油浸式接地变压器设计

油浸式接地变压器设计（精选8篇）

油浸式接地变压器设计 第1篇

1干式变压器和油浸式变压器的基本特征及优劣分析

1.1干式变压器的基本特征和优缺点分析

干式变压器通常具有无油、防潮、隔热、阻尘的特点,部分区域放电量不是很高,又不宜燃烧,具有良好的防火优势,有效地防范了火灾隐患,降低了火灾防范和处置的资金投入支出,并且这种干式变压器不存在漏油的现象,无需经常对其进行检修维护,也降低了经常性检查处理的人力投入,另外,这种干式变压器在房屋建筑物中配备,在作业施工的时候,采用的是无吊芯方式,不必占用太大的空间,还节省了工程造价支出,目前在很多人防下室以及多层、高层等耐火需求比较严格的大型房屋建筑工程的电气设施中使用的非常普遍。特别是近年来使用环氧树脂材料研发生产的干式变压器, 由于较好地解决了生产材料的绝缘阻热性能,防止了过早地出现老化破损情况,防火级次已经达到了H级,更是得到了很多使用者的广泛青睐。

但是使用这种环氧树脂材料设计生产的干式变压器,散热效果不是很好,热量传导的能力不是很强,通常在进行温度检测的时候,主要是基于事先预设的温度传感设施,基点不是经常变化的,一般温度的数值不会出现显著变化,而且即使有的部位热量发生了较大的集中,也无法准确地识别,存在着很大的误差,况且这种绝缘材料,一旦破坏也无法恢复原状,当老旧破损积累到一定程度的时候,如果出现了安全隐患,变压器就无法及时修复,而不得不提前报废,环氧树脂一旦报废掉, 也无法完整的回收利用,所以经济效果通常不是很好。

1.2油浸式变压器的基本特征和优缺点分析

油浸式变压器在研发设计的时候,主要利用了变压器油的散热功能,结构类型不是很复杂,设计制造非常简便适用,运行起来也比较安全稳定,所以近年来应用的已经越来越广泛,很多电气工程中都配备地采用这种油浸式的变压设备。由于在散热上使用的是变压器油, 尤其将热量向外部的金属构造进行传递,所以在热量的散发上比较均衡、快捷,绝缘效果也能及时快速地复原。 只不过这种变压器油自身非常容易燃烧,在抗热性上存在着不足,老化现象比较突出,因而在设计研发以及后期建筑工作施工应用的时候,一定要充分考虑上述特征, 严格遵循防火规范的相关规定,科学设置防火级次标准和配备油料扑火设施,妥善处理发生火灾时候的油料流动增加蔓延趋势的问题,对于可能发生老化质变的绝缘油料,要安装检测设施并且定期检查更换,促进油料的再生利用。近年来,在科技发展日新月异的背景下,全封闭油浸式变压设备得到了快速的研发设计和使用,通过油料自身冷热调控性能的发挥,阻隔外部的空气流通,防止了出现漏油的情况,而且这种变压设备由于不使用呼吸设施,避免了氧化隐患,增加了使用年限,同时,在设计安装的时候不用太大的空间,能源消耗比较小,空载时候能耗量减少了30% 以上,电流的损耗减少了50% 多,噪声下降了几乎8分贝,所以只要在设计的时候,优化技术措施,克服油料燃烧的不利影响,将会获得极大的利用空间。

2干式变压器和油浸式变压器优化设计中应当把握的关键环节

一是要科学地计算负荷系数。由于干式变压器热量散发效果不是很好,所以过负荷的性能就不是很强,电流通过的极限应当控制在1.5倍额定数值以内,以防止变压设备出现故障。而油浸式变压器如果过负荷达到了160%,使用的时候就需要控制在15分钟之内。所以在对这两种变压器进行优化设计的时候,就要事先想到上述特征要求,科学地测算负荷的核定系数。

二是要科学地监测温度数值。由于干式变压器在使用的时候热量散发不好,就会始终处于高温状态,降低使用年限,而油浸式变压器油料的温度同干式变压设备有所差别,所以考虑到优化设计的实际需要,在研发测试的时候,就要对温度进行科学地监测,通常需要控制在40℃以内,并且对所有数据都要详细记载,以便总结规律,确保在投入使用的时候,不因温度散发不当而出现保护装置的误动作故障,降低变压设备的使用寿命, 或者因油浸式变压器内部的高温散发不出去,而引起油料自燃,损坏设备。一般在优化设计的时候,也可以采取降容的措施,准确地测算额定开关设施的保护定值, 防止定值的过大造成电气设施的损坏,同时也要避免在设计的时候,根据温度的变化情况对定值进行人为地调节,增加人力操作频率,给变压器的正常运行造成不良影响。

三是要科学地控制空间高度。油浸式变压设备在使用的时候,由于采取了吊芯操作方式,放置的空间比较开阔,风流进出部位的高度存在着很大的差别,以增强空气的流动性,所以在对油浸式变压器优化设计的时候, 要预先考虑到存放空间的高度问题,增强散热和空气对流效果。对于干式变压设备来说,由于不用考虑空间的高度情况,在进行优化设计的时候,需要考虑设置单独通风设施,应当采取绕组的方式增加温度控制系统,所以变压器室的空气流通一定要认真地把握,科学地设计风道设施,确保干式变压设备的高温及时散发,避免影响设备运转。比如,可以配置墙壁结构的通风系统,增加空气流动,确保变压器室的温度在合理区间。

3结论

无论是干式变压器还是油浸式变压器,在进行优化设计的时候,往往需要人工计算的技术处理,以确定包括额定电流电压、荷载系数、绕组匝数、电磁系数等情况, 所以一定要严格遵循规范标准的要求,并且结合变电站的实际需求,根据以往设计中总结的经验教训,确保设计方案的最优化,确保变压器设备运行的安全可靠。

摘要：目前,在整个电力设施中,变压器发挥着重要作用。近年来,随着低碳生态环保要求的逐渐增强,在变压器设备的生产研发中,能源消耗和电力设备运转的安全稳定性能,正日益成为需要考虑的重要因素,干式和油浸式变压器的应用空间也变得越来越广泛,这就给这两种类型变压设备的设计提出了新的更高的要求。本文结合干式和油浸式变压器的结构特点和程序要求,对在设计中应当把握的关键技术环节进行了分析和阐述。

关键词：变压器设备,干式,油浸式,优化设计

参考文献

[1]王学高.干式变压器和油浸式变压器工作稳定性分析[J].电子技术与软件工程,2013(7):42.

[2]毛天,杨山举,刘昱辉,等.干式及油浸式变压器绕组温度及散热能力比研究[J].制冷与空调,2015(6):715-718.

对油浸式变压器故障诊断的研究论文 第2篇

对油浸式变压器故障诊断的研究

摘要：变压器是电力系统中的中的重要设备，它的正常运行对电力系统起着至关重要的作用。针对变压器的故障诊断方法，主要有传统比值法以及各种智能诊断方法。针对传统比值法和各种智能诊断方法编码不全，编码与故障类型对应关系太过绝对等缺点。本文将支持向量机、遗传算法和粗糙集相结合，应用到变压器故障诊断中。经过实例证明，该方法切实可行，诊断结果证明了本方法的有效性。

关键词：变压器 故障诊断 粗糙集 支持向量机 遗传算法

变压器是电力系统中分布最广泛、造价高昂、结构复杂的电气设备之一，担负着电能传送和电压转换的重任，它的安全运行直接影响了整个电力系统的安全性和稳定性。随着电力网络的负荷加重，变压器发生故障的概率越来越高。另一个方面由于变压器结构复杂，发生问题时判断故障及检修故障也很复杂。因此研究变压器的故障，对变压器早期出现的故障进行诊断研究，提高整个电力系统供电的可靠性，有着十分重要的作用。目前最有效的手段是对油中溶解气体的分析。对油中气体分析的判断变压器故障类型的方法，由以往常用的三比值法逐渐过渡到智能诊断方法。本文首先对基于油中溶解气体分析变压器故障类型的方法进行了研究，分析了传统比值法的优缺点，进而提出了利用遗传算法对支持向量机进行参数寻优，探索了一种新的智能变压器故障诊断方法。

