温度就是通常所指的变压器各部分的温度变压器发热越大( 损耗越大 ) 、散热越小 , 则温度越高 , 需要足够的冷却装置才能将温度降到允许值变压器的热量主要来源于铁心和绕组 , 而且只有一定的温度差才能散热 , 所以变压器各部分温度是不一样的一般来说 , 绕组的温度最高 , 铁心的温度次之对每一部分来说 , 温度的高低也不一致 , 均是自下而上逐渐升高的但在最高处由于散热好些 , 所以温度也不是最高油浸自冷变压器各部分的温度分布大致如图 94 所示图 94 中每两条曲线的差值为温度差 , 温度差就是高温部分对低温部分的温升温度的分布中最主要的是最高温度 , 即最热点的位置 , 因为它对变压器的绝缘影响最大变压器最热点一般是在绕组高度方向的 3 $4 处 , 宽度向外方向的 1 $3 处。
一般只能测量变压器的顶层油温以及用电阻法测量绕组的平均温度直接测量绕组最热点温度是可以的 , 目前常采用间接测量的模拟式绕组测温装置 , 并已在记录方面或冷却器控制方面加以使用它如图 95 所示 , 在油中设置加热线圈或筒状加热器 , 借助于电流互感器按负载电流比例通以电流进行加热 , 并用刻度盘式温度计等测量温度图 95 中采用探测线圈 , 通过单臂电桥的不平衡电流变化能够读出它的电阻变化由电阻法求得的绕组平均温度可推测出最热点温度 , 然后调整电流互感器的电流比就能得到使仪表温度与最热点温度相一致的结果不过 , 用这种方法所达到的准确程度 , 还是难以置信的7.2 油浸式变压器的油系统是怎样的 ?油浸式变压器有几个互相隔离的独立油系统在油浸式变压器运行时 , 这些独立油系统的油是互不相通的 , 油质与运行工况也不相同 , 要分别做油中含气色谱分析以判断有无潜在故障a. 主体内油系统与绕组周围的油相通的油系统都是主体内油系统 , 包括冷却器或散热器内的油 ,储油柜内的油 , 35kV 及以下注油式套管内的油注油时必须将这个油系统内存储的气体用放气塞放出 , 一般而言 , 上述部件都应有各自的放气塞。
主体内油主要起绝缘与冷却作用油还可增加绝缘纸或绝缘纸板的电气强度 , 在真空注油时 , 如有些部件不能承受与主体油箱能承受的相同真空强度时 ,应用临时闸阀隔离 , 如储油柜与主油箱间的闸阀冷学 习之 友第 45 卷 第 1 期2008 年 1 月TRANSFORMERVol.45JanuaryNo.12008第 4 5 卷却 器 上 潜 油 泵 扬 程 要 够 , 以 免 由 于 负 压 而 吸 入 空 气 这 个 油 系 统 要 有 释 压 装 置 的 保 护 系 统 , 以 排 除 器 身有 故 障 时 所 产 生 的 压 力 b . 有 载 分 接 开 关 切 换 开 关 室 内 的 油 这 部 分 油有 本 身 的 保 护 系 统 , 即 流 动 继 电 器 、 储 油 柜 和 压 力 释放 阀 这 个 开 关 室 内 的 油 起 绝 缘 与 熄 灭 电 弧 的 作 用 油 会 在 切 换 开 关 切 断 负 载 电 流 时 产 生 电 弧 过 程 中 被裂 解 , 为 避 免 这 部 分 易 污 染 的 油 扩 散 到 主 体 的 油 中去 , 这 个 油 系 统 要 有 良 好 的 密 封 性 能 , 即 使 在 切 换 过程 中 产 生 电 弧 压 力 时 也 要 保 持 密 封 性 能 。
