沈勇革，馮旺華

（重慶鋼鐵股份有限公司能控中心，重慶 401220）

大型油浸式電力變壓器過(guò)負(fù)荷能力及熱點(diǎn)溫度計(jì)算實(shí)例

沈勇革，馮旺華

（重慶鋼鐵股份有限公司能控中心，重慶 401220）

通過(guò)參照《油浸式電力變壓器負(fù)荷導(dǎo)則》對(duì)一臺(tái)大型油浸式電力變壓器熱點(diǎn)溫度及允許過(guò)負(fù)荷時(shí)間進(jìn)行理論計(jì)算，作為變壓器過(guò)負(fù)荷運(yùn)行情況的參考。

變壓器；過(guò)負(fù)荷能力；熱點(diǎn)溫度；計(jì)算

前言

電力變壓器在運(yùn)行中，在高溫季節(jié)及大負(fù)荷情況下，變壓器會(huì)出現(xiàn)過(guò)負(fù)荷運(yùn)行。從現(xiàn)有變壓器設(shè)計(jì)和型式試驗(yàn)的熱特性數(shù)據(jù)來(lái)看，變壓器有一定過(guò)負(fù)荷潛力。依據(jù)國(guó)家電網(wǎng)電費(fèi)政策，掛網(wǎng)運(yùn)行的變壓器按容量收取基本電費(fèi)，如筆者所在單位220 kV/120 MVA變壓器基本電費(fèi)約為每月330萬(wàn)元。

變壓器的絕緣壽命通常為10～20年，變壓器負(fù)荷高或冷卻介質(zhì)溫度高，導(dǎo)致絕緣的溫度高、絕緣老化加速和絕緣壽命縮短。變壓器在運(yùn)行中，負(fù)荷和冷卻介質(zhì)溫度隨著時(shí)間和季節(jié)的變化而波動(dòng)。特別是負(fù)荷曲線上的高峰時(shí)段，有可能出現(xiàn)過(guò)負(fù)荷運(yùn)行。過(guò)負(fù)荷運(yùn)行時(shí)間一般較短。所謂正常過(guò)負(fù)荷，就是在一個(gè)時(shí)間周期（通常是24 h）內(nèi)，過(guò)負(fù)荷時(shí)絕緣壽命的過(guò)度損失可由其他負(fù)荷較輕時(shí)間來(lái)補(bǔ)償，在這種情況下可認(rèn)為是與正常環(huán)境溫度下施加額定負(fù)載時(shí)是等效的，變壓器可長(zhǎng)期安全運(yùn)行。

在保證變壓器安全運(yùn)行及不影響其壽命的情況下，如何充分挖掘變壓器的負(fù)荷能力，對(duì)降低用電成本，提高設(shè)備使用壽命意義重大。在本文中，筆者依據(jù)依據(jù)GB/T 15164-94《油浸式電力變壓器負(fù)荷導(dǎo)則》（以下簡(jiǎn)稱導(dǎo)則）對(duì)本單位的220 kV/120 MVA變壓器進(jìn)行過(guò)負(fù)荷能力及熱點(diǎn)溫度估算，以期對(duì)變壓器過(guò)負(fù)荷運(yùn)行提供一定的理論支撐。

1 電力變壓器絕緣的熱點(diǎn)溫度的計(jì)算

1.1 電力變壓器熱點(diǎn)溫度的含義

變壓器的絕緣老化是受溫度影響引起，與固體絕緣材料直接接觸的金屬部分最熱點(diǎn)地方的絕緣材料老化速度最快，并最終決定著整個(gè)變壓器絕緣的壽命。因此，將絕緣熱點(diǎn)溫度定義為變壓器繞組絕緣最熱區(qū)的溫度，它是直接影響絕緣老化的關(guān)鍵因素，也是限制變壓器過(guò)負(fù)荷運(yùn)行能力的主要條件。

