第12章 电力变压器的运行(修改)

利用正常过负荷曲线确定过负荷倍数的方法： 1）将实际连续变化的负荷曲线化为多段式负荷曲线。 2）将多段式负荷曲线归算为两段式等值负荷曲线,计算出欠负 荷系数K1。
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3）根据K1和过负荷时间T，从图12-1中过负荷曲线上查出过负 荷倍数K2。
图12-1 正常过负荷曲线（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
油浸式变压器温升分布图
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3. 温升计算中的基本关系为 绕组对空气的温升 = 油对空气的温升 + 绕组对油的温升 绕组的温度 = 空气温度 + 油对空气的温升 + 绕组对油的温升 4. 变压器各部分的允许温升 我国国家标准（GB）规定变压器的额定使用条件为：最高气 温 +40℃；最高日平均气温+30℃；最高年平均气温+20℃；最 低气温-30℃；变压器各部分的温升不得超过下表中的数值。
显然，相对老化率为v与运行时间T的乘积即为损失的寿命zT 。
z T T
如果在T时间内绕组热点温度是随时间变化的（用θt表示），则 损失的寿命为
zT

T
vdt
■
0

T
e P ( t 98) d t
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0
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计算相对老化率的计算以2为底较方便，则
zN log 2e P ( 98 ) P ( 98 ) e 2 2 P ( 98 ) log2e z
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3. 变压器的绝缘老化现象
1)变压器的绝缘老化：高温、湿度、氧化和油中分解的劣化物 质等物理化学作用的影响，使其绝缘材料逐渐失去其机械强度 和电气强度。 2)高温是绝缘老化的主要原因，绝缘的工作温度越高，绝缘老 化速度越快，变压器的使用寿命越短。 3)机械损伤使电气强度下降：老化的绝缘材料纤维组织失去弹 性，材料变脆，只要没有机械损伤，仍可有相当高的电气强度。 但在电磁振动和电动力的作用下很容易产生机械损伤使材料破 损，失去电气强度。
根据试验和统计资料可以得出
98
P ( 98 ) 2 0.693
0.693 6 P
则
v2
6
和
z zN 2

