油浸式电力变压器的温升试验及计算方法.pdf

《油浸式电力变压器的温升试验及计算方法.pdf》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

第7)卷第%期变压器!"#.7)(".%*$$’年%月!"#$%&’"()"$%&’*$$’油浸式电力变压器的温升试验及计算方法杨治业，王立群，杜建嵩（沈阳变压器研究所，辽宁沈阳!!"!#$）摘要：论述并探讨了油浸式电力变压器的温升试验方法和温升的计算及校正方法，认为短路法和回归分析法分别是温升试验与计算的有效方法。关键词：油浸式电力变压器；温升；试验；计算；校正中图分类号：!"#$%文献标识码：&文章编号：’$$’()#*（+*$$’）$%($$’+($%和’引言$2电压变压因数，取’.*6’.7温升试验是保证变压器使用寿命和安全运行的$3安全因数，取’.’重要试验。国家标准,&’$-#.*—’--%对变压器的给绕组施加总损耗进行温升试验时，试验电流各部位温升限值做出了明确规定，并提出了相应的的估计值：试验方法。温升试验的目的，一是为了验证变压器%总8%0"#总/#1（4+5）（*）设计结构及冷却系统是否合理；二是为了验证变压试验前应按照试品容量估算电源容量，采用正器在规定的条件下，即最大总损耗（变压器运行中产确的试验方案进行试验，避免由于电源容量不足，不生的空载损耗与负载损耗之和）和绕组所有分接下能满足试验容量要求，导致损坏试验设备。的温升是否满足标准规定的限值。目前，大多数试验室采用电容电流补偿方法来温升试验有三种方法：直接负载法、相互负载弥补电源容量的不足，同时也可以减少对试验设备法、短路等效法（简称短路法）。国家标准的投资，这是一种较为经济的且行之有效的最佳方,&’$-#.*—’--%规定短路法为油浸式电力变压器法。温升试验的标准方法。本文除了对目前变压器行业在电容补偿时，由图’所知，提供温升试验的各试验室普遍采用的作图外推法和温升计算方法做电源是由发电机发出的，根据能量恒等原理19:;<=了论述外，还将对利用温升试验结果进行回归分析的方法进行论述，就如何根据,&/!’+’%#—’--#《油<>??第一法则，发电机发出的感性电流（%’#!’）等于流向被试品变压器的感性电流（%）与流向浸式电力变压器负载导则》的规定对绕组温升进行*#!*校正的问题做一些论述及探讨。电容器的容性电流（%7$!7）之和，即%’#!’8%*#!*@%7$!7（7）*温升试验方法式中%发电机额定电流及功率因数角’#!’在一般情况下，短路温升试验方法是将电压较%*#!*被试品额定电流及功率因数角低的绕组短路，对另一侧电压较高的绕组施加规定%7$!7补偿电容器额定电流及功率因的电流值和总损耗值，目的是减小电源的容量。因数角此，要求电源设备备有发电机组、调压器（容量小的在不能给绕组施加规定的总损耗或电流进行温试品直接施加）、中间变压器（考虑到短路后的短路升试验时，校正的有效范围是施加的总损耗与规定阻抗）。此时的电源容量为：!!!!0·"1·#总·$2·$3/#1（4+5）（’）式中!试验电源容量!!0试品额定容量"1短路阻抗标么值#总实测空载损耗与负载损耗（4+5）之图’变压器温升试验接线原理图 "!变压器第1;卷的总损耗之差在!"#$之内。当然，施加的电流与!%6"%7"#"（.）规定的电流之差在!%#$之内。当然，通过协议也式中"总损耗状态下的顶层油温度%可扩大校正的适用范围。"#"总损耗状态下的环境温度温升试验前、后要进行绝缘油的气相色谱分析，当!#"12时，顶层油温升采用+,%#-.&"—%--/油中不应含有乙炔及其它气体。温升试验可等效模标准附录8的截尾规则计算，即按试验过程中各时拟变压器的实际运行情况。