特变电工股份有限公司新疆变压器厂 新疆昌吉市 831100
摘要：随着电力系统的发展越来越快，需更换绝缘材料以提升油浸式配电变压器性能。基于传热学经典理论、油浸式电力变压器负载导则和采用高温绝缘材料的液浸式变压器设计和应用导则，针对采用新型绝缘材料的均匀高温绝缘系统油浸式配电变压器进行研究。
关键词：油浸变压器；绝缘问题；相关技术
1不同绝缘系统油浸式配变散热能力比较
1.1不同液体绝缘材料性能比较
常规绝缘系统绝缘材料采用矿物绝缘油和纤维素绝缘纸；均匀高温绝缘系统中，液体绝缘材料采用高温绝缘油（如植物绝缘油、硅油、β油等），高于常规绝缘系统的温度区域采用高温固体绝缘。其中液体绝缘材料的性能对油浸式变压器散热性能具有决定性作用。高温绝缘油中的植物绝缘油闪点高、电气性能良好、抗氧化能力强、易降解，是均匀高温绝缘系统变压器的首选绝缘介质。现可商业量产的植物绝缘油有ABB公司的BIOTEMP植物绝缘油、Cooper公司的FR3植物绝缘油等，其中FR3植物绝缘油应用最广泛，目前已有超过50×104台FR3油变压器在运。故本文主要比较矿物绝缘油和FR3植物绝缘油两种典型液体绝缘材料。FR3植物绝缘油运动黏度和含水量远大于矿物绝缘油，热容和热传导率较矿物绝缘油略高，热膨胀系数和密度与矿物绝缘油相当。其中影响油浸式变压器散热能力的主要特性为绝缘油热容和运动黏度。
1.2油浸式配变散热情况分析
1.2.1油浸式配变散热方式
油浸式变压器散热方式有3种：热传导、热对流和热辐射。热传导指发生于完全接触的不同物体或是一个物体的不同部位之间的由于温差而引起的内能交换，多发生于油浸式变压器线圈、铁心、油箱和散热器等各部件的内部；热对流指发生于固体表面和与其接触的流体之间的由于温差而引起的内能交换，是油浸式变压器散热的最主要途径；热辐射指物体发射出电磁能，被其它物体吸收并转换为内能储存起来的方式，发生于变压器箱体外表面，相对于热传导和热对流的作用，热辐射散热作用可忽略不计。油浸式配电变压器运行中的产热主要由绝缘液体以热对流方式散发到周围环境中，且更换绝缘材料导致的散热性能差异主要是更换绝缘油导致的热对流性能差异，故针对不同绝缘系统配电变压器主要比较其对流散热能力。
1.3不同绝缘系统油浸式配变散热能力比较
不同绝缘系统油浸式配变散热能力的差异主要源于液体绝缘材料的差异。绝缘液体可带走铁心和线圈产生的热量，降低变压器温升，防止过热老化，其散热方式主要为对流散热。分析可得，在不改变油浸式变压器结构的情况下，两种绝缘油的油接触面积A相等；变压器带相同负载，则铁心和线圈发热情况相同，即对流换热发生的初始时刻温差?t相等。故不同绝缘液体通过热对流方式带走的热量Q与对流换热系数h成正比。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆分析可得，在不改变油浸式变压器结构及变压器所在地的情况下，变压器带相同负载，则铁心和线圈发热情况相同，即对流换热发生的初始时刻温差?θ相等。针对ONAN冷却方式的油浸式配变，无额外冷却措施，n取0.25。矿物绝缘油对流换热系数和FR3植物绝缘油对流换热系数的比值如：hFR3h矿=0.802由式可知，计及绝缘液体热容和运动黏度的双重影响时，采用FR3植物绝缘油的均匀高温绝缘系统配变散热能力弱于采用矿物绝缘油的常规绝缘系统配变，相同结构下仅能达到常规绝缘系统配变散热能力80.2%。
2变压器故障导致的温度升高现象
2.1铁芯及夹件类故障导致的温度升高现象
