大型油浸式电力变压器过负荷能力及热点温度计算实例

沈勇革，冯旺华

（重庆钢铁股份有限公司能控中心，重庆 401220）

大型油浸式电力变压器过负荷能力及热点温度计算实例

沈勇革，冯旺华

（重庆钢铁股份有限公司能控中心，重庆 401220）

通过参照《油浸式电力变压器负荷导则》对一台大型油浸式电力变压器热点温度及允许过负荷时间进行理论计算，作为变压器过负荷运行情况的参考。

变压器；过负荷能力；热点温度；计算

前言

电力变压器在运行中，在高温季节及大负荷情况下，变压器会出现过负荷运行。从现有变压器设计和型式试验的热特性数据来看，变压器有一定过负荷潜力。依据国家电网电费政策，挂网运行的变压器按容量收取基本电费，如笔者所在单位220 kV/120 MVA变压器基本电费约为每月330万元。

变压器的绝缘寿命通常为10～20年，变压器负荷高或冷却介质温度高，导致绝缘的温度高、绝缘老化加速和绝缘寿命缩短。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24 h）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。

在保证变压器安全运行及不影响其寿命的情况下，如何充分挖掘变压器的负荷能力，对降低用电成本，提高设备使用寿命意义重大。在本文中，笔者依据依据GB/T 15164-94《油浸式电力变压器负荷导则》（以下简称导则）对本单位的220 kV/120 MVA变压器进行过负荷能力及热点温度估算，以期对变压器过负荷运行提供一定的理论支撑。

1 电力变压器绝缘的热点温度的计算

1.1 电力变压器热点温度的含义

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。

1.2 电力变压器热点温度计算公式

笔者所在单位运行的220 kV/120 MVA变压器在出厂时未安装直接测量最热点温度的设备，无法直接测量最热点的温度。故需按导则中的相关规定以计算的方法估算出最热点的温升。对于ON冷却方式的电力变压器，在任何负载下的最热点温度等于环境温度、顶层油温升和热点与顶层油之间的温度差等三者之和。计算公式如下：

稳态温度方程式：

1.3 相对热老化率及运行时间

按导则9.2条规定：在热点温度98℃下相对热老化率为1，此热点温度在与“在环境温度为20℃”和热点温升为78 K下运行”相对应。相对热老化率公式为：

导则规定：如果在运行时间内的负载和环境温度不变，其寿命的相对损失为V×t（t表示运行时间）。也就是说当V越大，变压器的寿命损失时间会越大。

例如在24 h的运行周期中，当V为1，变压器可安全可靠的持续运行24 h，但当V为2时，变压器在这一周期内只能运行12 h，才能保证变压器的正常使用寿命。

以24 h为一个周期，计算变压器允许运行时间：

2 电力变压器热点温度及热老化率实例计算

2.1 典型热特性参数

选用导则中在额定条件下油浸式电力变压器ONAF（中、大型电力变压器）的典型热特性参数如下：

油的指数 x：0.9；

绕组指数 y：1.6；

损耗比 R：6；

热点系数H：1.3；

油时间常数 τ0：2.5 h；

环境温度θa：20℃；

热点温升 Δθhr：78 K；

绕组平均温升 Δθwr：63 K；

热点对绕组顶部油的温差Hgr：26 K；

油平均温升 Δθimr：43 K；

绕组顶部油温升 Δθir：52 K；

底部油温升 Δθbr：34 K。

对于 ON 冷却方式，认为 Δθir＝Δθor。

2.2 变压器主要参数

220 kV/120 MVA电力变压器参数如下：

额定容量：120000/120000/60000 kVA；

空载损耗：75 kW；

负载损耗：高压－中压：394.3 kW；

中压－低压：94.5 kW；

高压－低压：129.1；

冷却方式：ONAN/ONAF。

2.3 变压器其他参数计算

2.3.1 变压器负载损耗变压器负载损耗

因该变压器低压线圈供电负荷为补偿电容器组。且日常运行时电容器一般很少投入三组，故变压器负载损耗计算公式简化为：

2.3.2 变压器损耗比

2.3.3 负荷率

3 计算实例

使用式（1）～（3）对变压器相关运行参数的计算结果。

3.1 计算说明

负荷计算范围为：90 MVA至160 MVA；环境温度范围为：25℃至42℃，以每上升2℃制作一个数据表。部分计算结果见表1。

3.2 负荷与允许运行时间关系见图1

图1 负荷及环境温度与允许运行时间关系图

4 变压器负荷能力计算数据表的意义

从表1及图1中可以看出环境温度的升高与负荷的增加，变压器运行时间呈指数趋势变化。如变压器达到额定负荷（120 MVA），环境温度在25℃时，运行时间约为13 h，当环境升至30℃时，运行时间约仅为9 h。

表1 变压器热点温度及允许运行时间计算表（部分）

表1中的计算结果是根据导则表2的典型热特性数据计算，需要说明的是，导则因变压器相关的热特性数据不全，以及计算方法是理论公式，计算数据不一定精准。但表中的数据反映出的变压器在不同负荷及环境温度情况下的运行时间所表现出来的趋势，对实际运行有一定的参考价值。表1中的数据可作为实际运行的变压器在相应的环境温度及负荷条件下过负荷运行的时间的参考。

5 结束语

本文通过参照《油浸式电力变压器负荷导则》对一台电力变压器热点温度及运行时间进行了计算，对变压器运行有一定的参考价值。新版的《电力变压器负荷导则》对热点温度的计算方法有所变化，笔者也期待能够将其用于指导运行。

对于电力系统运行，笔者更倾向于能够通过专用设备实时测量准确掌握包含变压器在内的电力设备的各类运行参数。

[1]GB/T 15164-94，油浸式电力变压器负荷导则[S].

[2]刘润.变压器过负荷运行研究[J].现代商贸工业，2009，24.

[3]卞超，李军.大型电力变压器过负荷能力计算[J].江苏电机工程，2005，02.

[4]胡惠然，卢理成.湖北电网110～ 220 kV主要电力变压器过负荷能力分析[J].湖北电力，2004，12.

Overload Capacity and Hot Spot Tem perature Calculation of Large Oil-immersed Electricity Transformer

SHEN Yongge，FENG Wanghua
（Energy Sources Center of Chongqing Iron and Steel Co.Ltd,Chongqing 401220,China）

In this paper,the hot spot temperature and allowable overload time of a large oil-immersed power transformer are theoretically calculated with referring to the load guidance of oil-immersed power transformer,to provide reference for transformer overload operation.

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TM41

B

1006-6764(2018)01-0007-03

2017－09－15

沈勇革（1963－），男，1985年毕业于重庆大学电力工程系，高级工程师，现从事电力技术研究工作。