02一月20231第8章電力變壓器的運(yùn)行18十二月20221第8章電力變壓器的運(yùn)行

▉110kV油浸式電力變壓器外觀和線圈結(jié)構(gòu)圖圖9-1110kV油浸式電力變壓器外觀結(jié)構(gòu)圖圖9-2110kV油浸式電力變壓器線圈結(jié)構(gòu)圖▉110kV油浸式電力變壓器外觀和線圈結(jié)構(gòu)圖圖9-1NorthChinaElectricPowerUniversity變壓器結(jié)構(gòu)（內(nèi)部：鐵芯、繞組）分接頭NorthChinaElectricPowerUniNorthChinaElectricPowerUniversity變壓器結(jié)構(gòu)（外部）潛油泵線夾引線套管風(fēng)扇套管油位儲(chǔ)油柜瓦斯繼電器NorthChinaElectricPowerUniNorthChinaElectricPowerUniversity變壓器結(jié)構(gòu)（外部）油流繼電器分接頭機(jī)構(gòu)箱油溫表油位表NorthChinaElectricPowerUni▉110kV油浸式電力變壓器鐵芯和內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖圖9-3110kV油浸式電力變壓器鐵芯結(jié)構(gòu)圖圖9-4110kV油浸式電力變壓器內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖▉110kV油浸式電力變壓器鐵芯和內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖圖9-3▉干式電力變壓器的外觀結(jié)構(gòu)圖圖9-5干式電力變壓器的外觀結(jié)構(gòu)圖（一）圖9-6干式電力變壓器的外觀結(jié)構(gòu)圖（二）▉干式電力變壓器的外觀結(jié)構(gòu)圖圖9-5干式電力變壓器的圖9

▉干式電力變壓器鐵芯和線圈結(jié)構(gòu)圖圖9-7干式電力變壓器的鐵芯結(jié)構(gòu)圖圖9-8干式電力變壓器的線圈結(jié)構(gòu)圖▉干式電力變壓器鐵芯和線圈結(jié)構(gòu)圖圖9-7干式電力電力變壓器是發(fā)電廠和變電所中重要的一次設(shè)備之一，隨著電力系統(tǒng)電壓等級(jí)的提高和規(guī)模的擴(kuò)大，升壓和降壓的層次增多，系統(tǒng)中變壓器的總?cè)萘恳堰_(dá)發(fā)電機(jī)裝機(jī)容量的7~10倍?？梢?jiàn)電力變壓器的運(yùn)行是電力生產(chǎn)中非常重要的環(huán)節(jié)。本章著重介紹電力變壓器運(yùn)行中的基本理論。

