变压器过载能力的探讨.doc

昌吉电业局2010-2011年度科技论文交流材料

变压器过载的分析探讨
邓 涛

昌吉电业局运行工区
2011年07月25日
变压器过载的分析探讨

摘要：变压器过载运行允许在实际的电力系统运行中比较常见，也是变压器的一种正常运行状态。对变压器过载的形式做了简单介绍，并分析了其危害及几种较常见的致因，论述了变压器安全过载运行条件，基于该条件提出了几种抑制变压器过载的方法。
0 引言
近年来，变压器事故时有发生，而且有增长的趋势。从变压器事故情况分析来看，过载是电力变压器事故的重要原因，对电网造成很大危害，严重影响电网安全运行。
本文就电力变压器过载类型和造成损坏程度进行分析，提出了目前有关可以过载运行变压器的问题和减少这一类危害的措施。
1变压器过载的形式
变压器过载分正常过载和事故过载两种。
(1)正常过载。变压器在运行中的负荷是经常变化的，即负荷曲线有高峰和低谷，在高峰时可能使变压器过载。变压器过载运行时，绝缘寿命损失将增加，而轻负荷时绝缘寿命损失将减小，两者相互补偿仍使变压器获得正常老化寿命损失的过载称为正常过载。所以变压器的过载能力就是以不牺牲变压器的正常寿命为原则而制定的。
正常过载(也称“长期急救周期性负载”)多数出现在以下几种情况：a)系统中部分变压器因故障或检修而长期退出运行。b)系统运行方式改变，使部分变压器负载增大。c)用户负载增加，而新的变压器短时间内不能投入。变压器过载运行时，除考虑正常寿命损失，并注意绕组最热点温度不超过允许值外，还应考虑到套管、引线、焊接点和分接开关等组件的过载能力以及与变压器连接的各种设备如电缆、断路器、隔离开关、电流互感器等的允许过载、过电流能力。
(2)事故过载。多数发生在以下情况:
a)一个变电所的某台变压器发生故障，而该变压器的负载不能全部切除故障或转移到其它变电所，迫使本变电所其它变压器超负载。b)系统中发生一个或多个事故，使部分不能切换的负载转移到某台或几台变压器上。事故过载可能出现较高倍数的过电流而导致绕组热点温度达到危险程度，对绝缘安全有一定风险，因此一旦发生，必须迅速降低负载或缩短运行时间，以免变压器发生故障。
2　变压器过载危害及原因分析
变压器过载引起变压器各部分温度升高、绝缘老化、使用寿命降低，直至损坏。
(1) 变压器部分温度升高
变压器器运行时，其绕组和铁芯中的电能损耗都将转变为热能，使变压器的温度升高。这些热量由绕组和铁芯内部以传热方式传至导体或铁芯表面，再以对流方式传至变压器油中。对于大容量变压器，这些热油经强风(或水)冷却器，冷却后再用油泵送回变压器。可见，变压器运行时，各部分温度分布极不均匀，其中以绕组的温度最高。通常，变压器各部分温度以平均温升和最大温升计算。绕组或油的最大温升是指其最热处的温升；绕组或油的平均温升是指整个绕组或全部油的平均温升。国家标准规定变压器的额定使用条件为：最高气温为+40℃；最高日平均气温+30℃；最高年平均气温+20℃；最低气温-30℃。而且变压器各部分的温升不得超过表1中所列各值：

表1 变压器各部分的温升

自然油循环、自冷、风冷
强迫油循环风冷
变压器绕组对空气的温升
65℃(平均值)
65℃(平均值)
变压器绕组对油的温升
21℃(平均值)
30℃(平均值)
油对空气的温升
44℃(平均值)
35℃(平均值)

55℃(平均值)
45℃(平均值)