短路法温升试验可按以间间隔均为%2的连续#"、#"、#"三个读数进行%"1下两个阶段进行。估算。为避免较大的随机误差，"应近于!，且#"&%施加总损耗阶段#"19#":应不小于#&-’。此时稳态温升#":可按下式按标准要求，施加的总损耗为：对分接范围在计算：!’$以内，且额定容量小于"’##()*的变压器，施"#":6［（#""）7#"%#"1］（9"#""7#"%7#"1）加的电流为主分接电流，施加的总损耗为主分接下（’）的最大总损耗，即温升试验仅在主分接上进行；对分#":也可以采用+,%#-.&"—%--/标准附录8中接范围超过!’$或额定容量大于"’##()*的变压的作图法进行求取。器，施加的电流为最大分接电流，施加的总损耗为最稳态温升更准确的计算值，可由高于/#$#"大电流分接时的总损耗，即温升试验应选择最大电:的各测量点，用最小二乘法外推求出。流分接。对于存在多组规定的负载组合变压器，总损耗应取满容量运行时产生最大损耗的一对绕组。1&"绕组温升计算此试验阶段是测定顶层油温度和油的平均温度。目1&"&%切断电源瞬间绕组温度和油平均温度的外推法前，测量顶层油温度常用的方法仍使用温度计测量油平均温度是用于校正温升试验结果的，原则油温表面温度。测量时将温度计置于油箱盖上的温上是绕组内部冷却油的平均温度，但作为试验估计度计座内并充满油。值，一般取顶层油温度和底部油温度的平均值作为温升稳定条件按+,%#-.&"—%--/规定。当顶油平均温度（目前温升计算常用该方法）。对于层油温升的变化率小于每小时%0，并维持12，认为温升达到稳定，稳定时间应该为.2。当油温度的时"’##()*及以下，具有平滑油箱或波纹油箱或散热管直接焊在油箱上的油浸自冷式变压器，其高于环间常数!超过12，可用试验的截尾规则计算最终#境温度的油平均温升值可取顶层油温升的;#$。顶层油温升。当不是以试验为目的时，应采用作图法和回归分析"&"施加额定电流阶段法外推油平均温度。顶层油温升测定之后，立即将试品总损耗电流1&"&%&%作图外推法降至最大电流分接（分接范围!’$，且容量!切断电源后，测量出的绕组热电阻值，通过线性"’##()*的变压器为主分接）时的电流值，继续维持直角坐标（见图"）将时间间隔均匀分布在时间轴%2，然后停电测量绕组热电阻。如果需要重新测量上；测量出的热电阻值按相对应的时间标注在坐标另一绕组热电阻，应重新送电并维持%2。纸上，用曲线板将标注出的点连接。根据热电阻的测量热电阻时要在切断电源后"345左右，最好逐点增量##作斜线$，在斜线$的另一端也可用不大于1345读出第一个热电阻值。但是，由于变压4作图的方法求出电源切断瞬间的热电阻值#。最后器绕组存在着电感，测量电流不能快速达到稳定，所"再将曲线外推至#（用虚线连接），绘制出热电阻曲以，要加大充电电流使铁心加速饱和，以缩短稳定时"间。测量时要求每间隔半分钟测量出一个热电阻线。值。1&"&%&"回归分析法回归分析法与作图法最大的不同是其首先设定1温升计算方法热电阻曲线的数学模型，然后根据热电阻的测量结1&%顶层油温升计算果采用最小二乘法原理，用计算机求出数学模型中当顶层油温升达到稳定，取最后%2内读数的平的待定系数，从而求出热电阻曲线方程和热电阻曲均值作为试验结果；如果使用自动连续记录装置，则线。最后再根据热电阻曲线方程求出电源切断瞬间取最后%2内的平均值。的热电阻值。1顶层油温升为：以前，曾经有人用最小二乘法推导%6&1’< 第+期杨治业、王立群、杜建嵩：油浸式电力变压器的温升试验及计算方法"!图%时间常数与#的关系-&$。对于大型电力变压器，由于采用强迫油循环和风冷、水冷措施，油温变化相对较快，可以认为&-&（$#,(2）或&-&$./（0,%1’$）。