第一節(jié)變壓器的發(fā)熱和冷卻一、變壓器的發(fā)熱和冷卻

電力變壓器是發(fā)電廠和變電所中重要的一次設(shè)備之一，隨著電沿變壓器橫截面的溫度分布鐵芯低壓繞組高壓繞組油箱壁或散熱器油空氣溫度鐵芯、高壓繞組、低壓繞組所產(chǎn)生的熱量都傳給油，它們的發(fā)熱互不關(guān)聯(lián)，只與本身?yè)p耗有關(guān)。發(fā)熱和冷卻過(guò)程變壓器在運(yùn)行時(shí)，繞組、鐵心和附加的電能損耗都將轉(zhuǎn)變成熱能，使變壓器各部分的溫度升高。沿變壓器橫截面的溫度分布鐵芯低壓繞組高壓繞組油箱壁或散熱器油1)沿變壓器橫截面的溫度分布很不均勻。繞組和鐵芯內(nèi)部與它們的表面之間有很小的溫差，一般只有幾度；2)鐵心、高壓繞組、低壓繞組的發(fā)熱互不關(guān)聯(lián)：所產(chǎn)生的熱量都傳給油，熱量被循環(huán)流動(dòng)的油帶走。繞組和鐵芯的表面與油有較大的溫差；3)油箱壁內(nèi)、外表面也有2-3℃的溫差；4)油箱壁對(duì)空氣的溫差最大。從上圖可以看出，變壓器沿橫截面的發(fā)熱特點(diǎn)：1)沿變壓器橫截面的溫度分布很不均勻。繞組和鐵芯內(nèi)部與它們的導(dǎo)體和鐵心的表面變壓器油油箱和散熱器的內(nèi)表面油箱和散熱器的外表面周圍空氣傳導(dǎo)對(duì)流傳導(dǎo)繞組和鐵心內(nèi)部的熱量對(duì)流對(duì)流和輻射散熱過(guò)程：導(dǎo)體和鐵心的表面變壓器油油箱和散熱器的內(nèi)表面油箱和散熱器的外NorthChinaElectricPowerUniversity沿變壓器高度的溫度分布油箱壁鐵芯繞組最熱點(diǎn):70%-75%各部分的溫度差別很大。大容量變壓器，需要采用強(qiáng)迫油循環(huán)風(fēng)冷(水冷)、導(dǎo)向冷卻方式。最熱點(diǎn)NorthChinaElectricPowerUni1)變壓器各部分沿高度方向的發(fā)熱很不均勻。由于油受熱后上升，在上升過(guò)程中又不斷吸收熱量，所以上層油溫最高。導(dǎo)向強(qiáng)迫油循環(huán)冷卻：強(qiáng)迫經(jīng)冷卻器冷卻后的油沿一定的油路從繞組和鐵心內(nèi)部通過(guò)，帶走大量熱量，冷卻效果較好。強(qiáng)迫油循環(huán)風(fēng)冷或水冷：使熱油經(jīng)過(guò)強(qiáng)風(fēng)或水冷卻器冷卻，散出熱量后再用液壓泵送回變壓器。自然油循環(huán)冷卻從上圖可以看出，變壓器沿高度方向的發(fā)熱特點(diǎn)：2)繞組上端部的溫度最高，最熱點(diǎn)在高度方向的70%~75%處，徑向溫度最高處位于繞組厚度（自內(nèi)徑算起）的1/3處。由于大容量變壓器的電能損耗大，單靠油箱壁和散熱器不能達(dá)到發(fā)熱和散熱的平衡。常用的冷卻方式有：1)變壓器各部分沿高度方向的發(fā)熱很不均勻。由于油受熱后上升，二、變壓器的溫升計(jì)算

1.變壓器的發(fā)熱很不均勻，油浸式變壓器的溫升從底部到頂部，繞組(CD)和油(AB)的溫升都近似呈線性增加（在任意高度，繞組對(duì)油的溫差均為一常數(shù)g）。2.為了全面反映變壓器的溫升情況，繞組和油的溫升通常都用其平均溫升和最大溫升來(lái)表示。(2)繞組的最大溫升是指繞組最熱點(diǎn)(E點(diǎn))的溫升，由于雜散損耗增加，它大于繞組的平均溫升（D點(diǎn)）。油的最大溫升是指頂層油(B點(diǎn))的溫升。變壓器各部分的溫度不均勻，計(jì)算時(shí)通常用平均溫升和最大溫升表示。油浸式變壓器溫升分布圖(1)中部高度處,N點(diǎn)的橫坐標(biāo)為油對(duì)環(huán)境的平均溫升,M點(diǎn)的橫坐標(biāo)為繞組對(duì)環(huán)境的平均溫升.二、變壓器的溫升計(jì)算1.變壓器的發(fā)熱很不均勻，油浸式變壓3.溫升計(jì)算中的基本關(guān)系為繞組對(duì)空氣的平均溫升=油對(duì)空氣的平均溫升+繞組對(duì)油的平均溫升繞組的溫度=空氣溫度+油對(duì)空氣的溫升+繞組對(duì)油的溫升4.變壓器各部分的允許溫升

變壓器長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)，各部分的溫升達(dá)到穩(wěn)定值。在額定使用條件和額定負(fù)荷SN下的溫升稱為額定溫升。我國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)（GB）規(guī)定變壓器的額定使用條件為：最高氣溫+40℃；最高月平均氣溫+30℃；最高年平均氣溫+20℃；最低氣溫-25℃（戶外）或-5℃（戶內(nèi)）