98
6
这意味着绕组温度每增加6℃，老化加倍，绝缘使用寿命缩短 一半，此即绝缘老化的六度规则（油浸变压器）。 例如，绕组热点在104℃下的老化率为2，运行24h损失的寿命 为2×24h=48h，寿命减少了一半。
变压器各部分的允许温升 （单位：℃）
强迫油循环风冷 65 30 35 45 强迫油循环导向风冷 70 30 40 45 自然油循环 绕组对空气的平均温升 绕组对油的平均温升 油对空气的平均温升 顶层油对空气的温升 65 21 44 55护
五、变压器的绝缘老化 1. 平均温度δav不能表示变化的温度对绝缘老化的影响 变压器的绝缘老化速度与绕组温度呈指数函数非线性关系，在 高温时绝缘老化的加速远远大于低温时绝缘老化的延缓。 2. 等值空气温度 等值空气温度δeq ：指某一空气温度，如果在一定时间间隔内 维持此温度和变压器所带负荷不变，变压器所遭受的绝缘老化 等于空气温度自然变化时的绝缘老化。 1) 等值空气温度高于平均空气温度一个数值，这是由于高温时 绝缘老化加速远远大于低温时绝缘老化延缓的结果。 2) 我国广大地区的年等值空气温度为20℃，则绕组最热点温度 为：65℃+13℃+20℃=98℃。所以我国变压器的额定容量不必 根据气温情况加以修正，冬夏寿命损失自然补偿，就可以有正 常的使用寿命，但在考虑变压器的过负荷能力时应考虑等值空 气温度的影响。
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第十二章
电力变压器的运行
第一节 变压器的负荷能力
第二节 变压器的并列运行 第三节 变压器的运行与维护 第四节 变压器的异常运行与分析
本章计划学时:2 ~ 4学时
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电气设备运行及维护
电力变压器是发电厂和变电所中重要的一次设备之一，随 着电力系统电压等级的提高和规模的扩大，升压和降压的层次 增多，系统中变压器的总容量已达发电机装机容量的7~10倍。 可见电力变压器的运行是电力生产中非常重要的环节。本章着 重介绍电力变压器运行与维护中的基本理论。
3) 绕组最热点温度等于热点温升加上环境温度，如果绕组最热 点温度超过额定的数值，则这种事故过负荷是不允许的。
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下页表中列出了我国标准规定的自然油循环中、大型电力变压 器事故过负荷1h的日寿命损失天数（以“正常日”数表示，即 一个“正常日”寿命损失等效于变压器在环境温度20℃及额定 负载条件下，运行1天）。表中K1表示事故过负荷前等值负荷 系数，K2表示事故过负荷倍数，表中“＋”符号表示即使在最 低环境温度下也不容许运行。表中列出的是环境温度为+20℃ 时的日寿命损失（天），如果环境温度不等于20℃，应分别乘 以下表中所列的修正系数。
冷却方式
｛
自然油循环冷却 强迫油循环风冷或水冷 导向强迫油循环冷却
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散热特点：
1) 变压器的各发热元件如铁心、高压绕组、低压绕组等所产 生的热量都传递给油，其发热过程是独立的，只与本身的损耗 有关； 2) 在散热过程中引起各部分之间的温度差别很大； 3) 变压器主要有两个散热区段。 一段是热量由绕组和铁心表面以对流方式传递到变压器 油中，这部分约占总温升的20~30%； 另一段是热量由油箱壁以对流方式和辐射方式扩散到周 围空气中，这部分约占总温升的60~70%；
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12-2
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第一节 变压器的负荷能力
一、变压器的负荷能力 1)变压器的额定容量即铭牌容量：其含义是在制造厂所规定的 额定环境温度下，保证变压器有正常使用寿命（约20~30年）所 能长时间连续输出的最大功率。 2)变压器的负荷能力：指变压器在短时间内所能输出的功率， 在一定条件下，为满足负荷的需要，它可能超过额定容量。 负荷能力的大小和持续时间取决于：①变压器的电流和温度容 许限值；②负荷变化和周围环境温度以及绝缘老化不超过绝缘 的正常老化。 二、负荷超过额定容量运行时的温度和电流的限值 变压器的负荷超过额定容量运行时，将产生不良效应，此时要 求其电流和有关部分的温度不超过表12-1的规定。
当λ >1 时，变压器的老化大于正常老化，预期寿命缩短； 当λ <1 时，变压器的负荷能力未得到充分利用； 当λ =1 时，变压器有正常的使用寿命，它也是变压器正常过负 荷运行的主要依据。
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七、变压器的正常过负荷 1. 原则：不增加变压器寿命损失，即平均相对老化率λ≤1。 2. 理论依据：等值老化原则，寿命损失相互补偿 。 3. 正常过负荷是有计划的、主动实施的过负荷。 为了简化计算，实际运行中，常采用查正常过负荷曲线的方 法确定过负荷值。其中日等值空气温度为20℃时的自然油循 环和强迫油循环变压器的过负荷曲线如图12-1a和图12-1b所示。 图中图中K1和K2分别表示两段式负荷曲线中的欠负荷系数和 过负荷倍数，T为过负荷的容许持续时间。自然油循环环变压 器的过负荷倍数不能超过1.5, 强迫油循环变压器的过负荷倍数 不能超过1.3，也即图中虚线部分。
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【例12-1】变压器容量为10000kVA，利用过负荷曲线，求变压 器历时4h的过负荷值。 解 欠负荷系数为0.7,过负荷时间为4h，查图9-6a曲线得 过负荷倍数K2=1.29 过负荷值为 1.29×10000kVA=12900 kVA
【例12-2】 某自然油循环变压器，当地日等值空气温度为 20℃，负荷曲线如图12-2所示，求历时4h的过负荷倍数。

T
e P (t 98)d t T e P (9898) T
0
2)平均相对老化率：变压器在一定的时间间隔T内实际所损失 的寿命与恒温98℃运行时的正常寿命损失T的比值。
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T 0
e P ( t 98 )d t T
1 T