其中，以&-&$./（0,%1’）最接近于实际，也最具有普遍性，可用于各种类型变压器。由此，式（+）将变为：$（%）-&$./（0,%1’$）"#./（0,%1’）（3）图!确定切断电源瞬间绕组电阻及油的平均式中&断电瞬间绕组内部的油温升$温度的方法（三个坐标都是线性的）’$油的热时间常数!!!""!#""!$多项式模拟热电阻曲线。用多项式#断电瞬间的绕组对油的温升模拟热电阻曲线有以下缺点：’绕组的热时间常数（#）在理想的情况下，多项式的项数越多，越接对于式（3）所描述的断电后热电阻曲线，可采近实际曲线，从计算精度和复杂程度两方面综合考用逐次逼近最小二乘法的非线性回归程序进行拟虑一般多采用四项式。合。对测量时间较短的一组［$（%），%］值按式（3）进44（!）测量点要足够多，以每半分钟测量一点，应行拟合，确定&、#、’及’的具体步骤如下：$$大于!$个点，测量点太少不能准确描述真实曲线。设’为某个初始值，步长为5’，则分别在’$$#（%）在有多个测量值存在误差，偏离真实曲线-’$"5’$、’$!-’$"!5’$、’$%-’$"%5’$，对式时，所描述的曲线将不是实际的指数衰减曲线。（3）进行拟合，并算出每次的剩余平方和)，)，)。#!%&’#$()*!—#((+《电力变压器第二部分温升》中规定：除使用作图法求取电源切断瞬间的热电)-!｛$（%4）./（0,%41’$）,&$,#./［0,%46!阻值和油平均温度外，还可以应用计算机程序进行（#1’$,#1’）］｝（7）比较)，)，)使’沿着)变小的方向增大或估算。此程序是利用解析式对一组读数进行拟合。#!%$一般性的原则是，测得的热电阻$随时间%变化，将减小，直到某个’$时的)大于’$85’$时的)值为$,%曲线看成是由两项组成：一项为固定不变的或止。以此时的’$为新的初值，并设新的步长5’$-缓慢变化的&值；另一项为按时间常数’呈指数函5’$1!，再重复上述步骤，直到满足给定精度!9（):数衰减的#值（见图%），即：,):,#）1):为止，此时的’$，’，&$，#即为最终结果。$（%）-&（%）"#./（0,%1’）（+）利用上述原则和方法，我们编制了计算机软件。式中，第一项可为常数、线性衰减或指数衰减函数，利用该软件，只要将在短时间内测量的一组热电阻即：值和时间跨度数据输入计算机，即可在较短的时间&-&$&-&（$#,(2）&-&$./（0,%1’$）内自动计算并打印出热电阻方程式（3）和热电阻曲对于小型配电变压器，由于不采用强迫油循环线（见图)）。其具体程序框图见图;。和风冷、水冷措施，油温变化非常缓慢，可以认为&表#是一台<(,)$$$1%;电力变压器的温升热 "!变压器第#(卷"’"%’温度下测出的绕组冷电阻值"%’测量"’时的环境温度"%"总损耗状态下的环境温度#平均油温校正值!#!/"4’3"4""4’/（"’1""）2""4"/（"’51""5）2"式中"总损耗状态下顶层油温度’"’5额定电流状态下顶层油温度""总损耗状态下的底部油温度""5额定电流状态下的底部油温度表’6,3!%%%2#0电力变压器温升热电阻时间高压绕组热电阻2"低压绕组热电阻27"’5#%"$%-’%$’0%""5"$%00%$’!,8"5#%"$%!,%$’!,"#5"$%!!%$’!((#5#%"$%#,%$’!(!!5"$%#0%$’!8,!5#%"$%#"%$’!8-05"$%"(%$’!8#05#%"$%"0%$’!8%-5"$%""%$’!-8-5#%"$%’,%$’!-!图!热电阻曲线85"$%’8%$’!-’电阻数据。表"是用计算机与手工绘制温升曲线得85#%"$%’!%$’!0,到的热电阻误差。