；變壓器各部分的溫升不得超過(guò)表9-1中的數(shù)值。表9-1變壓器各部分的允許溫升（單位：℃）自然油循環(huán)強(qiáng)迫油循環(huán)風(fēng)冷強(qiáng)迫油循環(huán)導(dǎo)向風(fēng)冷繞組對(duì)空氣的平均溫升656570繞組對(duì)油的平均溫升213030油對(duì)空氣的平均溫升443540頂層油對(duì)空氣的溫升5545453.溫升計(jì)算中的基本關(guān)系為繞組對(duì)空氣的平均溫升=油對(duì)變壓器的允許溫升決定于絕緣材料。油浸電力變壓器的繞組一般用油浸電纜紙和油作絕緣，屬A級(jí)絕緣。允許溫升的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)是基于以下條件規(guī)定的：變壓器在環(huán)境溫度為+20℃下帶額定負(fù)荷長(zhǎng)期運(yùn)行，繞組熱點(diǎn)溫度為98℃，使用期限為20~30年。對(duì)于自然油循環(huán)冷卻變壓器的繞組最熱點(diǎn)溫度比繞組的平均溫度約高13℃，因此，繞組對(duì)環(huán)境的平均溫升限值為（98-20-13）=65℃。導(dǎo)向油循環(huán)變壓器約高8℃，因此，繞組對(duì)環(huán)境的平均溫升限值為（98-20-8）=70℃。在額定負(fù)荷下，溫升符合前述關(guān)系。變壓器的允許溫升決定于絕緣材料。油浸電力變壓器的繞組一般用油額定負(fù)荷的溫升值通過(guò)查表計(jì)算，如果變壓器的負(fù)荷與額定負(fù)荷不同，需要對(duì)允許溫升進(jìn)行修正。設(shè)K為實(shí)際負(fù)荷與額定負(fù)荷之比，則任意負(fù)荷下頂層油對(duì)空氣的溫升為5.任意負(fù)荷下頂層油對(duì)空氣和繞組最熱點(diǎn)對(duì)頂層油溫升的計(jì)算式中τtN——額定負(fù)荷時(shí)，頂層油對(duì)空氣的溫升最大值；

R——額定負(fù)荷下，短路損耗與空載損耗之比；

x——計(jì)算油的溫升的指數(shù)，與變壓器的冷卻方式有關(guān)，對(duì)于自然油循環(huán)冷卻變壓器，x=0.8；對(duì)于強(qiáng)迫油循環(huán)冷卻變壓器，x=0.9~1.0。額定負(fù)荷的溫升值通過(guò)查表計(jì)算，如果變壓器的負(fù)荷與額定負(fù)荷不同任意負(fù)荷下繞組最熱點(diǎn)對(duì)頂層油的溫升為式中τgN——額定負(fù)荷時(shí)，繞組最熱點(diǎn)對(duì)頂層油的溫升；

y——計(jì)算繞組最熱點(diǎn)溫升用的指數(shù),也與變壓器的冷卻方式有關(guān)，一般取y=x。三、繞組熱點(diǎn)穩(wěn)態(tài)溫度的計(jì)算根據(jù)變壓器冷卻方式的不同，任意負(fù)荷下繞組最熱點(diǎn)的溫度分別按以下公式計(jì)算：1.自然油循環(huán)冷卻繞組最熱點(diǎn)的溫度=空氣溫度+頂層油對(duì)空氣的溫升+繞組最熱點(diǎn)對(duì)頂層油的溫升，即：任意負(fù)荷下繞組最熱點(diǎn)對(duì)頂層油的溫升為式中τgN——額定2.強(qiáng)迫油循環(huán)冷卻對(duì)于強(qiáng)迫油循環(huán)冷卻和強(qiáng)迫油循環(huán)導(dǎo)向冷卻，頂層油對(duì)空氣的溫升等于底層油溫升加上油對(duì)空氣的平均溫升與底層油對(duì)空氣的溫升之差的2倍。額定負(fù)荷時(shí)繞組最熱點(diǎn)溫度為任意負(fù)荷時(shí)繞組最熱點(diǎn)溫度為：式中τbN——額定負(fù)荷時(shí)，底層油對(duì)空氣的溫升；τavN——額定負(fù)荷時(shí)，油對(duì)空氣的平均溫升；2.強(qiáng)迫油循環(huán)冷卻對(duì)于強(qiáng)迫油循環(huán)冷卻和強(qiáng)迫油循環(huán)導(dǎo)向冷3.強(qiáng)迫油循環(huán)導(dǎo)向冷卻式中θh'——繞組最熱點(diǎn)溫度

