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摘要：分析了影响变压器过载能力的因素，并且通过计算模型对过载能力影响因素进行核实和验证。分析表明，环境温度的增加导致变压器短期急救负载过载时间的非线性减少，导致长期急救负载的过载倍数近似线性减少；起始负荷率的增加导致变压器短期急救负载过载时间的减少；对比了计算模型中各个参数的敏感程度，发现额定负载下顶层油温升、额定负载下绕组热点温升等参数的可靠性对计算结果的准确性有着较大的影响。
关键：变压器；过载能力；影响因素；敏感参数
1.引言
国民经济的发展，人民生活水平的提高，增加了生产生活对电能的需求。然而电网建设的相对落后，变压器故障N-1情况等造成变压器的负荷率处于较高的水平。变压器作为电网中重要的大型变电设备，其正常稳定运行也决定了电力系统的稳定安全运行。同时，变电站建设中，变压器的适度过载，可以推迟新一台变压器的购入，使得建设资金可以合理运转。可见研究变压器过载能力对电网的稳定运行，解决负荷增长与电网建设相对滞后的矛盾，保证生产生活的正常运行等均具有着重要的意义。
代表性的研究成果有：文献[1]通过分析变压器的过载能力，使变压器适度过载，可以减少投资的变压器容量，提高变压器容量使用率，减少了电动汽车充电站的变压器投资，使得充电站能够得到合理的经济的投资。文献[2]通过使用国际电工协会制定的IEC354-1991《浸式电力变压器负载导则》，对浙江电网正在运行的220 kV电力变压器共计317台进行了过载能力的计算，指导变压器运行限额的制定，提高设备的负荷率。文献[3]使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》中的绕组热点等的计算公式，对500 kV的大型电力变压器过载能力进行核算，对变压器的过载运行提供指导。文献资料分析结果表明，当前电力变压器过载能力研究主要采用标准计算公式进行计算，变压器过载影响因素研究开展的较少。鉴于此，本文在分析变压器过载的影响因素的基础上，通过计算分析了影响因素对变压器过载的作用。
2. 温度计算模型
变压器过载能力的主要限制因素为温度，因而本文通过对温度进行计算得到变压器过载能力。本文采用国标GB/T 1094.7-2008热点温度计算模型。变压器热点温度计算如式（1）所示：
由图3可得，环境温度为40℃时，最上方深蓝色区域内的运行点的过载时间小于30分钟，其他区域可以过附在运行的时间均超过30分钟。从上图可以看出，起始负载率越低，在相同条件下可以短期过负载能力越强，即可以过载的时间越长。当环境温度从40℃降低到20℃后，变压器短期过载时间随着环境温度的降低大幅提升，20℃情况下，变压器过载的时间随着起始负荷率的减少而增加。尤其是在过载倍数较高的情况下，较低的起始负荷率使得变压器内部初始温度更加接近于并不高的环境温度，延长了变压器温度超过限定值的时间，增加了变压器的过载时间。
4.3 变压器过载能力计算模型对参数的敏感性
由于变压器热点温升与多个参数有关，且与参数的关系有很强的非线性，所以有必要计算典型运行条件下，变压器热点温升和过载能力对这些参数的敏感性。由于变压器超铭牌额定值负载运行时有顶层油温和绕组热点温度2个限值，所以在测算这种敏感性的时候需要首先计算在给定的运行条件和过负载率下是油温先越限，还是绕组温度先越限。使用国标GB/T 1094.7-2008热点温度计算模型，以及标准中的推荐参数。环境温度为40℃时，分别对油浸自冷（ONAN），强迫油循环风冷（OFAF），强迫导向油循环风冷（OD）三种冷却方式进行计算。
图6中，X轴为起始负荷率Ki，Y轴为过载倍数Ku， Z=1表示绕组热点温度先越限，Z=-1表示绕组热点温度先越限。可见顶层油温先越限还是绕组热点温度先越限与变压器冷却方式有很直接的关系。这是由于不同冷却方式的变压器热模型常数有较大的区别，顶层油温和绕组热点温度随时间升高曲线的陡峭程度有一定区别。环境温度为40℃，冷却方式为ONAN，初始负载率为1，过载倍数为1.5时，是绕组热点温度先越限；过载倍数为1.3时，顶层油温先越限。
分别在过载倍数为1.5、1.3时，计算过载时间对各个参数的敏感度。当各个参数变化10%时，过载时间变化的比例如图。红色柱状图为每个参数单独减小5%时，过载时间的变化比例。黄色柱状图为每个参数单独增大5%时，过载时间的变化比例。
由图7可以看出在不同运行条件下，过载时间对参数的敏感度差别很大。考虑各个运行条件，过载时间对各个参数均较为敏感，特别是对额定负载下绕组热点温升，额定负载下顶层油温升，油指数x，绕组指数y敏感度较高，这个几个参数准确程度，对变压器过负载能力计算有着很大的影响。
5. 结论
通过理论和数据计算分析，变压器的过载能力与环境温度和起始负荷率有着直接的关系，并且在变压器参数确定的情况下：（1）变压器的短期急救负载能力随着环境温度的增加而呈现出非线性的减少，变压器的长期急救负载的过载倍数随着环境温度的增加呈现出近似线性的减少。（2）变压器的短期急救负载能力随着起始负荷率的减少而增加。（3）对额定负载下绕组热点温升，额定负载下顶层油温升，油指数x，绕组指数y敏感度较高，这几个参数值的准确程度对变压器过载时间的计算有着较大的影响。
参考文献
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论文作者:喻春雷
论文发表刊物:《电力设备》2017年第36期
论文发表时间:2018/5/10
标签：变压器论文; 负载论文; 热点论文; 绕组论文; 能力论文; 参数论文; 时间论文; 《电力设备》2017年第36期论文;