1.2 電力變壓器熱點(diǎn)溫度計(jì)算公式

筆者所在單位運(yùn)行的220 kV/120 MVA變壓器在出廠時(shí)未安裝直接測(cè)量最熱點(diǎn)溫度的設(shè)備，無(wú)法直接測(cè)量最熱點(diǎn)的溫度。故需按導(dǎo)則中的相關(guān)規(guī)定以計(jì)算的方法估算出最熱點(diǎn)的溫升。對(duì)于ON冷卻方式的電力變壓器，在任何負(fù)載下的最熱點(diǎn)溫度等于環(huán)境溫度、頂層油溫升和熱點(diǎn)與頂層油之間的溫度差等三者之和。計(jì)算公式如下：

穩(wěn)態(tài)溫度方程式：

1.3 相對(duì)熱老化率及運(yùn)行時(shí)間

按導(dǎo)則9.2條規(guī)定：在熱點(diǎn)溫度98℃下相對(duì)熱老化率為1，此熱點(diǎn)溫度在與“在環(huán)境溫度為20℃”和熱點(diǎn)溫升為78 K下運(yùn)行”相對(duì)應(yīng)。相對(duì)熱老化率公式為：

導(dǎo)則規(guī)定：如果在運(yùn)行時(shí)間內(nèi)的負(fù)載和環(huán)境溫度不變，其壽命的相對(duì)損失為V×t（t表示運(yùn)行時(shí)間）。也就是說(shuō)當(dāng)V越大，變壓器的壽命損失時(shí)間會(huì)越大。

例如在24 h的運(yùn)行周期中，當(dāng)V為1，變壓器可安全可靠的持續(xù)運(yùn)行24 h，但當(dāng)V為2時(shí)，變壓器在這一周期內(nèi)只能運(yùn)行12 h，才能保證變壓器的正常使用壽命。

以24 h為一個(gè)周期，計(jì)算變壓器允許運(yùn)行時(shí)間：

2 電力變壓器熱點(diǎn)溫度及熱老化率實(shí)例計(jì)算

2.1 典型熱特性參數(shù)

選用導(dǎo)則中在額定條件下油浸式電力變壓器ONAF（中、大型電力變壓器）的典型熱特性參數(shù)如下：

油的指數(shù) x：0.9；

繞組指數(shù) y：1.6；

損耗比 R：6；

熱點(diǎn)系數(shù)H：1.3；

油時(shí)間常數(shù) τ0：2.5 h；

環(huán)境溫度θa：20℃；

熱點(diǎn)溫升 Δθhr：78 K；

繞組平均溫升 Δθwr：63 K；

熱點(diǎn)對(duì)繞組頂部油的溫差Hgr：26 K；

油平均溫升 Δθimr：43 K；

繞組頂部油溫升 Δθir：52 K；

底部油溫升 Δθbr：34 K。

對(duì)于 ON 冷卻方式，認(rèn)為 Δθir＝Δθor。

2.2 變壓器主要參數(shù)

220 kV/120 MVA電力變壓器參數(shù)如下：

額定容量：120000/120000/60000 kVA；

空載損耗：75 kW；

負(fù)載損耗：高壓－中壓：394.3 kW；

中壓－低壓：94.5 kW；

高壓－低壓：129.1；

冷卻方式：ONAN/ONAF。

2.3 變壓器其他參數(shù)計(jì)算

2.3.1 變壓器負(fù)載損耗變壓器負(fù)載損耗

因該變壓器低壓線圈供電負(fù)荷為補(bǔ)償電容器組。且日常運(yùn)行時(shí)電容器一般很少投入三組，故變壓器負(fù)載損耗計(jì)算公式簡(jiǎn)化為：

2.3.2 變壓器損耗比

2.3.3 負(fù)荷率

3 計(jì)算實(shí)例

使用式（1）～（3）對(duì)變壓器相關(guān)運(yùn)行參數(shù)的計(jì)算結(jié)果。

3.1 計(jì)算說(shuō)明

負(fù)荷計(jì)算范圍為：90 MVA至160 MVA；環(huán)境溫度范圍為：25℃至42℃，以每上升2℃制作一個(gè)數(shù)據(jù)表。部分計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表1。