θhN——額定負(fù)荷時(shí)的繞組最熱點(diǎn)溫度；

θh——負(fù)荷率為K時(shí)的繞組最熱點(diǎn)溫度，按上式計(jì)算。四、變壓器的暫態(tài)溫度計(jì)算(不講)

3.強(qiáng)迫油循環(huán)導(dǎo)向冷卻式中θh'——繞組最熱點(diǎn)溫度四第二節(jié)變壓器的絕緣老化

一、變壓器的絕緣老化定律1)變壓器的絕緣老化：長(zhǎng)期運(yùn)行中由于受到高溫、濕度、氧化和油中分解的劣化物質(zhì)等物理化學(xué)作用的影響，使其絕緣材料逐漸失去其機(jī)械強(qiáng)度和電氣強(qiáng)度。2)高溫是絕緣老化的主要原因，絕緣的工作溫度越高，絕緣老化速度越快，變壓器的使用壽命越短。3)機(jī)械損傷使電氣強(qiáng)度下降：老化的絕緣材料纖維組織失去彈性，材料變脆，只要沒(méi)有機(jī)械損傷，仍可有相當(dāng)高的電氣強(qiáng)度。但在電磁振動(dòng)和電動(dòng)力的作用下很容易產(chǎn)生機(jī)械損傷使材料破損，失去電氣強(qiáng)度。因此，絕緣材料老化程度主要由其機(jī)械強(qiáng)度的降低情況來(lái)確定。一般認(rèn)為當(dāng)變壓器絕緣的機(jī)械強(qiáng)度降低至其額定值的15%-20%時(shí)，變壓器的壽命就算結(jié)束，所經(jīng)歷的時(shí)間稱為變壓器的預(yù)期壽命。1.變壓器的絕緣老化現(xiàn)象第二節(jié)變壓器的絕緣老化一、變壓器的絕緣老化定律1)變壓2.變壓器的預(yù)期壽命和繞組最熱點(diǎn)溫度之間的關(guān)系電力變壓器常采用A級(jí)絕緣（油浸電纜紙），在80~140℃的范圍內(nèi)，變壓器的預(yù)期壽命和繞組最熱點(diǎn)溫度之間的關(guān)系為式中，A為常數(shù)；P為溫度系數(shù)。3.變壓器的絕緣老化定律采用A級(jí)絕緣材料的變壓器繞組，變壓器在額定負(fù)荷和空氣溫度為20℃條件下連續(xù)運(yùn)行，繞組最熱點(diǎn)溫度維持在98℃，變壓器能獲得正常預(yù)期壽命20~30年，其每天的壽命損失為正常日壽命損失。變壓器的正常預(yù)期壽命和繞組最熱點(diǎn)溫度之間的關(guān)系為相對(duì)預(yù)期壽命z*：任意溫度下的預(yù)期壽命與正常預(yù)期壽命之比。2.變壓器的預(yù)期壽命和繞組最熱點(diǎn)溫度之間的關(guān)系電力變壓器在相同的時(shí)間間隔T內(nèi)，繞組熱點(diǎn)維持在任意溫度θ時(shí)所損耗的壽命（T/Z）與維持在98℃時(shí)所損耗的壽命（T/ZN）之比，稱為相對(duì)老化率。它是相對(duì)預(yù)期壽命z*的倒數(shù)它表明了變壓器在繞組熱點(diǎn)溫度為任意溫度θ下運(yùn)行單位時(shí)間損失的正常壽命。顯然，相對(duì)老化率為v與運(yùn)行時(shí)間T的乘積即為損失的壽命zT。如果在T時(shí)間內(nèi)繞組熱點(diǎn)溫度是隨時(shí)間變化的（用θt表示），則損失的壽命為在相同的時(shí)間間隔T內(nèi)，繞組熱點(diǎn)維持在任意溫度θ時(shí)所損耗的壽命計(jì)算相對(duì)老化率的計(jì)算以2為底較方便，則根據(jù)試驗(yàn)和統(tǒng)計(jì)資料可以得出則和這意味著繞組溫度每增加6℃，老化加倍，絕緣使用壽命縮短一半，此即絕緣老化的六度規(guī)則（油浸變壓器）。例如，繞組熱點(diǎn)在104℃下的老化率為2，運(yùn)行24h損失的壽命為2×24h=48h，壽命減少了一半。計(jì)算相對(duì)老化率的計(jì)算以2為底較方便，則根據(jù)試驗(yàn)和統(tǒng)計(jì)資料可問(wèn)題：如何獲得變壓器的正常預(yù)期壽命？未充分利用負(fù)荷能力達(dá)不到正常預(yù)期壽命最高允許溫度二、等值老化原則變壓器繞組最熱點(diǎn)溫度維持在98℃，變壓器能獲得正常使用壽命，但變壓器在運(yùn)行中，繞組溫度受環(huán)境溫度和負(fù)荷波動(dòng)的影響，不可能維持在98℃不變。這種情況下變壓器如何獲得正常的使用壽命？等值老化原則回答了這個(gè)問(wèn)題。問(wèn)題：如何獲得變壓器的正常預(yù)期壽命？未充分利用負(fù)荷能力達(dá)不到等值少損耗的壽命多損耗的壽命＝1)等值老化原則：在一定的時(shí)間間隔T內(nèi)，一部分時(shí)間內(nèi)繞組溫度高于98℃，而在另一部分時(shí)間內(nèi)繞組溫度低于98℃，只要使變壓器在溫度高于98℃時(shí)所多損失的壽命與溫度低于98℃時(shí)少損失的壽命相互補(bǔ)償，變壓器的預(yù)期壽命可以和繞組溫度維持在98℃運(yùn)行時(shí)的預(yù)期壽命相同。它可以用下式表示：等值少損耗的壽命多損耗的壽命＝1)等值老化原則：在一定的時(shí)間NorthChinaElectricPowerUniversity等值老化原則：使變壓器在一定時(shí)間間隔T（一年或一晝夜）內(nèi)絕緣老化所損耗的壽命等于一常數(shù)。12h0.5T=24h1yeart(h/y)0T時(shí)間內(nèi)損耗的壽命