表"计算机与手工绘制得出的热电阻误差#$"$"绕组温升计算前面叙述的对试品施加电流阶段，是由总损耗热计算机手工电电流降至额定电流，绕组通过的额定的电流是符合阻高压"$%(%’高压%$"!误实际运行情况的。但是，由于忽略了铁心发热而产差生的油温度变化（额定励磁时铁心产生的热），而且29低压%$’0"%低压%$"%我们试验采用的是短路方法，施加规定的试验电流时一般情况下励磁电压较低，大约在%$%!&%$’(!!绕组温升的校正问题)之间，不能达到总损耗状态。所以，平均油温度应取!$’温升校正的原因总损耗时的测量数据较为接近实际。根据按照*+2:’0’-!—,’《油浸式电力变压器负载*+’%,!$"—’,,-标准要求“在施加额定电流的’.导则》要求，为了减小任何冷却方式下的热暂态现象内，从第一个试验阶段所测得油温升值下降，故绕组对电阻冷却曲线的畸变影响，在切断电源后的测量温度值应加上油平均温升的降低值”，得出的结果应电阻期间内的冷却条件，应与温升试验时施加总损该是总损耗时的绕组平均温升。耗条件保持一样。而实际上，在切断电源后测量绕绕组温升计算公式：组热电阻时，绕组温度下降的同时油温度也下降（见!"/［"（""#01"%’）2"’］3"#03"%"1#!图-）。所以，测量出的绕组热电阻要受到油温度的（,）影响，故标准规定要对平均油温的差值进行必要的式中""停电瞬间热电阻值校正。 第*期杨治业、王立群、杜建嵩：油浸式电力变压器的温升试验及计算方法"!图!程序框图"#$温升校正的方法校正方法为：%&’()!)*"—)++"《油浸式电力变压器负载导首先将切断电源后测量出的热电阻值，用上述则》附录&中提出了温升的计算和校正方法。公式（)0）分别计算出每一点的校正温升值。然后再校正公式为：采用第8#$#)项叙述的作图外推法或回归分析方法!"!,-./｛"’#［0!（1#2"34）’!45（#2"6）］｝求得切断电源瞬间（",0）时刻的温升值。"（)0）!结论式中!停电瞬间热电阻值1!7"34温度下测出的绕组冷电阻值（)）短路法是%&)0+"#$—)++*国家标准推荐使用的标准温升试验方法，是目前变压器行业普遍采"34测量!7时的环境温度用的方法，也是一种切实可行的方法。"6总损耗状态下的环境温度（$）回归分析方法是利用计算机和温升试验结#0油的热时间常数 "!变压器第"0卷标准要求。（"）为了保证温升计算结果更趋于准确、合理，本文对#$%&’(’!)—’**《)油浸式电力变压器负载导则》附录$中提出的温升计算和校正方法进行了简单的论述。我们认为对传统的温升试验结果应采用这一方法进行校正。该方法是否可行还需要通过实践进行验证。参考文献：［’］#$’+*),-—’**!，电力变压器第二部分：温升［.］,［-］王秀春，徐国梁，彭桂先,#$’+*),-—’**!中三种电源切断瞬间绕组温度的外推方法比较［/］,变压器，’**0，"（(1）：’!2-+,［"］#$%&’(’!)—’**)，油浸式电力变压器负载导则［.］,图!绕组平均温升必须校正的原因［)］张振生，李兴唐，刘春文,利用电容补偿法进行变压器温升试验的理论探讨和实践［/］,变压器，"+（1）："!2果对切断电源瞬间绕组温度和油平均温度进行外推"1,计算的一种准确的科学方法，其计算结果完全符合!"#$"%&’(%")*+"!"+’,-.*/20##"%+"12,3"%!%&4+-,%#"%&41*’+5&/6(/&’*478"’9,1!"#$%&’!()，*"#$+’!,-.，/01’2.!34.5（.3456758&975:;<9=49>4:479?3@5:ABACA4，.3456758’’+’!1，D3B57）:;+’%&6’：&34A4=E497AC949B:4A4:A<;