(2) 变压器的绝缘老化
变压器的绝缘老化，主要是因为温度、湿度、氧气和油中的劣化产物的影响，高温是老化的直接原因。运行中绝缘的工作温度愈高化学反应(主要是氧化作用)进行得愈快，引起机械强度和电气强度丧失得越快，即绝缘的老化速度愈大，变压器的使用年限也愈短。标准规定，变压器在额定负载下运行，绕组平均温升为65℃。通常，绕组最热点温升为13℃，即78℃。如果变压器在额定负载和环境温度为20℃下连续运行，则绕组最热点温度为98℃。变压器使用的A级绝缘(油浸电缆纸)在98℃下使用，其老化寿命(使用年限)在20年以上。这种运行条件下的老化寿命为正常的老化寿命，其每天的寿命损失为正常日寿命损失。根据研究表明，绕组温度每增加6℃，老化寿命将缩短一半，即绝缘老化的6℃规则。绕组在不同的最热点温度下的相对寿命损失，见表2。
表2 绕组在不同的最热点温度下的相对寿命损失
温度/℃
80
86
92
98
104
110
116
122
128
134
140
相对寿命损失r
0.125
0.25
0.5
1.0
2
4
8
16
32
84
108
综上所述，变压器运行时，其绕组温度维持在+98℃可获得正常的老化寿命。但实际上绕组温度受气温和负荷波动的影响，变动范围很大，因此，将绕组最高允许温度规定为98℃，则大部分时间绕组温度达不到该温度，变压器的负荷得不到充分利用；如果不规定绕组最高允许温度，或者将该值规定过高，变压器又可能得不到正常老化寿命。为了解决上述问题，规定在一部分时间内，根据运行要求容许绕组温度大于98℃，而在另一部分时间内使绕组温度小于98℃，只要使变压器在温度较高的时间内多损失的寿命与变压器在温度较低时间内少损失的寿命相互补偿，从而使变压器的老化寿命可以和98℃运行时等值。这就是所谓的等值老化原则。如果令λ为绝缘老化率。显然，λ 1，则变压器的老化大于正常老化，老化寿命大为缩短；如果λ<< 1，变压器负荷能力未得到充分利用。因此，在一定时间间隔内，使λ接近1，是制定变压器负荷能力的主要依据。
3变压器安全过载运行条件
变压器过载运行时，除考虑正常寿命损失，并注意绕组最热点温度不超过允许值外，还应考虑到套管、引线、焊接点和分接开关等组件的过载能力以及与变压器连接的各种设备如电缆、断路器、隔离开关、电流互感器等的允许过载、过电流能力。综合考虑上述因素并结合我国变压器目前的设计结构，推荐正常过载的最大值如下:油浸自冷、风冷变压器为额定负荷的1.3倍；强油循环风冷，水冷变压器为1.2倍；同时绕组最热点温度不超过120℃，对于载流部分和冷却系统存在缺陷以及全天满负荷运行的变压器不宜过载运行。为了减少停电损失，个别或部分变压器将在较长的时间内周期性的过载运行。这时，整个运行期间的平均相对老化率可大于1，甚至远大于1，将在不同程度上缩短变压器的寿命，应尽量减少出现这种运行方式的次数；必须采用时，应尽量缩短运行的时间，降低过载倍数。
4 结论
当系统发生事故时，保证不间断供电是首要任务，变压器绝缘加速是次要的，所以事故过载和正常过载不同，它是以牺牲变压器寿命为代价的，绝缘老化率容许比正常过载时高得多。但是确定事故过载时，同样要考虑绕组最热点的温度不要过高避免引起事故扩大。和正常过载一样，事故过载时绕组最热点温度不得超过120℃，过载倍数不得超过1.7。
变压器的过载能力受其运行负荷率的影响， 在确定变压器的安装容量时， 应考虑到负荷对变压器过载能力的要求。系统设计时， 若对变压器提出了过载要求， 就必须考虑过载配合问题， 否则变压器的过载容量就行同虚设。

参考文献
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