有 载 分 接 开 关 切 换 开 关 室 内 的 油 虽 与 主 体 内 油隔 离 , 但 在 真 空 注 油 时 , 为 避 免 破 坏 切 换 开 关 室 的 密封 , 应 与 主 体 内 油 同 时 真 空 注 油 , 在 真 空 注 油 时 , 使这 两 个 系 统 具 有 相 同 的 真 空 度 , 必 要 时 也 应 将 这 个系 统 的 储 油 柜 在 抽 真 空 时 隔 离 为 结 构 上 方 便 , 主 体的 储 油 柜 与 切 换 开 关 室 的 储 油 柜 设 计 成 一 互 相 隔 离的 整 体 c . 6 0 k V 及 以 上 电 压 等 级 的 全 密 封 套 管 内 的 油 这 个 油 系 统 内 的 油 主 要 起 绝 缘 作 用 , 或 增 加 油 纸 电容 式 套 管 内 绝 缘 纸 的 电 气 强 度 在 主 体 内 注 油 时 , 应将 套 管 端 部 接 线 端 子 密 封 好 , 以 免 进 气 d . 高 压 出 线 箱 内 的 油 或 电 气 出 线 箱 内 的 油 三相 5 0 0 k V 变 压 器 的 高 压 出 线 通 过 波 纹 绝 缘 盆 式 绝缘 隔 离 油 系 统 。
这 个 油 系 统 主 要 起 绝 缘 作 用 为 简 化 结 构 , 这 个 油 系 统 也 可 通 过 联 管 与 主 体内 油 系 统 相 联 , 或 设 计 成 单 独 的 油 系 统 e . 在 对 油 浸 式 变 压 器 进 行 各 种 绝 缘 试 验 时 , 首先 是 放 气 , 通 过 放 气 塞 释 放 可 能 存 储 的 气 体 , 通 过 各个 系 统 的 油 中 含 气 色 谱 分 析 可 以 预 判 有 无 潜 在 故障 每 一 油 系 统 都 要 满 足 运 行 的 要 求 , 如 吸 收 油 膨 胀与 收 缩 时 油 体 积 的 变 化 , 放 油 用 阀 门 、 放 气 塞 、 冷 却器 、 散 热 器 与 主 油 箱 的 隔 离 阀 等 每 一 油 系 统 都 具 有良 好 的 密 封 性 能 , 有 载 分 接 开 关 切 换 开 关 室 内 的 油应 能 单 独 更 换 而 不 放 出 主 体 内 油 , 运 输 时 主 体 内 油可 放 出 而 充 干 燥 氮 气 即 使 同 一 油 系 统 , 油 基 不 同 的 油 是 不 能 混 用 的 。
每 一 油 系 统 应 注 意 在 负 温 时 的 油 特 性 , 如 主 体内 的 油 在 负 温 时 油 的 粘 度 大 , 流 动 性 差 , 散 热 性 差 有 载 分 接 开 关 切 换 开 关 室 内 的 油 在 负 温 时 切 换 过 程加 长 , 使 过 渡 电 阻 温 升 增 加 对 超 高 压 油 浸 式 变 压 器 的 主 体 内 油 系 统 而 言 ,还 应 注 意 油 流 带 电 现 象 , 要 防 止 油 流 带 电 过 渡 到 油流 放 电 现 象 要 控 制 油 的 电 阻 率 、 各 部 分 油 速 和 释 放油 中 电 荷 的 空 间 等 7 . 3 油 浸 式 变 压 器 的 温 升 限 值 是 怎 样 得 来 的 ?变 压 器 的 温 升 , 对 于 空 气 冷 却 变 压 器 是 指 测 量部 分 的 温 度 与 冷 却 空 气 温 度 之 差 ; 对 于 水 冷 却 变 压器 是 指 测 量 部 分 的 温 度 与 冷 却 器 入 口 处 水 温 度 之差 变 压 器 运 行 在 海 拔 高 度 1 0 0 0 m 及 以 下 , 而 冷 却介 质 温 度 为 下 列 数 值 时 :最 高 气 温 : + 4 0 ℃最 高 日 平 均 气 温 : + 3 0 ℃最 高 年 平 均 气 温 : + 2 0 ℃最 低 气 温 : - 2 5 ℃ ( 适 用 于 户 外 式 变 压 器 )最 低 气 温 : - 5 ℃ ( 适 用 于 户 内 式 变 压 器 )水 冷 却 器 入 口 处 : + 2 5 ℃油 浸 式 变 压 器 的 绕 组 、 铁 心 及 变 压 器 油 的 温 升不 得 超 过 表 2 4 的 规 定 。