3.2 負(fù)荷與允許運(yùn)行時(shí)間關(guān)系見(jiàn)圖1

圖1 負(fù)荷及環(huán)境溫度與允許運(yùn)行時(shí)間關(guān)系圖

4 變壓器負(fù)荷能力計(jì)算數(shù)據(jù)表的意義

從表1及圖1中可以看出環(huán)境溫度的升高與負(fù)荷的增加，變壓器運(yùn)行時(shí)間呈指數(shù)趨勢(shì)變化。如變壓器達(dá)到額定負(fù)荷（120 MVA），環(huán)境溫度在25℃時(shí)，運(yùn)行時(shí)間約為13 h，當(dāng)環(huán)境升至30℃時(shí)，運(yùn)行時(shí)間約僅為9 h。

表1 變壓器熱點(diǎn)溫度及允許運(yùn)行時(shí)間計(jì)算表（部分）

表1中的計(jì)算結(jié)果是根據(jù)導(dǎo)則表2的典型熱特性數(shù)據(jù)計(jì)算，需要說(shuō)明的是，導(dǎo)則因變壓器相關(guān)的熱特性數(shù)據(jù)不全，以及計(jì)算方法是理論公式，計(jì)算數(shù)據(jù)不一定精準(zhǔn)。但表中的數(shù)據(jù)反映出的變壓器在不同負(fù)荷及環(huán)境溫度情況下的運(yùn)行時(shí)間所表現(xiàn)出來(lái)的趨勢(shì)，對(duì)實(shí)際運(yùn)行有一定的參考價(jià)值。表1中的數(shù)據(jù)可作為實(shí)際運(yùn)行的變壓器在相應(yīng)的環(huán)境溫度及負(fù)荷條件下過(guò)負(fù)荷運(yùn)行的時(shí)間的參考。

5 結(jié)束語(yǔ)

本文通過(guò)參照《油浸式電力變壓器負(fù)荷導(dǎo)則》對(duì)一臺(tái)電力變壓器熱點(diǎn)溫度及運(yùn)行時(shí)間進(jìn)行了計(jì)算，對(duì)變壓器運(yùn)行有一定的參考價(jià)值。新版的《電力變壓器負(fù)荷導(dǎo)則》對(duì)熱點(diǎn)溫度的計(jì)算方法有所變化，筆者也期待能夠?qū)⑵溆糜谥笇?dǎo)運(yùn)行。

對(duì)于電力系統(tǒng)運(yùn)行，筆者更傾向于能夠通過(guò)專用設(shè)備實(shí)時(shí)測(cè)量準(zhǔn)確掌握包含變壓器在內(nèi)的電力設(shè)備的各類(lèi)運(yùn)行參數(shù)。

[1]GB/T 15164-94，油浸式電力變壓器負(fù)荷導(dǎo)則[S].

[2]劉潤(rùn).變壓器過(guò)負(fù)荷運(yùn)行研究[J].現(xiàn)代商貿(mào)工業(yè)，2009，24.

[3]卞超，李軍.大型電力變壓器過(guò)負(fù)荷能力計(jì)算[J].江蘇電機(jī)工程，2005，02.

[4]胡惠然，盧理成.湖北電網(wǎng)110～ 220 kV主要電力變壓器過(guò)負(fù)荷能力分析[J].湖北電力，2004，12.

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

SHEN Yongge，F(xiàn)ENG 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.

transformer,overload capacity,hot-spot temperature,calculation

TM41

B

1006-6764(2018)01-0007-03

2017－09－15

沈勇革（1963－），男，1985年畢業(yè)于重慶大學(xué)電力工程系，高級(jí)工程師，現(xiàn)從事電力技術(shù)研究工作。