1 变压器故障诊断现状研究

对油浸式变压器来说，现状都是用油作为散热和绝缘材料，在运行中，油与中间的固体有机材料因故障会逐渐老化和分解，同时油中会产生少量的各种气体。因为不同故障，产生的气体比例、含量不同，所以就可以利用对油中气体的分析，来判断故障类型。利用这种方法对油中溶解气体进行实时监测，就可以及时发现故障信息，避免灾难性隐患的出现。这种方法，能在变压器带电工作时进行监测，不受电磁干扰的影响。基于油中溶解气体分析的变压器故障诊断有一些传统方法，最常见的是三比值法。传统方法对故障诊断有一定效果，但也有一些问题，比如编码的设定、编码范围边界的`区分太过绝对、编码与故障类型的对应太刻板，反而不利于故障诊断。随着人工智能的发展，对变压器故障诊断的研究也进入了智能诊断阶段。对于智能诊断方法来说，需要大量的样本信息来保证模型的建立。但是变压器因为自身的复杂性，以及现场采集手段单一而导致变压器试验样本信息不完备、试验样本少，导致了智能判断不能进行完善的判断。鉴于此，我单位在故障诊断中适当应用了智能算法，以确保故障诊断准确无误。

2 常用变压器故障诊断方法

2.1 基于粗糙集的变压器故障样本的处理

以油中溶解气体的分析作为基础，利用支持向量机算法建立一个模型。该模型的输入是油中溶解气体，输出是变压器故障类型。利用粗糙集的方法对变压器故障样本进行处理和分析，为了对输入特征进行优化，应该以约简后的故障样本作为新样本用于模型诊断。首先利用基于粗糙集理论的工具Rosetta对搜集到的故障数据样本进行处理。其次，经处理的数据可通过等频率离散法进行离散化。最后，应用Genetic algorithm算法约简离散后的原始决策表来优化原始决策表的条件属性，做好数据预处理，为诊断变压器故障创造条件。

2.2 基于遗传支持向量机在变压器故障诊断中的应用

在小样本的情况下，传统的变压器智能诊断方法效果还不理想。但现行测试手段尚有不完善之处，无法获取更多的样本用于变压器的智能故障诊断。鉴于此，我们将支持向量机算法引入变压器故障诊断中。另一方面，鉴于支持向量机的参数寻优具体依赖于网格搜索、经验选择等。这些方法有准确率不高、训练时间过长等缺点。针对此，为提高诊断模型的正确判断率，又在支持向量机参数寻优中引入了遗传算法。

2.3 基于粗糙集和遗传支持向量机的变压器故障诊断模型实现及结果对比分析

利用建立的基于粗糙集和遗传支持向量机的模型，对获取的300个变压器原始故障样本，在条件属性中加入了16个气体比值，决策属性采用六种常见的变压器故障类型，通过连续气体比值等频离散化后，构建原始决策表，规格为300*17。另一方面，针对原始决策表，应用Genetic algorithm属性约简算法对其进行属性约简和规则合并。同时为了证明所选方法的优越性，将基于粗糙集和遗传支持向量机的变压器故障诊断模型和传统的智能判断方法进行对比，经过多次实验、分析比较，得到了随着本文算法的加入，对故障的分类和判断的准确率得到了大幅提高。

3 结语

浅析油浸式变压器事故油池的设计 第3篇

油浸式变压器依靠油作冷却介质, 冷却方式包括油浸自冷, 油浸风冷, 油浸水冷机强迫油循环等。油浸式变压器采用全油的密封性。波纹油箱壳体以自身弹性适应油的膨胀式永久性密封的油箱, 油浸式变压器已被广泛地应用在各配电设备中。

①油浸式变压器低压绕组除小容量采用铜导线以外, 一般都采用铜箔绕轴的圆筒式结构;高压绕组采用多层圆筒式结构, 使之绕组的安匝分布平衡, 漏磁小, 机械强度高, 抗短路能力强。

②铁心和绕组各自采用了紧固措施, 器身高、低压引线等紧固部分都带自锁防松螺母, 采用了不吊心结构, 能承受运输的颠震。

③线圈和铁心采用真空干燥, 变压器油采用真空滤油和注油的工艺, 使变压器内部的潮气降至低点。

④油箱采用波纹片, 它具有呼吸功能来补偿因温度变化而引起有的体积变化, 所以该产品没有储油柜, 显然降低了变压器的高度。

⑤由于波纹片取代了储油柜, 使变压器油与外界隔离, 这样就有效地防止了氧气、水份的进入而导致绝缘性能的下降。

根据以上几点性能, 保证了油浸式变压器在正常运行内不需要换油, 大大降低了变压器的维护成本, 同时延长了变压器的使用寿命。基于以上优点, 目前, 在变电所的主要电气设备中, 油浸电力变压器得到广泛的使用。当前, 在许多变电所的设计中, 油浸式电力变压器仍是建设方设备采购的首选。

正常时期检修变压器时, 可用专门设备, 将变压器的矿物油, 安全、清洁地抽取到专用容器中。而当遇到变压器事故时, 短时间内, 大量的矿物油从变压器内喷溅出来, 落到四周。如不采取专门的防护措施, 一是对变电所内及周边环境造成污染;二是事故喷油后极易引起大火, 大量外泄的喷油, 无疑会使事故扩大化。因此, 无论是从环境保护, 还是从消防安全各方面考虑, 都必须将这部分油安全地排到专门的设施中去, 使其与外界易燃物品隔离, 降温存储起来, 有待日后分离回收, 加以处理再次利用。

2 变电所油池设计

2.1 根据《3~110k V高压配电装置设计规范》GB50060-2008规定:屋外单台电气设备的油量在1000kg以上时, 应设置储油或挡油设施。当设置有容纳20%油量的储油或挡油设施时, 应设置将油排到安全处所的设施, 且不引起污染危害。

当不能满足上述要求时, 应设置能容纳100%油量的储油或挡油设施。储油或挡油设施应大于设备外廓每边各1000mm, 四周应高出地面100mm。储油设施内应铺设卵石层, 卵石层厚度不应小于250mm, 卵石直径为50~80mm。

当设置有油水分离措施的总事故储油池时, 储油池容量宜按最大一个油箱容量的60%确定。

加卵石层的作用:

①当运行中的变压器突然发生爆炸起火时, 喷出的油或从事故排油阀中排出的油, 经鹅卵石流入储油或挡油设施内, 然后流向主事故油池, 这时鹅卵石起到隔离作用, 减小火势, 利于灭火;另外高温变压器油经过鹅卵石的冷却后, 可减小火势。

②变压器的工作异常时, 无论是过热还是内部短路造成压力升高, 都可能从压力释放阀中喷出油来, 变压器下面是储油设施, 这些变压器油就流到储油设施里, 为了以后检修或者巡检方便, 防止油都积在表面上, 铺一层鹅卵石, 油就在鹅卵石的缝隙间流到下面去, 保持干净。

本项目有4台6k V油浸变压器 (油量880kg) , 三台35k V油浸变压器 (油量10吨) , 采取如下方式设计:从各个变压器的储油或挡油设施分别接出排油管到主排油管, 主排油管采用内径150mm的刚性防水套管, 以2%的坡度敷设至总事故油池。

2.2 四台油量为880kg的变压器设置100%的储油设施, 设计如图2所示:储油池的上面为250mm厚的鹅卵石, 用格栅板架起, 下面为能容纳100%油量的空间, 在储油空间的一角设置一个小坑, 使整个空间以2%的坡度将油排向这个小坑。由于此变压器设置在室外, 厂址又在南方, 雨水较多, 避免储油池长期积水影响储油, 设置一排水管将雨水排向主事故油池, 主事故油池有油水分离能力, 可将雨水排到雨水井。

