关于新形势下大型变压器过负荷能力计算重要性分析

关于新形势下大型变压器过负荷能力计算重要性分析

摘要：随着社会和科学技术的不断发展进步，电能的重要性愈加显突出，本文主要分析了大型电力变压器的正常过负荷和事故过负荷运行能力，根据《负载导则》的计算方法对变压器的过负荷能力进行了全面分析，提出一种新的较为保守的计算原则，并对该方法的计算结果和原标准的结果进行了对比分析，给出计算实例。

关键词：大型变压器；过负荷；计算；分析；

中图分类号：tm4文献标识码： a 文章编号：

1变压器过负荷运行能力的分析

1.1变压器的正常过负荷能力

不断增长的需要. 变压器过负荷运行能力的分析:变压器的绝缘寿命通常为20～30年，在此期间变压器可承受电力系统中的各种过电压、过电流和长时间运行电压。变压器绝缘的老化与负荷和冷却介质温度有密切的关：变压器负荷高或冷却介质温度高，导致绝缘的温度高、绝缘老化加速、绝缘寿命缩短。变压器在运行中，负荷和冷却介质温度随着时间和季节的变化而波动。特别是负荷曲线上的高峰时段，有可能出现过负荷运行，过负荷运行时间一般较短。所谓正常过负荷，就是在一个时间周期（通常是24h）内，过负荷时绝缘寿命的过度损失可由其他负荷较轻时间来补偿，在这种情况下可认为是与正常环境温度下施加额定负载时是等效的，变压器可长期安全运行。

1.2变压器的事故过负荷能力

电力系统中发生事故时，由于系统中的负荷重新分配，将有可能出现部分变压器的负荷严重超过额定值或过负荷持续较长时间的情况。这时，为了向电力用户输送不间断的电力，变压器的绝缘寿命可能会有一个不长时间的加速损耗，但只要不导致变压器的故障，这种“加速损耗”是值得的。变压器的事故过负荷会牺牲绝缘的部分“正常寿命”，不能作为变压器的正常过负荷能力。

2过负荷能力计算

2.1绝缘的热点温度计算

变压器的绝缘老化是受温度影响引起，与固体绝缘材料直接接触的金属部分最热点地方的绝缘材料老化速度最快，并最终决定着整个变压器绝缘的寿命。因此，将绝缘热点温度定义为变压器绕组绝缘最热区的温度，它是直接影响绝缘老化的关键因素，也是限制变压器过负荷运行能力的主要条件，目前已有直接的测量方法。但由于探测元件难以埋设在绝缘的最热点（因为最热点的不确定性和探测元件本身的技术可行性），因此在大量模拟试验的基础上，在工程上是以计算的方法估算出最热点的温升。变压器的最热点温度由4个部分组成：顶层油温升、绕组平均温升与油平均温升之差g、考虑杂散损耗等后最热点温升比绕组顶部平均温升升高的部分以及环境温度。

对于强迫油循环冷却的变压器，最热点温度计算公式为：

（1）

式中，为最热点温度，℃；为冷却介质（环境温度），℃；为温

升试验测得的顶部油温升，k；为温升试验测得的绕组平均温升，k；为温升试验测得的油平均温升，k；r为变压器的负载损耗和空载损耗的比；h为热点系数，大型变压器取1.3；k为变压器负荷系数（为额定负荷的倍数）。

随着温度的升高，变压器油的粘度和线圈的电阻都将发生变化，对于自然油循环冷却和强迫油循环冷却的变压器，油流速度主要由油温度决定，油粘度的变化将抵消导线电阻变化的影响；对于强迫油循环导向冷却的变压器，油流速度主要由油泵决定，油粘度对温升的影响较小，必须考虑导线电阻变化的影响：校正后的热点温度计算公式为：

（2）

式中，为用公式（1）计算出的热点温度，℃；为额定条件下的热点温度，℃。

2.2绝缘的热老化率

绝缘材料老化速率取决于绕组的最热点温度根据gb1094标准设计的变压器，在额定负载和正常环境温度下，最热点温度的基准值为98℃，即环境温度20℃时额定绕组温升65k，绕组最热点与平均温度差值为13k，热点温度=35+13+20=98℃。在此温度下，变压器相对老化率为，绝缘具有20～30年的正常寿命。当最热点温度每升高6℃，寿命损失增加1倍；每降低6℃寿命损失将减少一。即相对老化率的计算公式为：

（3）

2.3计算原则

广东省多运行中的变压器，按制造厂的温升试验结果推算，在环境温度20℃时最热点温度只有80～90℃。此时如仍以《负载导则》推荐的98℃作为基准值，并以6℃法则计算绝缘的相对老化率，将会得到在额定负载的情况下绝缘寿命比正常高几倍的结果。实际上，变压器并不是真的具有这么高过负荷能力。通过以上分析，变压器的最热点温度并不是实测得到。而是通过顶层油温升和绕组平均温升计算出来，当变压器运行负荷超过额定负荷时，漏磁通增加将导致金属部件因附加涡流损耗增加而发热增加，对于大型变压器尤其显著。

3算例和分析

以某500kv变压器为例进行计算。该主变为容量为250mva的单相变压器，冷却方式为强迫油循环导向，变压器的出厂试验数据：空载损耗57.8kw，负载损耗384.2kw。额定条件下，顶层油温升37.8k，油平均温升33.9k，线圈平均温升56.1k，由此计算出在环境温度20℃额定负荷下的绝缘热点温度为86.7℃。需要指出，该变压器系强迫油循环导向冷却方式因此在计算线圈热点温度时采

用式（2），计入因绕组电阻增加而导致的损耗和热点温度的增加按照国家标准规定变压器正常过负荷时的最大允许电流为1.3倍额定电流。变压器热特性参数见1正常过负荷能力计算结果见表2。

表1变压器热特性参数比较

表2500kv主变正常过负荷能力计算结果

注：环境温度为20℃起始负荷为0.5。

在环境温度为40℃，起始负荷为0.8时，允许的事故过负荷运行时间如表3所示.国家标准关于短时急救负荷时，变压器绕组电流不得大于1.5倍额定电流的规定，适用于事故过负荷的电流限制。因此，事故过负荷计算到1.5倍过负荷倍数为止。

表3事故过负荷运行时间

由以上2种方法的计算结果可见，在相同环境温度及起始负荷的条件下，采用该变压器实际温升试验数据计算出的正常过负荷能力和《负载导则》的曲线基本吻，且有一定的提。以1.1倍额定负荷为例，按实际参数计算结果可运行433mm，比查曲线的结果360min 提高了大约20%。但如果仍采用国标的典型参数计算的结果，则不符合实际。从计算的数据分析，以实际变压器参数计算的结果既能保证变压器安全稳定运行，又释放了裕度，尽量挖掘变压器的实际过负荷能力，满足实际运行的需要。事故过负荷允许运行时间是按热点温度140℃为限值的计算结果，与厂家给出的事故过负荷能力接近。

4结论

总之，电力，是一种宝贵的资源，在我们的生产生活中离不开它。变压器在正常运行过程中，绝缘始终承受着热老化作用，这种老化