铁芯与夹件多点接地和硅钢片间局部短路都会形成闭合回路，当主磁通穿过这一回路时就会产生感应电流，感应电流在回路中环流而产生热量，出现局部温度升高现象。温度升高又可能使相邻硅钢片间的绝缘膜烧坏，引起硅钢片短路，进而引起变压器温度升高而过热。铁芯及夹件接地不良、铁芯电屏蔽层开焊或断裂将使铁芯或夹件产生悬浮电位。悬浮电位及能量积累到一定程度时将产生局部放电，放电电流产生功耗而使局部温度升高。
2.2绕组及引线类故障导致的温度升高现象
绕组变形一方面可能破坏匝间／层间绝缘介质而导致匝间／层间短路，另一方面减小了局部的绝缘距离，可能产生局部电场集中而形成对铁芯及夹件、油箱等放电。匝间／层间绝缘性能下降同样可能引起匝间／层间放电，甚至短路。放电时，小的放电电流并不会产生很大的功耗，但它会逐步破坏绕组绝缘介质而引起各种短路。匝间／层间等短路故障将造成巨大的短路电流，巨大短路电流必然会产生很大的热量而使变压器温度升高，甚至烧毁。绕组直流电阻异常时，电流通过连接不良处时必然产生功耗而使局部温度升高。
2.3分接开关类故障导致的温度升高现象
导电部分接触不良时，一方面会使触头或连接处发热，进一步导致变压器油劣化、压力弹簧过热、绕组绝缘材料烧坏而引起更严重的故障；另一方面无功功率减小，致使并联运行的变压器无功功率增大，温升过高。分接档位调整不到位或错位时，可能会使调压绕组短路而产生大的短路电流，使动静触头接触不良而出现放电现象，逐步导致严重的故障。过渡限流器烧坏会使切换开关发热甚至熔化。切换过程中，连接断线将使动静触头间出现拉弧放电，降低了绝缘油性能而使故障逐步扩大。有载分接开关油室密封不良时，一方面会使分接开关缺油，切换开关操作时产生的可燃性气体进入变压器本体油箱中，使其色谱分析结果异常；另一方面变压器油可能会进入分接开关油室而外溢，使变压器缺油而引发故障。当分接开关绝缘不良时，电极尖端、绝缘油等将会发生放电乃至闪络或对地发生短路接地等。放电和短路电流将产生热量，可能引起严重的事故。
2.4油箱及底座类故障导致的温度升高现象
箱体密封不良时，将出现渗漏油现象而导致变压器缺油；如果巡检不到位或油位监测装置失效，缺油必然引发放电类和散热类故障。如果箱体连接螺栓接触电阻大，变压器漏磁通在螺栓与箱沿构成的闭合回路中产生的感应电流会使螺栓及油箱连接处局部过热。过热又会引起密封橡胶老化与变压器油劣化加速，从而引起更多的故障。变压器漏磁通在环路中产生很大的环流，使变压器局部温度升高，甚至过热。
结语
随着变压器制造、检验和监测手段的不断提高，那些存在缺陷的检测项目和试验标准应及时修订，一些先进的检测手段和反事故措施应及时升级为标准、规程。唯有如此，才能更好地发挥标准、规程的作用，及早发现设备存在的潜在隐患，避免事故的发生。
参考文献
[1]张显忠,徐子宏,胡振忠,等.采用高温绝缘材料的液浸式变压器的设计和应用:GB/Z1094.14—2011[S].北京:中国标准出版社,2011.
[2]何海燕，王晓娟．电力变压器绝缘老化程度的分析[J].陕西水利，2011(4):129-130.
[3]GB/T1094.7-2008，电力变压器第7部分：油浸式电力变压器负载导则[S].
论文作者:杨世天
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2017年第22期
论文发表时间:2018/1/5
标签：变压器论文; 绝缘油论文; 绝缘材料论文; 温度论文; 故障论文; 绕组论文; 局部论文; 《建筑学研究前沿》2017年第22期论文;