变压器100%储油池大小计算:

变压器外廓为:宽 (b) :1.7m、长 (a) :2.7m, 高:2.36m, 油池大小每边大于变压器外廓0.4m, 由于油池上要放置格栅板托起鹅卵石, 所以设置宽度为0.2m的台子放置格栅板 (如图2所示) , 所以真正储油的空间每边大于变压器外廓0.2m。

变压器轨距为1.07m, 顺着变压器宽度方向, 轨道长度为1.7m, 宽0.3m, 设置变压器基础墩为间距1.07m, 宽0.4m, 长1.8m, 高出地面0.5m的水泥墩。

油池深度计算公式:

S1= (a+0.4) (b+0.4)

h———储油池的深度 (m) ;

G———设备油重 (吨) ;

0.9———油的平均比重;

S1———储油池面积 (m2) ;

S2———储油池中设备基础面积 (m2) ;

a———设备外廊长度 (m) ;

b———设备外廊宽度 (m) 。

将数据带入上式得:

油池收集了100%事故油时, 要与鹅卵石有50mm的距离, 所以我们设置油池高为0.25m。

2.3 三台油量为10吨的变压器, 设置20%的储油设施 (如图3所示) , 储油池中填满鹅卵石, 用卵石的缝隙来储存这20%的油量, 在储油池一角设置一个小坑, 用格栅板将其架空, 使储油池其它地方以2%的坡度坡向这个小坑, 从小坑处通过排油管将油排到主事故油池。

根据《电力工程电气设计手册》中介绍, 20%储油池设计如下:

储油池和挡油设施的长、宽尺寸, 一般应比设备外形尺寸每边相应大1m。

储油池内一般铺设厚度不小于250mm的卵石层 (卵石直径为50~80mm)

储油池的深度h可按下式计算:

h———储油池的深度 (m) ;

0.2———卵石层间隙所吸收20%的设备充油量;

G———设备油重 (kg) ;

0.25———卵石层间隙率;

0.9———油的平均比重;

S1———储油池面积 (m2) ;

S2———储油池中设备基础面积 (m2) ;

a———设备外廊长度 (m) ;

b———设备外廊宽度 (m) 。

为防止下雨时泥水流入储油池内, 储油池四壁宜高出地面100mm, 并以水泥抹面。

排油管的内径不应小于150mm。

排油管设置一个向下的弯头, 起到水封的效果, 防止相邻变压器发生事故火灾, 带火的油流到本变压器, 将事故面积扩大。

本项目变压器具体参数:

变压器外廓为:宽 (b) :4.6m、长 (a) :5.2m, 高:4.055m, 油池大小每边大于变压器外廓1m。

变压器轨距为2.04m, 顺着变压器宽度方向, 轨道长度为4.6m, 宽0.7m, 设置变压器基础墩为间距为2.04m, 宽0.8m, 长4.7m, 高出地面0.5m的水泥墩。

将数据带入公式得:

最后设置变压器20%油池的深度为0.3m。

2.4 主事故油池的设计, 排油管采用内径150mm的刚性防水套管, 以2%的坡度铺设至主事故油池。主事故油池有油水分离功能, 设计原理如下:

①根据以往的设计经验, 结合本项目的实际情况, 初拟主事故油池的结构图4。左侧为进油管, 右侧为排水管, 在进油和排水的位置设计人孔, 方便人员检修, 人孔断面不宜过小, 根据以往经验, 人孔断面直径不应小于0.7m, 在油池的顶部设计排气孔, 保证事故油池内外压强相等以及保证人员进池检修安全。

②在事故喷油发生前, 事故油池内已经有一定高度的水。进油孔中心标高始终高出排水孔中心标高。 (图5)

③在某次发生变压器事故喷油的时段内, 有油体积为V的变压器油通过排油管排入到主事故油池内, 由于油的密度低于水的密度, 并且油水互不相容, 所以流入右半室的油浮在水的上面, 并压着下面的雨水通过连通器进入左半室, 使得左半室水的页面升高。事故油池左右两半室页面变化情形, 如图6。

④当事故油池右半室已注满变压器油后, 左右两半室液面变化趋于稳定。 (图7)

上面定性分析了由于主变压器的一次事故喷油, 导致主事故油池液面发生改变的全过程后, 下面来定量解析该过程。

首先, 为计算方便, 做一些假定:

①事故油池内的液体, 无论是水, 还是油, 事故前后, 其总体积不变。

②池内壁是光滑的;

以图7为计算解析图。

根据帕斯卡定律, 要保持右半室的油压着水流向左半室, 直至最后收集所有事故油后保持一种平衡, 即:

ρ1———变压器油的密度;

ρ2———水的密度;

h1, h2, h3, h4———图中油池内各种液面的高度。

G———变压器油重;

a———事故油池储油右半室长度;

b———右故油池储油左半室长度。

变压器主事故油池大小计算:

根据本项目实际情况, 设置油池内壁宽2m, 集油右半室长3m, 排水作左半室长1m, 左右室连通孔高设0.3m, 排油管的底标高为地下0.95m, 变压器油中10吨, 油密度和水密度的比值为0.9, 带入上式整理得:

所以最后我们设计为:排水管管口中心距油池底为2m, 进油口中心距油池底为2.2m, 两管口中心垂直距离为0.2m。

从上我们可以得出这样的结论:

无论油池大小为多少, 要保证最后的稳定, 要保持油池左右室液面高差大于0.1倍收集到的事故油的深度。

3 结语

事故油池是变电所内的重要建筑物之一。在变电所设计中, 合理地选择满足规范要求油容量的事故油池, 是事故油池的关键:容量选择过大, 增加了工程建设的投资, 造成资源的浪费, 不经济;容量选择过小, 不能完全容纳事故喷油, 运行安全得不到保障, 极易造成环境污染。因此, 在今后的工程建设中, 我们的任务是, 按照相关规范的要求, 结合本身工程的特点, 科学、安全、经济的做好事故油池的设计。

摘要：阐述了在变电所工程设计中, 为保证油浸式变压器的运行安全, 防止对环境造成污染, 对油浸式变压器事故油池的设计, 依照规范GB50060-2008《3110k V高压配电装置设计规范》, 遵循“安全、经济”的原则, 对事故油池的设计要求、工作过程、计算原理、设计特点进行论述。

关键词：油浸式变压器,事故油池,环境污染

参考文献

[1]林国成.变电所电气设计对土建、暖通、给排水专业的要求[J].现代建筑电气, 2013 (07) .

[2]GB50060-2008, 3~110k V高压配电装置设计规范[S].

