摘要：针对配电配电变压器绕组材质检测时，自然降温曲线法是常用的一种方法，而在现场利用这种方法时，需要合理选择铁芯及绕组不同位置放置温度传感器，为了在现场绕组材质判定时选择合理的温度测点位置，本文主要分析了配电配电变压器温升及热传导特性。
关键词：配电变压器，温升，热传导路径
0 引言
配电配电变压器绕组温度是配电变压器监测中的一个重要指标[1]。每一个内部配电变压器故障都有可能使得配电变压器温升异常，并使得配电变压器绕组温升异常[2]。配电变压器的热分布通常表明配电变压器顶部的温度高于配电变压器的底部温度[3]。文献[4]分析了由配电变压器内部的温度影响的外表面温度，它很可能是产生配电变压器绕组温升的根源问题。然而，当配电变压器的温度分布比较杂乱无章时，想要确定配电变压器的温升产生过程和热传导途径，就必须进行热传导模型的构建和基本热源的理论分析。
1配电变压器绕组的温升来源
由于配电变压器绕组温度一直以来都是电力用户关心的问题，所以为了更加清晰的探究配电变压器绕组的温升变化规律，必须要分析配电变压器内部绕组的分布于结构，以及变压器的传热系数、热传导模型的建立，通过以上理论基础便可以更加清晰得了解配电变压器工作原理和发热方式。
此过程的开始阶段，我们要分析清楚变压器绕组的温升是由哪些损耗造成的。根据变压器的损耗分析原理可知，变压器在运行时由空载损耗和负载损耗组成。空载时的变压器损耗主要由包含铁芯中的涡流损耗和磁滞损耗组成，是产生配电变压器铁芯温度升高的最为关键因素。配电变压器的负载损耗则主要由直流损耗、涡流损耗以及配电变压器箱体、轭件等其他铁质结构中的杂散损耗构成，这些损耗则是影响绕组温度升高的最为直接的因素。
2 配电变压器内部热传导路径与热传导系数
配电变压器运行时各种损失使绕组线圈、铁芯和各种钢结构的温度迅速升高，由于核心部件的初始阶段是热的良导体，导热率高，使得绕组和铁芯的温度迅速上升。作为一个良好热导体，其温度急剧上升，热传导到表面，由于线圈与油浸式变压器铁芯的低温度、线圈的加热和变压器油的温度差，使热传导在这个过程中十分强烈，因此，相邻绕组介质温度也迅速上升。由于变压器油底仍保持低温度的绕组，在具有热虹吸效应的变压器油流形成中起到关键作用，通过散热器源源不断的传递热能到外部配电变压器。当油流周期趋于稳定时，线圈和铁芯等部件的温度不再增加，冷却介质所产生的热量通过冷却介质的油流输送到周围环境中。在这此时刻，配电变压器内部散热几乎停滞，实现热平衡的平衡，配电变压器内部热流道可以分为以下几个阶段：
①热传导过程：配电变压器线圈、铁芯等部分产生的热量以线圈和铁芯的表面为中心发散分布；
②热对流过程：以线圈和铁芯表面的热对流换热在高温和低温固体表面的作用下，特别是靠近油的绕组的作用下，使油的温度逐渐升高；
③当温度升高时，线对于变压器的油密度与温度的关系来说，它们是成反比的；当绕组、铁芯温度高于油温时，绕组对变压器油产生的热浮力向上流动，遇到低温油箱壁面后，传导一部分热量给油箱壁，温度降低使油密度变大，在重力的作用下，顺着油箱壁面向下流动到绕组部分和底部。因此，在配电变压器的油流的封闭循环中，油流循环效应不仅使配电变压器各部分的温度更加均匀，而且个别与整体温度产生较大差异的结构点就自动分布在变压器油箱内。一般自冷却式配电变压器顶部油箱，比变压器身平均温度高出5%左右；
④热辐射过程：在对流逐渐增加的作用下，对于油箱壁换热器换热管壁温度来说，其散热与罐壁的导体和散热器管壁过程基本一样，内壁通过热传导的方式传向外壁。而由于与周围空气温度差的存在，会使外壁的热量通过热辐射传播到周围的环境。
因此，由各种损耗引起发热效应的配电变压器，其内部热量以热的传导、对流和辐射在内部传导形式传递到在外部环境。热流通道是由配电变压器各部分之间的温度差决定的，热通量通常会产生温度，密度、粘度和物理属性如大小和内部温度分布、变压器损耗、变压器油温的变化。因此，对配电变压器内部热传导过程的分析，实际上是对变压器内部部件的温度和温升的分析。
3. 配电变压器温差热传导形式
引起温差热传导形式主要有以下三种：
①热传导形式：热传导主要产生在固体与固体之间或者固体内部及流体内部，导热热量的计算公式为：
式中，为表面1以热辐射形式与表面的对流换热量；为产生表面1的表面积；T1，T2为表面1和表面2的温度；ε1为物体1的黑度；C0为黑体的辐射系数，5.67W/（m2K4）；
综上，以上三种热传导形式下的对流换热计算公式，可以基于配电变压器内部热流路径上各特征点之间的对流换热系数得出相应的温差和温升，从而为通过配电变压器内部热流路径上特征点温度建立计算绕组热点温度分析奠定了理论基础。与此同时，由于铜绕组的热传导系数为386W/m*℃，铝绕组的热传导系数为203.5 W/m*℃，由此可知，铜绕组的热传导能力远远优于铝绕组，即在相同受热情况下铜绕组可以更好得通过热传导向外部空间散热，所以也更适合做配电变压器的绕组材质。
4.结论
本文针对现场配电变压器绕组材质判定时碰到的测点选择问题，分析了配电配电变压器温升及热传导特性，为绕组材质选择提供了有价值的参考。
参考文献
[1]万建成，席永平，刘龙，等．新型节能导线电阻温度系数的试验研究[J]．中国电力，2014，47（6）：70-74．
[2]杨宝初，刘晓波，戴玉松．高电压技术[M]．重庆：重庆大学出版社，2001：115．
[3]Green，H.E.The economics of aluminum for power transformer wdgs[J].Electrical Review，1974，192（18）：631.
[4]苏小平，陈伟根，胡启元，等.基于解析?数值技术的变压器绕组温度分布计算[J]. 高电压技术，2014，40（10）：3164-3170.
论文作者:杜志敏,贾诗乐,于菊芳,张奇
论文发表刊物:《电力技术》2016年第9期
论文发表时间:2017/1/6
标签：变压器论文; 绕组论文; 热传导论文; 温度论文; 线圈论文; 铁芯论文; 油箱论文; 《电力技术》2016年第9期论文;