为 什 么 规 定 油 浸 式 变 压 器 的 绕 组 温 升 限 值 为6 5 K ? 这 是 因 为 绕 组 温 升 是 根 据 绕 组 最 热 点 温 度 为9 8 ℃ 而 确 定 的 9 8 ℃ 所 产 生 的 绝 缘 损 坏 为 正 常 损 坏 ,而 保 证 变 压 器 正 常 寿 命 的 年 平 均 气 温 是 2 0 ℃ , 绕 组最 热 点 与 平 均 温 度 之 差 为 1 3 K , 所 以 绕 组 标 准 温 升升 限 值 为 :9 8 - 2 0 - 1 3 = 6 5 K为 什 么 规 定 油 顶 层 温 升 限 值 为 5 5 K ? 这 是 因 为油 正 常 运 行 的 最 高 温 度 9 5 ℃ , 最 高 气 温 为 4 0 ℃ , 所以 油 顶 层 标 准 温 升 限 值 为 :9 5 - 4 0 = 5 5 K当 本 体 内 的 油 不 与 大 气 接 触 时 油 正 常 运 行 最 高温 度 为 1 0 0 ℃ 对 于 冷 却 方 式 为 强 油 循 环 的 变 压 器 , 为 了 保 证绕 组 最 热 点 温 度 不 超 过 9 8 ℃ , 实 际 油 顶 层 温 升 则 不应 超 过 4 0 K 。
根 据 国 际 电 工 委 员 会 推 荐 的 计 算 方 法 :绕 组 最 热 点 温 度 = 油 顶 层 温 升 + 绕 组 最 热 点 与油 顶 层 的 温 差 + 年 平 均 气温 = 4 0 + 3 8 + 2 0 = 9 8 ℃所 以 强 油 冷 却 变 压 器 的 油 顶 层 温 升 已 定 为4 0 K 强 油 冷 却 的 变 压 器 油 顶 层 温 升 若 按 标 准 5 5 K控 制 , 绕 组 最 热 点 温 度 将 会 大 于 9 8 ℃ 运 行 部 门 如控 制 油 顶 层 温 度 是 8 5 ℃ , 基 本 上 可 保 证 绕 组 最 热 点表 2 4 油 浸 式 变 压 器 的 温 升 限 值部 位 温 升 限 值 =K绕 组 : 绝 缘 的 耐 热 等 级 A 6 5 ( 电 阻 法 测 量 的 平 均 值 )顶 层 油 5 5 ( 温 度 计 测 量 值 )铁 心 本 体6 0 ( 油 不 与 大 气 接 触 时 使 相 邻绝 缘 材 料 不 损 伤 的 温 升 )油 箱 及 结 构 件 表 面 3 04 4《 变 压 器 》 杂 志 编 辑 部 : 变 压 器 技 术 问 答 ( 1 3 )第 1 期的 温 度 为 9 8 ℃ 。
7 . 4 变 压 器 冷 却 方 式 有 哪 几 种 ? 各 种 冷 却 方 式 有 什么 特 点 ?变 压 器 冷 却 方 式 是 由 冷 却 介 质 种 类 及 其 循 环 种类 标 志 的 冷 却 介 质 种 类 和 循 环 种 类 采 用 的 字 母 代号 , 如 表 2 5 所 示 冷 却 方 式 由 两 个 或 四 个 字 母 代 号 标 志 , 依 次 为绕 组 冷 却 介 质 及 其 循 环 种 类 ; 外 部 冷 却 介 质 及 其 循环 种 类 如 干 式 自 冷 方 式 表 示 为 A N ; 油 浸 自 冷 方 式表 示 为 O N A N 等 等 变 压 器 常 用 的 冷 却 方 式 有 如 下 几 种 :a . 干 式 自 冷 式 ( A N ) 一 般 只 用 于 小 容 量 变 压器 由 于 空 气 比 油 的 冷 却 作 用 差 , 因 此 电 流 密 度 要选 得 低 一 些 b . 干 式 风 冷 式 ( A F ) 绕 组 下 部 设 有 风 道 并 用 冷却 风 扇 吹 风 , 使 散。