油浸式接地变压器设计 第4篇

目前国内外变压器的冷却方式主要有四种, 即自然油循环自冷散热、自然油循环风冷散热、强迫油循环风冷散热和强迫油循环水冷散热。自然油循环风冷散热方式是利用变压器绕组及铁心发热后, 本体内的油形成对流, 油流经散热器后, 由冷却风扇吹出的风将热量带走, 从而达到散热的目的, 这种冷却方式主要用于中小型变压器。强迫油循环风冷散热方式通过油泵的作用, 使变压器内的油被迫快速循环, 在油流经散热器时, 由冷却风扇吹出的风将热量带走, 这种冷却方式主要用于大中型变压器。强迫油循环风冷却器与自然油循环风冷却器的主要区别是采用潜油泵强迫油进行循环, 这样油流速度加快, 冷却效率得以提高。传统散热器的基本类型主要由以下几种。

1.1 片式散热器

由于油浸式变压器具有散热好、损耗低、容量大等特点, 目前电网上运行的电力变压器大部分仍为油浸式变压器, 而且80%以上是采用自然油循环的冷却方式。当油浸式变压器容量大于50kVA时, 就可考虑用管式或片式散热器作为变压器的热交换装置。片式散热器的变压器横向体积过于庞大, 运输及维修都很不方便。片式散热效率很低, 虽然在低容量变压器散热中得到广泛应用, 但难以解决大容量变压器的散热问题。

1.2 风冷却器

当油浸式电力变压器容量超过50MVA时, 就可考虑采用风冷却器。风冷却器通过油泵将变压器顶层高温油送入冷却器冷却管内, 将其产生的热量传给冷却管内壁和翅片, 再由管壁和翅片向空气放出热量。

采用大功率风冷却器不仅给变压器的制造安装、使用、维修带来方便, 而且也可减少渗漏油。风冷却器冷却效果和使用寿命将取决于采用的冷却元件, 国内一般采用管子作冷却元件。在天气寒冷地区和少水地区, 大、特型油浸式变压器用风冷却器最适合。对于常年气温较高热带地区, 要考虑风冷却器的额定冷却容量有所下降的问题。

1.3 水冷却器

当油浸电力变压器容量超过50MVA时, 除采用风冷却器进行热交换以外, 还可采用水冷却器作为大型变压器的热交换装置。空气的比热仅为水的1/4, 所以水冷却器比风冷却器冷却效果好;空气侧的传热系数比水冷却器传热系数低, 所以冷却容量基本相同的两种冷却器, 水冷却器要比风冷却器的体积小、重量轻、噪声低。目前国内水冷却器单台最大容量已达到315kW以上, 国外已达到500kW以上。国内水冷却器采用单管结构, 所以发生过多起因水冷却器中冷却铜管破裂使冷却水进入到变压器的油中的情况, 由于无法及时发现水已进入到变压器油中去, 往往使进水的变压器油绝缘性能大幅度下降, 从而造成运行中的变压器发生严重事故。

水冷却器具有冷却效率高、噪声低等优点, 双重管水冷却器提高了水冷却器的可靠性, 非常适用于有水源地区。国内生产的双重管水冷却器技术性能和结构已与国际水平相当。用于寒冷地区要考虑冷却水的冰冻问题。

1.4 散热冷却器

一般采用风冷却器或水冷却器作为大型、特大型油浸式变压器的热交换装置, 这两种冷却器冷却效率高。但由于油泵和风机不间断运行, 因此存在噪声大、辅机损耗率高、维护工作量大等缺点。为解决上述矛盾, 欧洲出现了一种被称为“散热冷却器”的新型冷却方式。散热冷却器是指其散热面以片式散热器为主, 同时配合风机和油泵进行冷却, 当变压器负荷率为50%左右时, 片式散热器处于油浸自冷状态自冷式运行;当变压器负荷率达7 5%左右时, 启动风机, 片式散热器处于油浸风冷状态风冷式运行;当变压器满负荷时, 启动油泵投入运行, 投入油泵强油风冷式运行。

2 新型散热技术在变压器散热中的应用

近年来出现新型散热技术以及应用研究, 如果能够使这些技术与变压器散热问题有效结合起来, 将极大地推动油浸式变压器散热问题的研究进程。

2.1 热管技术

美国的losAlamos国家实验室于1963年发明了一种高效传热元件——热管, 利用热传导原理和制冷介质的快速热传递性质, 通过热管将热物体内的热量迅速传到体外, 其导热能力超过了任何已知的金属导热能力。热管由管壳、管芯和工作液体组成的密闭系统, 管壳内抽成真空。工作液体可为甲醇、水、汞等物质;吸液芯材料可用金属丝网等多孔金属或玻璃纤维做成;管壳材料可选取铜、铝、不锈钢等材料。热管工作时, 分为蒸发段、绝热段和冷凝段三个部分。蒸发段置于温度较高的区域, 液体工质通过管壁吸收外界热源热量后, 沸腾蒸发为蒸汽, 由此造成的压差把蒸气从蒸发段驱送到冷凝段。在冷凝段, 蒸汽把热量传给温度较低的冷源, 蒸汽又在吸液芯内凝结成液体, 液体靠吸液芯的毛细抽吸力返回到蒸发端。工质如此周而复始, 连续循环, 就把热量不断从热源传到冷源。绝热段的作用是将冷、热端分开。

热管特点具有响应速度快、热传输量大、不需要主动元件本身不需要耗能、可变换热流等特点。将热管应用在箱式变压器中不但可以解决箱式变电站的散热问题, 也可保证其所要求的密闭性, 但在变压器中应用热管技术的报道还较少。

2.2 微槽群技术

微尺度传热技术是目前国际传热学学术研究领域中的前沿和热点, 基于微尺度传热技术所发展的一些新型冷却方式。由于利用了微尺度下的一些超常的强化传热机理, 能获得很好的散热效果。作为一种新兴的微通道相变换热技术, 毛细微槽群蒸发热沉依靠毛细力驱动液体流动, 易于在微槽内三相接触线区域促进扩展弯月面薄液膜的形成, 创造高强度的蒸发换热条件, 因而能够被用来实现极高换热系数和热流密度的换热过程。

2010年6月第15届广州国际照明展览会在中国进出口商品交易会, 中科院工程热物理研究所与深圳市泓亚光电子有限公司共同研发的微槽群复合相变冷却技术的LED工矿灯正式推出, 这标志着该所微槽群复合相变冷却技术正式进入产品市场。微槽群复合相变冷却技术系中国科学院工程热物理研究所承担国家高技术研究发展计划 (863计划) 项目的研究成果, 是一种用于高热流密度和大功率电力设备、微电子及光电子器件的具有国际领先水平的新一代冷却技术。

2.3 变压器散热装置效率实时监控技术

变压器散热装置效率实时监控、评估系统, 能实时记录多个变压器散热装置在各种条件下的工作状态 (温度、流量、功率等数据) , 并对记录的数据进行分析, 找出散热装置达到最佳的工作点, 同时可对不同的散热装置进行散热效率的比较。系统能为不同散热装置的性能差别提供直观、准确的数据支持, 为散热装置的设计、安装、参数调整提供依据。系统可对散热装置进行长时间在线监测并记录保存数据, 通过数据比较可方便地找出给定装置的最佳工作点, 不同装置的数据记录的比较可看出它们的散热效率的差异, 调整某一装置的结构参数 (工作液的量、流管的尺寸、散热面积、安装的相对位置及通风条件) , 对比其调整前后的数据记录可获得散热效率与这些参数的关系, 为散热装置的设计、参数结构调整和安装提供依据, 实现最佳的散热效率。

3 未来研究展望

随着城市化进程的推进, 变电站及其变压器容量不断增容扩建。为了改善环境隔离变压器噪声, 综合利用变压器散热技术, 达到自然循环、对流散热、隔噪静音、节能环保、占地少、运行安全的目的, 是变压器散热技术的发展趋势。

3.1 综合利用多种技术改进变压器散热

变压器散热技术的改进变压与器损耗的大小有密切关系, 功率大的变压器损耗大, 需要散热能力更为强大的散热技术与之配合, 随着电力系统精细化管理的深入采用损耗更小的非晶合金变压器可以有效降低变压器损耗, 无形中相当于改进了变压器散热能力。另外, 通过采用微槽群等新技术改进变压器散热能力也是未来的发展方向。对于传统散热片的技术改造, 如增加翅片, 改善流道等也是很多学者, 专家正在研究的课题。

3.2 散热效率与制造成本和运行成本的平衡

新技术在变压器及变压器散热片上的应用在降低运行成本的同时无疑会增大变压器的制造成本, 因此如何找到两者的平衡点, 保证运行成本降低带来的收益大于成本增加带来的损害, 对于变压器生产厂商, 变压器散热计划研究人员和变压器用户来讲, 是一个非常重要的需要进行具体可行性分析的问题。

3.3 不同工况条件下对散热方式的选择

不同的冷却介质, 不同的冷却方式, 变压器的冷却效果不同。变压器运行工况变化较大, 且不说热带, 亚热带等地域变化造成的环境温度变化。即使是在环境温度变化不大的温带, 负荷的变化就会使得变压器损耗发生变化, 进而对散热情况提出了不同要求。因此, 根据工况变化的频繁程度, 合理选择不同的散热方式, 对于降低运行成本是非常有效的。随着变电站自动化程度的提高, 这也是非常容易实现的。

摘要：油浸式变压器在电力系统中广泛应用, 其散热效率高低对变压器的工作性能和安全运行有重大影响。现有变压器的散热效率普遍较低, 变压器散热问题研究具有现实意义。本文综述了国内外油浸式变压器的散热技术和新型散热技术在变压器散热领域的应用, 并对该领域的未来研究趋势作了展望。

关键词：变压器,散热,综述

参考文献

[1]王国华.油浸式变压器用热交换装置综述[J].变压器, 2001, 2.

