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500kV 电力变压器运行能力分析 孙翔 1，何文林1，蒋跃军2 （1.浙江省电力试验研究院，浙江 杭州 310014；2.浙江省电力公司 浙江 杭州 310014） 摘要：提出了变压器超铭牌容量运行计算的边界条件，计算了500kV电力变压器的运行能力。 关键词：变压器；负载；温度 中图分类号：TM401+.1文献标识码：B文章编号：10018425（2010）03006304 Operation Ability Analysis of 500kV Power Transformer SUN Xiang1, HE Wen-lin1, JIANG Yue-jun2 （1.Zhejiang Electric Power Test 2.Zhejiang Electric Power Company, Hangzhou 310014, China） Abstract：The boundary conditions of overload operation calculation of transformer are presented. The operation ablility of 500kV power transformer are calculated. Key words：Transformer；Load；Temperature 1 前言 随着国民经济的发展，电网负载持续高速增长， 电网建设相对滞后， 造成电力变压器负载率居高不 下。 国内外众多研究机构结合自身情况进行了相关 方面的研究工作，取得了一定成果。国际电工协会制 定了IEC354-1991油浸式电力变压器负载导则及 相应的修订单， 规定了油浸式电力变压器超铭牌额 定值负载的限制条件、 稳态及暂态下的绕组热点温 度的计算方法。 国内也开展了相关方面的研究工作， 并取得了 一定进展。在1994年制定了GB/T15164-1994油浸 式电力变压器负载导则。变压器超铭牌容量运行能 力的研究本质是在环境温度、起始负载、超铭牌容量 负载、 绕组热点温度及变压器油温等条件一定的情 况下，保证变压器本体及附件安全的允许运行时间。 本文中笔者根据变压器检修和事故情况下N-1问 题，结合变压器的设计结构特点，确定了合理的变压 器运行能力计算边界条件。 通过负载模型计算了浙 江省电网已投运500kV电力变压器的运行能力，并 根据计算结果结合电网运行特点，提出500kV电力 变压器负载限额。 2 超铭牌容量运行的危险性分析 变压器负载包括周期性负载和短期急救性负 载。 短期急救负载是由于运行系统中发生了一个或 多个事故， 严重地干扰了系统正常负载的分配，从 而使变压器严重地超额定负载，并有可能导致暂时 的绝缘强度下降。 这种负载持续时间应小于变压器 的热时间常数， 且与负载增加前的运行温度有关， 一般应小于0.5h。 短期急救性负载容易导致变压器 本体绝缘强度下降或者导致发生变压器故障，进行 变压器运行能力的研究时主要针对短期急救性负 载。 当变压器短期急救性负载运行时， 变压器主绝 缘将加剧老化，并且导致相应的危险，变压器超铭牌 容量运行的危险如下。 （1）绕组、线夹、引线、绝缘油及绝缘部件的温度 将会升高，且达到不可接受的程度。 （2）漏磁通密度将增加，从而使与此漏磁通耦合 的金属部件由于涡流而异常发热。 （3）主磁通与增加的漏磁通一起作用，可能使铁 心过励磁能力受到限制。 （4）套管、分接开关及电流互感器等也将受到较 TRANSFORMER 第 47 卷 第 3 期 2010 年 3 月 Vol.47 March No.3 2010 第 47 卷 高的热应力， 从而使其结构和使用安全裕度受到影 响。 （5）变压器油异常膨胀对储油柜、呼吸系统及本 体压力释放阀的影响。 3 边界条件及计算流程 3.1计算的边界条件 笔者依据变压器运行的环境温度、 提高超铭牌 容量运行能力需求和变压器超铭牌容量运行的危险 性，提出了超铭牌容量运行的边界条件。 （1）环境温度。 根据浙江省全年气温变化情况， 变压器超铭牌容量运行能力计算的环境温度边界考 虑20和40。 春、秋季为20，夏季为40。 （2）起始负载和超铭牌容量运行要求。在变压器 的实际运行中，调度根据N-1要求，一般按照额定容 量的75%来控制负载。 但在现有的设备制造技术和 工艺水平的条件下， 如按照75%来设定起始负载不 尽合理。 起始负载按80%和100%考虑，超铭牌容量 运行按额定容量的1.3倍、1.5倍、1.8倍和2倍考虑。 （3）变压器油温和绕组热点温度要求。为保证大 型电力变压器不因经历短期急救负载而导致本体绝 缘强度下降或者变压器故障， 需控制变压器油温和 绕组热点温度，分别按100和150考虑。 （4）超铭牌容量计算时，同时需考虑当变压器超 铭牌容量运行时，出线套管、分接开关和储油柜及呼 吸系统等附件发生事故或者使用寿命缩短等问题。 在上述条件下， 计算变压器油温或绕组热点温 度首先达到温度限值的运行时间作为变压器在该边 界条件下的允许超铭牌容量运行时间。 3.2计算流程 笔者依据超铭牌容量运行的边界条件， 按照负 载计算模型，并考虑附件允许超铭牌容量运行时间， 提出计算流程，如图1所示。 4 计算结果分析 参与超铭牌容量运行计算的500kV变压器总 计133台，分别为常州某公司、重庆某公司、保定某 公司和日本某公司的产品，分布情况如图2所示。 依据计算流程，对运行的133台500kV电力变 压器进行运行能力计算， 并对计算结果进行统计分 析。计算结果按生产厂家统计，并以允许超铭牌容量 运行时间0min10min、10min20min、20min30min 和大于30min以上进行对比分析，得到如下结果。 其中常州某公司未进行1.3倍运行能力计算； 日本某公司未进行1.8倍、2倍运行能力计算。 （1）20、80%起始负载时的统计结果。 统计结 果如图3所示， 从图3中可以看出： 当环境温度 20、起始负载80%时，保定某公司产品的超铭牌容 量运行能力较差； 在1.8倍、2倍超铭牌容量运行条 件下， 厂家的超铭牌容量运行能力排序为重庆某公 司常州某公司保定某公司；重庆某公司的变压器 在2倍超铭牌容量运行条件下可运行30min以上。 （2）20、100%起始负载时的统计结果。 当环境 温度20，起始负载100%时，保定某公司产品超铭 牌容量运行能力较差； 在1.8倍、2倍超铭牌容量运 行条件下，厂家超铭牌容量运行能力排序为：重庆某 公司常州某公司保定某公司；重庆某公司的变压 器在2倍超铭牌容量运行条件下可超铭牌容量运行 30min以上。 （3）40时的统计结果。 当环境温度40时，保 图1变压器运行能力计算流程 开始 环境温度、起始负载、超铭牌容量运行倍数 油温限值绕组温度限值 计算模型计算模型 小于限值 小限限值 附件允许超铭牌 容量运行时间T2 允许超铭牌容量运行时间TO允许超铭牌容量运行时间TW min（TO，TW=T1） 变压器允许超铭牌容量运行时间T=min（T1，T2） 结束 Fig.1Calculation flow process of operation ability of transformer 图2参与计算变压器的生产厂家分布 重庆某公司21 日本某公司33 常州某公司69 保 定 某 公司10 Fig.2Manufacturer distribution of calculation of transformers 64 孙翔、 何文林、 蒋跃军： 500kV电力变压器运行能力分析第 3 期 变的超铭牌容量运行能力较差； 在1.8倍、2倍超铭 牌容量运行条件下， 厂家超铭牌容量运行能力排序 为重庆某公司常州某公司保定某公司；重庆某公 司的变压器在1.8倍超铭牌容量运行条件下可超铭 牌容量运行30min以上。 （4）整体超铭牌容量能力的统计结果。日本某公 司未提供1.8倍、2倍超铭牌容量运行能力计算结 果，除日本某公司外的统计结果如图4所示。 从图4 中可以看出，当环境温度为20，超铭牌容量运行 倍数为1.3倍时， 所有变压器都能够超铭牌容量运 行30min以上；当环境温度为20时，78%变压器在 2倍的超铭牌容量运行条件下，能够持续运行30min 以上；当环境温度为40时，72%变压器在1.8倍的 超铭牌容量运行条件下，能连续运行30min以上。因 此按环境温度40、 起始负载为100%、1.8倍超铭 牌容量运行和30min允许运行时间来设计和制造变 压器不存在技术方面的问题。 100 80 60 40 20 0 1.31.51.82 超铭牌容量运行倍数 满足条件比例/% 大于30min 20min30min 10min20min 0min10min （a）常州某公司 100 80 60 40 20 0 满足条件比例/% 大于30min 20min30min 10min20min 0min10min 1.31.51.82 超铭牌容量运行倍数 （b）日本某公司 100 80 60 40 20 0 满足条件比例/% 大于30min 20min30min 10min20min 0min10min 1.31.51.82 超铭牌容量运行倍数 （c）保定某公司 100 80 60 40 20 0 满足条件比例/% 大于30min 20min30min 10min20min 0min10min 1.31.51.82 超铭牌容量运行倍数 （d）重庆某公司 图320、80%起始负载时的统计结果 Fig.3Statistical data during 80% load at 