T 0
e P ( t 98 )d t
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12-11
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4. 变压器的预期寿命和绕组最热点温度之间的关系 电力变压器常采用A级绝缘（油浸电缆纸），在80~140℃的范 围内，变压器的寿命和绕组最热点温度之间的关系为
z A e P
式中，A为常数；P为温度系数。 5. 变压器的绝缘老化定律 采用A级绝缘材料的变压器绕组，最热点温度维持在98℃，变 压器能获得正常预期寿命20~30年，其每天的寿命损失为正常 日寿命损失。变压器的正常预期寿命和绕组最热点温度之间的 关系为
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12-3
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三、变压器的发热和散热
变压器在运行时，绕组、铁心和附加的电能损耗都将转变成热 能，使变压器各部分的温度升高。上图示出了油浸式变压器中 各部分温度的分布情况。
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(1)发热特点
1)变压器的各部分的发热很不均匀：绕组温度最高，最热点在 高度方向的70%~75%，径向温度最高处位于绕组厚度（自内 径算起）的1/3处。 2)铁心、高压绕组、低压绕组的发热互不关联：所产生的热量 都传给油，热量被循环流动的油带走。 (2)散热特点 散热过程
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六、等值老化原则 变压器绕组最热点温度维持在98℃，变压器能获得正常使用寿 命，但变压器在运行中，绕组温度受环境温度和负荷波动的影 响，不可能维持在98℃不变。这种情况下变压器如何获得正常 的使用寿命？等值老化原则回答了这个问题 。 1)等值老化原则：在一定的时间间隔T内，一部分时间内绕组温 度高于98℃，而在另一部分时间内绕组温度低于98℃，只要使 变压器在温度高于98℃时所多损失的寿命与温度低于98℃时少 损失的寿命相互补偿，变压器的预期寿命可以和绕组温度维持 在98℃运行时的预期寿命相同。它可以用下式表示：
八、变压器的事故过负荷 系统发生局部故障或变电所的某台变压器故障被切除，使部分 不能切除的负荷转移到其它变压器上时，这些变压器的负荷会 超过正常过负荷值很多，称为事故过负荷或短期急救负载。 1. 制定原则：在事故情况下，保证不间断供电、避免停电造成 更大的损失是首要任务，防止变压器寿命损失加速是次要的， 所以，事故过负荷是以牺牲变压器正常使用寿命为代价的。 2. 具体要求： 1) 事故过负荷时，λ 可能远大于1，绝缘老化加速，为了防止 严重影响变压器的使用寿命，事故过负荷时绕组最热点温度不 得超过140℃,电流不得超过额定电流的2倍。 2) 事故过负荷后应加强冷却，尽快转移负荷或减负荷，使变压 器尽快回到正常过负荷范围内。
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散热过程：
绕组和铁心内部的热量
传导
导体和铁心的表面
对流
变压器油
对流
油箱和散热器的内表面
传导
油箱和散热器的外表面
对流和辐射
周围空气
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四、变压器的温升 1. 变压器的发热很不均匀，油浸式变压器的温升从底部到顶部， 绕组(CD)和油(AB)的温升都近似呈线性增加（在任意高度，绕 组对油的温差均为一常数g）。 2. 为了全面反映变压器的温升情况，绕组和油的温升通常都用 其平均温升和最大温升来表示。 (1) 绕组和油的平均温升是指整个绕组和全部油的温升的平均值 （M点和N点）。 (2) 绕组的最大温升是指绕组最热点 (E点) 的温升，由于杂散损耗增加， 它大于绕组的平均温升（D点）。 油的最大温升是指顶层油(B点)的温 升。
z N A e P98
相对预期寿命z*
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12-12
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z A e P z e P ( 98 ) z N A e P 98 相对预期寿命z*的倒数称为相对老化率，即 zN e P ( 98) z 它表明了变压器在绕组热点温度为任意温度θ下运行单位时间 损失的正常寿命。
解 依等值发热得
K1
2 2 2 I 1 t1 I 2 t 2 I n t n t1 t 2 t n
0.3 2 8 0.8 2 4 0.5 2 8 0.514 848
查图9-6a曲线得过负荷倍数得K2=1.33。
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