[2]吴杰, 等.自然对流冷却条件下热管传热性能试验研究[C].第九届全国热管会议论文集, 2004:66～71.

[3]雷东强.变压器热管技术应用的可行性试验分析[J].华东电力, 2006, 3.

[4]胡学功.高性能微槽群相变散热系统的研究[D].中国科学院热能物理研究所, 2005.

[5]赵耀华, 等.微槽群散热器换热性能试验研究[J].北京工业大学学报, 2009, 1.

油浸式变压器油箱带油补焊效果分析 第5篇

在电力系统中变压器占有极其重要的地位, 对量大面广的全密封油浸式配电变压器而言, 不但要求性能良好, 而且要求运行安全可靠。在变压器行业中普遍会碰到漏油这个难题, 漏油是常见“病”也不能小视。漏油会给变压器安全运行造成潜在的危害。我公司近年来为解决油箱带油补焊质量, 想了不少方法, 通过焊工师傅的多次摸索和实践, 总结出了一套切实可行的带油补焊方法, 经补焊过的油箱不但焊缝平整光滑、焊接速度快, 而且能保证变压器油性能基本稳定。

1 焊接方法选择

因为变压器油燃烧必须有两个条件, 一是有一定的温度;二是足够的氧气, 二者缺一不可。虽然通过油箱壁向油传递着大量的热, 但由于油箱内油的对流循环, 热油受到大量冷油的包围, 会迅速失去热量, 不会使油的温度达到燃点, 另外箱内没有空气存在, 没有足够的氧气助燃, 因此, 只要控制得当, 带油补焊是不会引起变压器油燃烧的。由于带油补焊时热量会很快散发掉, 所以应采用电弧焊, 而不宜采用气体保护焊。因此, 我们选择了带油电弧焊。

2 补焊的工艺要求

1) 在处理变压器渗漏油之前应找出渗漏点。大面积的油污, 应先用抹布擦净污渍, 再仔细观察, 找到渗漏部位。2) 补焊时应将施焊部位的油迹清除干净, 最好用碱水冲洗再擦干。3) 现场准备好沙子和消防器材, 地面不能有易燃物品。4) 焊机一般采用普通交流380 V焊机, 如型号BX1-300F-3。5) 焊条一般采用普通Q235、直径Ф2~Ф3.2 mm焊条, 如224焊条。6) 焊接电流一般控制在80~100 A左右。7) 焊条与焊接面应保持一定角度, 大约在45°左右。8) 补焊时, 焊条要由上向下运行, 要在引弧一次焊死漏点。9) 采用断续快速补焊。所谓断续, 就是不连续的意思。因连续焊, 焊区集中, 温度过高, 焊接部位材质机械强度会突然降低, 加上焊接时电弧吹力的作用, 焊接部位多少产生点咬边, 这时最薄弱区会抵挡不住变压器油的压力, 造成小洞补成大洞。

3 不同渗漏处的补焊方法

1) 冷拉圆钢与波纹片转角部位。由于焊接不良及油箱的搬动易使波纹片转角部位与冷拉圆钢焊接处漏油, 但一般不严重, 为保证补焊质量。方法是:将漏油处一小段冷拉圆钢锯掉, 这样方便焊接并能一次快速补好, 然后再将锯掉的一节圆钢焊好、焊瘤小。2) 波纹片与箱壁 (法兰) 焊接处漏。补焊方法是:将注油管塞子打开, 由于油箱上部漏油流速缓可分1~3次补, 中间冷却1~2 min, 这样使补焊产生的热量及气体从注油管排出减少内部压力。3) 油箱下部箱壁与波纹片焊接处漏。放少量油补焊法:为方便下部油箱补焊, 将要补焊变压器放在一个较牢固的架子上, 高度适宜补焊。将注油管塞子闷塞密封, 放油阀门打开放油至油只有少量流出 (此时因油箱内与大气不通, 油自然为越来越少流出, 比阀门打开时有明显减少) 。使油箱上部引成小区域真空带 (产生负压) 接着将放油阀门关闭开始补焊, 分1~3次补, 中间自然冷却1~2 min。这样补焊效果好、补焊[1]处焊缝平正。

4 负压法带油补焊

所谓负压法就是把油箱抽真空, 造成负压后再进行补焊的一种方法。负压的真空度不宜过高, 以内外压力相等为宜, 这样使变压器油不从里向外流, 从而使熔化的铁水因负压而向孔隙内流动, 达到补焊的目的。可用Ф180管式油枕作为储油气筒, 油枕下塞座连接到 (做一个连接头) 需补焊的变压器注油管上, 油枕上塞座连接一根软管, 另一头连接到小真空泵 (2XZ-2旋片式真空泵) 。补焊前抽一下真空, 此时须观测油枕的油位表, 待油位表能看到少量油位, 并且漏油处只少量漏油或无漏油, 立即停止真空泵。使油箱内造成负压, 这样带油补焊较可靠, 补焊结束可将变压顺油放回油箱内。其优点是操作省力, 不论渗漏处在何处, 均能可靠操作, 补焊的质量高, 而且能吸出部分因焊接而产生的有害气体。

5 带油补焊后的效果分析

通过带油补焊, 节省了大量的时间、人力和物力。通过用注射器取油样对变压器油进行气相色谱分析和油常规化验, 来验证带油补焊后变压器油有没有烃类气体产生。表1列出3台变压器油中气体补焊前分析值与补焊后分析值, 从这些数据我们发现补焊前后的变压器油性能基本稳定, 各项指标均不超标, 符合变压器的出厂气体含量的要求。

6 结语

变压器油箱漏油, 长期以来困扰变压器生产企业, 漏油直接影响到变压器安全运行。如何彻底解决漏油问题, 首先是提高油箱本身质量, 其次才是用行之有效的补救措施─—带油补焊, 带油补焊既节约变压器制造成本, 又使补焊更方便。

参考文献

油浸式接地变压器设计 第6篇

根据我国《电力设备预防性试验规程-DL/T 596—1996》中电力变压器的试验项目、周期和要求条目，对变压器绕组绝缘电阻、吸收比或（和）极化指数的测量结果要求为：绝缘电阻换算至同一温度下，与前一次测试结果相比应无明显变化；吸收比（10～30℃范围）不低于1.3或极化指数不低于1.5。

随着变压器绝缘技术的不断发展，近年来的统计情况发现，大型变压器的绝缘电阻绝对值大时，往往出现吸收比、极化指数小或不合格的现象，反之绝缘电阻绝对值小时，则可以达到上述标准的要求，这给变压器的绝缘状况的正确判断带来困难。