20 大于30min 20min30min 10min20min 0min10min 100 80 60 40 20 0 满足条件比例/% 1.31.51.8 2 超铭牌容量运行倍数 （d）40、100%起始负载 图4整体运行能力的统计结果 Fig.4Statistical data of total operation ability of transformer 100 80 60 40 20 0 满足条件比例/% 1.31.51.82 超铭牌容量运行倍数 大于30min 20min30min 10min20min 0min10min （a）20、80%起始负载 大于30min 20min30min 10min20min 0min10min 100 80 60 40 20 0 满足条件比例/% 1.31.51.82 超铭牌容量运行倍数 （b）20、100%起始负载 100 80 60 40 20 0 满足条件比例/% 1.31.51.82 超铭牌容量运行倍数 （c）20、80%起始负载 大于30min 20min30min 10min20min 0min10min 65 第 47 卷 5 结论及建议 通过对参与分析的500kV电力变压器超铭牌 容量运行能力的计算与统计分析，可得到以下结论。 （1）超铭牌容量运行时不得操作有载开关，监视 超铭牌容量运行过程中变压器油箱和套管接头等部 位的温度场分布； 对超铭牌容量运行的变压器应加 强绝缘油色谱跟踪和外观渗漏检查。 （2）提高变压器的超铭牌容量运行能力，在技术 方面，对厂家在设计的科学性上，提出了更严格的要 求。对运行单位来说，应提高变压器并联运行的稳定 性，防止变压器超铭牌容量运行损坏事故的发生。 参考文献： 1IEC354-1994，油浸式电力变压器负载导则S. 2GB/T15164-1994，油浸式电力变压器负载导则S. 3熬明，杨伟龙.油浸式电力变压器过载限值分析J.吉 林电力，2005，（04）：35-36. 4孙海新.大型油浸式变压器过载切负荷判据及其定值的 确定J.河北电力技术，2003，22（03）：4-5，8. 收稿日期：2009-03-05 作者简介：孙翔（1979-），男，浙江金华人，浙江省电力试验研究院工程师，从事高压电气设备的试验研究工作； 何文林（1963-），男，浙江浦江人，浙江省电力试验研究院高级工程师，从事变压器类设备的运行、检修和试验研 究工作； 蒋跃军（1973-），男，浙江金华人，浙江省电力公司工程师，从事变压器类设备的运行、检修技术管理工作。 ! （上接第53页） 法。 直流检示法接线简单方便，示波图直观，使用十 多年来，也积累不少的检测和示波判读的经验。 但 由于检示电压偏低，加上试验波形多变性，致使示波 图形解析，用户与制造厂对检测结果存有争议。 模 拟运行状态下带变压器绕组进行交流检示测试，能 准确、可靠捕捉到分接开关触头变换过程交流波形， 从而能正确判断OLTC切换过程中是否存在缺陷。 示波图形解释唯一， 对变压器OLTC变换特性可作 出仲裁式结论。 对于吉林电科院创新式研发的交流 检示法值得在电力行业推广应用。 笔者通过OLTC触头变换程序的检测法的分析 认为，直流检示法是一传统的触头变换程序的检测 法，不能放弃。 同时应对直流检测仪进行技术升级 的改造，提高直流检示电压，减少对示波图形的误 判。 对于直流检示出有疑似故障的OLTC，应采用交 流检示来复核。 参考文献： 1姚志松，姚磊.有载分接开关实用手册M.北京：中国电 力出版社，2002. 2张德明.变压器分接开关状态监测与故障诊断M.北京： 中国电力出版社，2008. 3贺以燕，杨治业.变压器试验技术大全M.沈阳： 辽宁 科学技术出版社，2006. 4保定天威保变公司.变压器试验技术M.北京：机械工 业出版社，2000. 5王伟.有载分接开关切换波形的现场测试及研究J. 高压电器，2005，41（6）：438-440. 6吉锋.有载分接开关直流波形测试及其判断J.变压 器，2007，44（1）：55-57 7JB/T83141996，有载分接开关试验导则S. 8DL/T5741995，有载分接开关运行维修导则S. 9JB/T561551999，有载分接开关产品质量分等S. 收稿日期：2009-09-22 作者简介：张德明（1942-），男，福建仙游人，上海华明电力设备制造有限公司教授级高工，主要从事变压器有载分接开 关技术工作。 tan=C4R4（9） 式中，角频率=2f，测量电源频率f=50Hz R4= 1 000 时，tan=0.1C4 R4= 10 000 ，tan=C4 C4单位为F。 （3）电流互感器介质损耗因数的允许值。 电流互感器介质损耗因数的允许值在GB1208 附录C作了规定，见前面表10。 （待续） （上接第45页） 66