2 变压器绝缘电阻、吸收比、极化指数的分析

一般说来，测量变压器的绝缘电阻、吸收比、极化指数，对检查变压器整体的绝缘状况具有较高的灵敏度，能有效地检查处变压器绝缘整体受潮，部件表面受潮或脏污，以及贯穿性缺陷。当绝缘缺陷贯穿于两极之间时，测量其绝缘电阻时才会有明显的变化，此时测量绝缘电阻了才能灵敏地排查出绝缘问题。如绝缘只有局部缺陷，而两极仍保持有良好绝缘时，绝缘电阻降低很少，甚至不发生变化，因此此时绝缘电阻值不能反应出该种绝缘缺陷。此时增加吸收比的测量对判断变压器绕组绝缘是否受潮起到一定作用。

在测量绝缘电阻时，外加直流电压作用下，绝缘电阻：

其中RP、CP为绝缘纸的等值电阻和电容量；R0、C0为绝缘油的等值电阻和电容量；R1为纸撑条和垫块的等值电阻。

吸收系数：

由式（1）看出，绝缘由阻取决于变压器纸和油的状况，及结构尺寸，并随测试时间增加而增大。因此不是判断绝缘状况的理想指标。实测表明，变压器油的状况，特别是其电阻率影响因素很多，对绕组绝缘电阻的影响很大。

吸收比K为绝缘电阻60s值与15s值之比：

由式（4）看出，吸收系数G增加，导致吸收比K增大，由式（2）知，吸收系数G主要取决于介质的不均匀程度（RpCp≠R0C0），即当油和纸两层介质均良好或均很差时，G值较小，其作用均使吸收比下降，给判断绝缘优劣带来复杂性。在固定的G值前提下，某一吸收时间常数T0时，吸收比K取得最大值Km。

由式（3），吸收时间常数T与R0R0/（Rp+R0）成正比，油和纸两层介质或其中一层介质不良时，T<T0；当两层介质均好时T>T0。在这两种情况下，吸收比均较小，也给绝缘判断带来复杂性。

综上所述，用吸收比K判断绝缘状态有不确切性。特别是对于大型变压器，因吸收时间常数T较大，往往不能取得大的吸收比。由于绝缘结构的不同，使测试的吸收时间常数延长，吸收过程明显变长，稳态时一般可达10min或以上。大量数据表明，10min绝缘电阻均大于1min绝缘电阻值，说明这些变压器的吸收电流确实衰减很慢。因而出现绝缘电阻提高、吸收比小于1.3而绝缘并非受潮的情况。若仍然按传统的吸收比来判断大型变压器的绝缘状况，已不能有效地加以判断。

在此时增加测量“极化指数PI”作为另一种判断绕组绝缘是否受潮的依据。因此在我国《电力设备预防性试验规程-DL/T 596—1996》中规定吸收比（10～30℃范围）不低于1.3或极化指数不低于1.5，用以判断变压器绝缘状况。

3 某启动备用变压器绝缘分析

某厂一台500KV等级启动变压器，由日本东芝株式会社制造进口，额定容量68/34-34MVA，变比HV 510kV±8×1.25%/6.3kV-6.3kV，接线组别Yn,Yn-Yn-12，短路阻抗11%。该台变压器在日本东芝工厂的出厂试验结果如表1。

测量时油温为27℃，油中含水量为3.9ppm。

从表1可以看出：高压绕组的试验的实测吸收比是1.07，极化指数是1.34，不满足规程要求的吸收比1.5以上或极化指数1.3以上。

以下为对该变压器绝缘电阻与其绕组之间的气隙长度及气隙体积关系的分析。

其中：ρ：电阻率；d：间隙长度；D：间隙的平均直径；H：绕组的高度；S：间隙的体积∏D×H。

吸收比和计划指数为绝缘电阻的函数。由式（5）可看出，变压器的绝缘电阻与变压器绕组的间隙长度d成正比，与其间隙体积S成反比，而d与S由变压器结构决定的。该台变压器的吸收比、极化指数较小原因是由该变压器的内部结构特殊性引起的，该变压器由于其高压侧电压为510KV，使得高压绕组同内部接地排之间存在较大的间隙，而该变压器的容量又较小仅为68MV，使得其在间隙两边的绕组面积较小。

根据某制造厂统计的其生产并已成功投运的变压器的极化指数、吸收比与变压器的d/S关系，见图2，从中也可以看出变压器的d/S越大，其极化指数、吸收比越小。

图2中：●3相68MVA 510kV变压器，▽3相755MVA 525kV变压器，★3相420MVA 242kV变压器，◆★3相730MVA 510kV变压器，❖3相240MVA 242kV变压器，■单相65MVA 380kV变压器

d/S以3相68MVA 510kV变压器的值为100%。

通过以上分析可以得出，该台变压器的吸收比、极化指数不满足规程要求，是由于其特殊的结构所至。但该变压器的绝缘电阻值高，介损、油中含水量均满足规程要求，且通过工厂及现场安装投运前的局放试验，并已安全投入运行。

4 结束语

变压器绕组的绝缘电阻、吸收比、极化指数为判断变压器绝缘状况的有效手段。在对不满足我国《电力设备预防性试验规程-DL T 596—1996》中的要求的变压器绝缘状况进行判断时，还需要根据变压器的结构、介质损失、油中含水量等进行综合分析，以得出正确的结论。

摘要：本文对大型变压器绝缘测量的方法、国标对变压器绝缘的要求进行了分析,研究了某大型火电厂内不满足国标要求的变压器的结构对变压器绝缘电阻、吸收比、极化指数的影响,提出变压器的绝缘状况综合分析方法。

关键词：变压器,绝缘电阻,吸收比,极化指数

参考文献

[1]《电力设备预防性试验规程-DL/T 596-1996》.

油浸式接地变压器设计 第7篇

关键词：变压器,油浸式,负荷,热路模型,运行,光纤光栅,温度测量,油温

0 引言

电力变压器是电力系统的关键设备, 在运行中遭受热、电和机械等多种应力的共同作用。从某种程度而言, 电力变压器的负载能力和可用寿命取决于它的热特性, 即能否及时地将变压器内部产生的热量传递到周围环境中。

绕组热点温度的测量方法有:光纤传感器直接测量法、热模拟测量法等, 但由于直接测量价格昂贵, 运行维护困难, 特别对实际运行变压器一般都只监测变压器顶层油温, 并通过顶层油温间接估算绕组热点温度, 顶层油温高则表示绕组热点温度也较高。因此, 要在变压器绕组热点温度超过其温度限值之前发现变压器的温度异常, 必须能预测出变压器运行时顶层油的温度值。

在变压器热特性的理论研究方面国内外一些专家已经做了大量的工作, 大都是计算变压器的稳态温度场。其中采用有限单元方法求解了变压器绕组的温度场, 获得了详尽的温度场分布情况, 计算结果与试验结果基本一致, 为研究该类变压器的温度特性提供了方便[1,2]。

由于变压器热点温度, 尤其是绕组热点温度是进行负荷智能管理的基础, 虽然计算机技术的进步使变压器热特性的数值研究得到很大发展, 但是热点温升的准确测量和计算是比较困难的, 本文根据有限单元的方法, 基于光纤光栅温度测量系统, 对变压器温升试验进行温度实测, 从而完成对变压器热路模型的公式修正, 并通过现场变压器温升试验进行验证。

1 传统变压器热路模型建立

所谓热路模型计算法, 即从传热学的角度用电路模型简化变压器内传热过程, 将变压器内热传导过程简化为电路模型, 这种方法可得到直接反映物理过程的热路模型并得到计算变压器热点温度的计算公式。热路模型计算法的计算过程简单, 需要参量较少, 而且如果模型建立的足够准确, 那么得到的结果也会较为精确。

由于电场分布与热场分布均满足泊松方程, 因此热场与电场有许多相似之处, 可以建立它们之间的对应关系, 进而用我们熟悉的电场量来分析计算热场。描述内无热源导热体中稳态导热现象的温度场和热流密度的方程为[3,4,5,6]:

式中, T为温度, q为热流密度, λ为导热系数。描述导电体中恒定电场和电流密度的方程则为:

式中, U为电压, j为电流密度, γ为电导率。

对比式 (1) ~式 (4) , 可以看到两者具有完全相同的数学表达式, 且各参量的量纲结构形式也类似, 只是用电压U模拟温度T、电流密度j模拟热流密度q、电导率γ模拟导热系数λ。也就是说, 热流场中各种物理量完全可以与恒定电流场相对应, 而且电流场的基本属性也适用于热流场。例如, 电流场中的等位面, 对应于热流场中的等温面, 与等位面相似, 它也是单值、连续的, 且不同温度的等温面不会相交;且电流场中有电力线, 电力线与等位面正交, 表示该点的电场强度, 与之相对应, 热流场中有热流线, 热流线与等温面正交, 表示该点的热流方向及大小。

而对于非稳态导热问题的电热模拟, 具有相似的性质, 即用电容C模拟热容ρc ( 即为物质密度与比热容的乘积) 。根据热电类比理论, 若描述两个物理现象的微分方程的形式相同, 只要两个载体的几何形状和边界条件相似, 则两者方程的解析解可以完全通用, 这就是热路模型法应用的基本理论依据。

根据热电类比理论, 对于大型电力变压器, 热量从其内部传递到外部环境的传热过程可以简化为一个集总参数形式的电路来表示, 如图1 所示。集总参数电路中的某节点电压代表温度场中某点的温度, 利用电路定律求解此热路模型就可求得模型中代表的某点温度值。

其中, q为变压器内部热源, 一般理解为变压器负载损耗和空载损耗总和;电压源θ表示导致热量转移的温度;热电阻Rth以及热电容Cth均为集总参数;θ'为节点温度。根据热电类比法, 热电阻Rth常定义为:

而热电容Cth则定义为:

其中, c为物质比热容, m为物质质量。

此时, 若想求得节点温度, 则可根据式 (7) 进行:

对于变压器而言, 假设已知环境温度为θ和集总参数值Rth、Cth, 则可以利用式 (7) 计算出节点温度θ', 此温度可以是油温或绕组温度, 根据集总参数值的不同而不同。

2 模型分析

对于复杂的电路模型, 可以通过诺顿等效或者戴维宁等效变换变为简单的端口电路, 同样的, 对于有热源的传递过程来说, 可以将传热时内部导热热阻和热容合并简化, 此换热过程可使用图1 所示的典型热路模型来表示。利用热路模型, 可以将变压器内部复杂的传热过程简化为二阶电路问题进行求解, 具有较大的实际应用意义。

变压器内部热量的传递是一个较为复杂的过程, 简单来说, 热量从变压器铁芯、绕组以及各部分夹件上产生, 并导热至表面, 而后对流至变压器油中, 再由变压器油对流至油箱壁, 通过导热、对流及热辐射传至环境中。

实际运行的变压器, 其内部热量与自然界中其他因素不断有热交换过程, 例如变压器箱体的自然对流散热、自然风造成的强制对流散热以及日照辐射引起的温度升高等情况。对于较高电压等级的油浸式电力变压器, 其箱体对外界的对流、辐射散热较大, 且日照辐射也直接影响了变压器箱体的温度, 因此首先想到的是把变压器箱体温度作为一个待求取变量, 这样就可通过箱体壁温, 更为准确地求取箱体对外散出及吸收的热量。但实际变压器在运行过程中, 箱体上一些部件会由于漏磁的影响产生涡流损耗并发热, 使得箱体上表面温度分布不均, 一些部分温度太高以至于不满足热路模型所反映的传热规律, 这些部分称为“奇点”。由于“奇点”的存在, 使得变压器箱体表面平均温度在实际运行中难以测量, 且通过热路模型计算出来的壁温与实际情况不符, 所以通过求解变压器箱体表面温度进而求取热点温度的方法是不适合实际工程应用的。

基于以上内容, 需要对传统热路模型进行新的改进, 由于变压器箱体平均壁温在实际传热过程中不满足热路模型所设定的传热规律, 但为计及外界自然环境因素对变压器内部热量传递过程带来的影响, 可以选取变压器油平均温度作为参考量。

3 模型修正及其适用性分析

根据以上思路, 基于变压器油平均温度的热路模型如图2 所示。

图2 中, 3 个热路中的热源q视为相同, 是变压器施加的总负载;前两个图中的热电容Chs-hoil与Choil-moil为变压器内油与铁心及绕组的总热电容;热电容Cmoil为变压器油的热电容;R分别代表热点和热油区域热路模型、底层油温和热油区域热路模型中相对应的热电阻。θamb、θmoil、θhoil分别代表环境温度、底层油温以及绕组热点区域温度。

3.1 太阳辐射对变压器热点温度的影响修正

为计及室外变压器在实际运行情况下受到的来自太阳辐射的影响, 将太阳辐射带来的热量作为一个热源 ( 电流源) 加设到热路模型中, 增设太阳辐射热源后新的模型如图3 所示。

当计及日照因素的影响时, 在计算平均油温和顶油温度的两层模型中, 均增加了由日照引起的热源。其中:

式中, qsun为日照引起的热源的发热量;A为变压器箱体受到辐射的面积, 考虑最严重的情况, 为变压器箱体正面、顶面、侧面三个面的面积之和, 单位m2;Psun为太阳到达地球表面单位面积上的辐射功率, 影响辐射功率的因素很多, 如太阳位置、地理方位、大气状况等, 可以参照当地历史数据或者直接用传感器测量, 单位W/m2;α为斯忒藩- 玻耳兹曼常量, 它可由自然界其他已知的基本物理常数算得, 因此它不是一个基本物理常数。

3.2 对变压器损耗的计算及修正研究

在正常运行的变压器中, 通常认为绕组和铁芯为变压器内部的主要发热源, 量化后将热源等效为损耗值, 如前文所述, 通常认为变压器的总损耗为空载损耗和负载损耗之和, 即:

其中, q为变压器总损耗, qfe为变压器空载损耗, qf为变压器负载损耗。

而变压器负载损耗又可以具体表示为直流损耗和附加损耗之和:

对于三绕组变压器, 直流损耗qdc=I2Rdc, 其中Rdc为绕组直流电阻, I为流过绕组电流。

3.3 温度对变压器油密度的影响

对于变压器铁芯、绕组、箱体附件等部件, 由于其密度随温度变化改变较小, 在计算热容时可不考虑由于温度的变化而产生的影响。而变压器油的密度则随温度变化较大, 在计算热容时必须考虑这部分影响。以油浸式电力变压器常用45# 油为例, 其密度随温度的变化如表1 所示。

可见油密度随温度的变化是比较大的, 而且由于油在变压器内部所占比重很大, 因此较小的变化也会对变压器油整体热容带来较大的影响。将表2中数据绘图, 如图4 所示。

从图4中可看出变压器油的密度基本随温度作线性变化, 二者之间关系可直接用一次曲线进行拟合:

将式 (11) 代入到热容计算公式中, 将定值ρ换为ρ (θ) , 则有Coil (θ) =cVρ (θ) , 其中, V为变压器油的体积, 这样处理显然更接近实际情况。

3.4 变压器箱体对外散热热阻

变压器箱体对外散热方式主要有以下三种:自然对流热交换、自然风强迫对流热交换及箱体对外热辐射。对于不同的散热类型, 其热阻的求取方法也不同。

辐射散热热量计算通常按照斯忒藩—玻耳兹曼公式求解:

其中, S为油箱表面积, θw、θf分别表示油温与环境温度, ε为比辐射率。

令Δθ=θw-θf, 辐射换热热阻为:

热量从变压器内部油到变压器箱体表面是以热传导的方式进行传递的, 传递的热量可以用由傅里叶导热定律表示如下:

根据前述热阻的定义:Rth=Δθ/Q, 对傅里叶方程式进行变化可得:

在计算中Δθ为变压器平均油温升, l为传递距离, 代入额定运行条件的稳定温升值, 并经过多次迭代计算后可求得热阻Rrad的精确解。结果表明, 变压器辐射散热热阻较大, 对变压器整体散热影响较小, 为保证计算的时效性, 在通常情况下可以将此部分热阻忽略。

变压器在运行中主要通过箱体辐射对流和冷却装置对外散热, 目前国内大部分变压器的冷却装置都为敞开型片式散热器结构, 少数仍使用封闭式的冷却器。由于封闭式冷却器基本不会与空气发生对流, 自然风对其散热影响可忽略不计。

3.5 变压器冷却器散热热阻

变压器冷却器散热方式通常包括:自然对流热交换、自然风强迫对流热交换、冷却风扇强迫对流热交换及片散对环境的热辐射。在此主要着重对冷却风扇强迫对流交换方式进行阐述。

强迫对流时自然风和风扇造成的片散表面换热系数分别为:

其中, Nu为努塞尔数, 式中下标Fx与Fy表示依赖于油物性的温度值 ( 不同的油的导热系数不同) ;d为传热面几何特征长度, 这里取油道长度, ε1、ε2分别表示风扇在强迫油循环与风扇风冷作用下的对流换热系数, 该系数可由试验或者经验获得, 其中ε1的取值范围一般在1000 ~ 1500, ε2的取值范围一般在20 ~ 100。

自然对流方向与强迫对流方向近似相同, 风扇对应面积下的努塞尔数为:

hN表示受到风扇作用的片散表面换热系数。非风扇对应面积下的努塞尔数为:

设风扇对应面积下的片散数目为nF, 未受风扇作用的片散数目为nN, 则在有冷却风扇影响下片散表面对流散热的热阻为:

式中, hF表示未受到风扇作用的片散表面换热系数;W、H分别表示片散的宽度与高度。

4 修正模型验证

利用光纤光栅温度测量技术, 在变压器上半部设立大量的温度传感器进行变压器内部温度实测。并将热路修正模型计算结果与几台西门子公司变压器实测温升数据进行对比, 结果如下。

4.1 与810032#型变压器数据对比

西门子810032# 变压器 (ONAN/AF) , 其电压等级为230kV, 额定容量为75MVA, 利用此台变压器, 在初始温升段中关闭了所有冷却风扇, 相当于AN方式运行, 在一定时间后打开全部风扇, 相当于AF方式下运行, 这样就可以通过热路模型很好地模拟此过程, 比对结果如图5 所示。

图5 中, 在160min前关闭所有冷却风扇, 在此之后打开所有风扇。对比发现, 模型计算温升值与实测温升值相当接近, 最大的误差出现在预热过程, 误差约为2.8K, 在160min后, 计算结果与实测温升值几乎一致。在预热过程中, 变压器负荷为AN冷却条件负荷的两倍左右, 计算与实测的一致也验证了模型在变压器过负荷下温度计算具有很好的精度。

4.2 与09503#型变压器数据对比

为进一步验证模型精确性, 再选取一台西门子公司95 年产变压器进行数据比对, 09503# 是一台容量为40MVA, 电压等级110kV的三相双绕组变压器, 冷却方式为ONAN, 比对结果如图6 所示。

从图6 中可以看出, 虽然计算结果与实测温升值仍存在一定误差, 但仍在可接受范围内, 进一步验证了本热路模型计算温升方法的准确性。

5 结语

通过与变压器负荷导则以及光纤光栅温度传感器的实测数据的对比, 基于平均油温的发热温升计算方法用于计算热点温度的热路模型的精确性得到了进一步的验证, 由于在模型中加入了多种修正, 大大提高了模型的精确性。

参考文献

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[5]王纬武.流体流动与传热[M].北京:化学工业出版社, 2002.

油浸式接地变压器设计 第8篇

关键词：电力变压器,供电,电气试验

目前, 在变压器故障诊断中, 只凭电气试验的方法往往很难发现某些局部故障与发热缺陷, 特别是变压器内部的过热性和放电性缺陷。本文通过色谱分析法、电气试验等方法对某变电站110k V、50MVA主变进行综合故障判断, 分析变压器内部潜伏性故障, 根据综合结果及利用主变本体及油枕与有载分接开关之间的压力做加压试验, 发现分接开关桶底渗漏。

1 变压器油色谱分析

2014年7月对该变压器进行油色谱分析, 与上次历史数据比较, 发现油色谱中乙炔含量增加, 具有加速增长的趋势, 但总烃含量未超标, 且铁芯电流正常, 正值迎峰度夏期, 不易进行停电检查, 决定相对的降低负荷, 对其进行连续的跟踪分析, 发现其增加的趋势与负荷大小没有突出明显的关联。因产气速率与故障消耗能量大小、故障部位、故障点的温度等情况有直接关系, 根据绝对产气速率公式计算:

对照故障类型判断方法, 属于低能放电和电弧放电类型。可能由于线圈匝间、层间短路、线圈熔断、分接抽头引线和油隙闪络、不同电位间的油中火花放电、悬浮放电或者分接开关飞弧等故障。故障气体的组成和含量与故障的类型和故障的严重程度有密切关系, 乙炔的增长速度较快且超过注意值, 防止存在的以上潜伏性故障发展成电网事故, 对变压器进了停电试验。

2 电气试验及问题分析

停电对变压器进行了外观常规检查及电气试验, 重点检查110k V中性点套管本身的状况, 有载分解开关接触及有载开关桶内是否存在渗油点、主变中性点套管与中性点连接引线之间是否存在放电点。包括了介质损耗、直阻, 铁芯、夹件绝缘电阻、吸收比等各种试验, 数据显示均正常, 未发现任何问题。

由电气试验直阻等数据正常排除了线圈、分接开关接触不良等引起的放电故障, 综合分析是否是由于分接开关飞弧, 有载开关油箱漏油渗漏进入本体导致本体油中乙炔气体含量超标而引起的误判。所以在有载分接开关厂家配合下, 将有载分接开关内部绝缘油放净, 桶底擦拭干净, 利用主变本体及油枕与有载分接开关之间的压力做加压试验。静置两小时后, 发现桶底有少量绝缘油出现;再次将桶内绝缘油迹擦拭干净, 静置两小时后, 再次发现有绝缘油渗出。检查后初步发现桶底密封件存在渗油现象。即有载开关油箱内含有乙炔气体的油渗入本体, 造成本体乙炔含量升高以致超过注意值。

3 故障处理及跟踪检查

对发现的问题, 进行讨论制定了处理方案, 工作内容如下:

(1) 将桶内油放净后, 将新密封件安装至渗油的密封件外侧, 完成后将桶内擦拭干净静置观察, 渗油现象基本消除;

(2) 将有载开关还原并注入合格绝缘油密封后, 主变高压侧直流电阻结果符合《输变电设备状态检修试验规程》的要求;

(3) 主变本体绝缘油真空脱气;

(4) 在滤油真空脱气的同时, 将主变110k V中性点套管拔出, 检查套管及中性点引线有无放电点。检查结果为:中性点引线完好, 未发现引线的表面有放电及灼烧痕迹, 套管完好无放电点;

(5) 滤油脱气工作结束主变送电运行后, 分别在1d、4d、10d、30d采集主变本体 (取样点为本体下部取样阀处) 、散热器下部、备用补充油罐内油样进行色谱试验。连续跟踪色谱分析, 试验结果为:除散热器内检测出还含有微量的乙炔外, 主变本体及油罐油样未检出乙炔成分。

4 总结

油浸式变压器绝缘油的劣化或者在高温、放电下的裂解, 降低了其绝缘性能, 对变压器等设备的稳定运行和电网安全带来了严重的影响。通过油色谱分析和电气试验的综合分析, 能尽快发现设备内部存在的潜伏性故障, 虽然无法正确定位故障具体位置, 但是能随时掌握故障的发展情况, 而且加快了故障的查找速度, 提高了故障的处理水平。

参考文献

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