=恒溫98℃運(yùn)行時(shí)損耗的壽命（常數(shù))NorthChinaElectricPowerUni2)平均相對(duì)老化率：變壓器在一定的時(shí)間間隔T內(nèi)實(shí)際所損失的壽命與恒溫98℃運(yùn)行時(shí)的正常壽命損失T的比值。

當(dāng)λ>1時(shí)，變壓器的老化大于正常老化，預(yù)期壽命縮短；當(dāng)λ<1時(shí)，變壓器的負(fù)荷能力未得到充分利用；當(dāng)λ=1時(shí)，變壓器有正常的使用壽命，它也是制定變壓器負(fù)荷能力的主要依據(jù)。2)平均相對(duì)老化率：變壓器在一定的時(shí)間間隔T內(nèi)實(shí)際所損失的壽第三節(jié)

變壓器的正常過(guò)負(fù)荷

一、變壓器的負(fù)荷能力1)變壓器的額定容量即銘牌容量：其含義是在制造廠所規(guī)定的額定環(huán)境溫度下，保證變壓器有正常使用壽命（約20~30年）所能長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)輸出的最大功率。2)變壓器的負(fù)荷能力：指變壓器在短時(shí)間內(nèi)所能輸出的功率，在一定條件下，為滿足負(fù)荷的需要，它可能超過(guò)額定容量。

負(fù)荷能力的大小和持續(xù)時(shí)間取決于：①變壓器的電流和溫度不得超過(guò)規(guī)定的限值；②負(fù)荷變化和周圍環(huán)境溫度以及總絕緣老化不超過(guò)絕緣的正常老化值。第三節(jié)變壓器的正常過(guò)負(fù)荷一、變壓器的負(fù)荷能力1)變壓器繞組、線夾、引線、絕緣部分及油溫將會(huì)升高；鐵芯外的漏磁通密度將增加，使耦合的金屬部分出現(xiàn)渦流，溫度增高；溫度增高使固體絕緣和油中的水分和氣體成分發(fā)生變化套管、分接頭、電纜終端頭和電流互感器等受到較高的熱應(yīng)力，安全裕度降低；導(dǎo)體絕緣機(jī)械特性受高溫的影響，熱老化的累積過(guò)程加快，使變壓器的壽命縮短。變壓器的負(fù)荷超過(guò)額定容量運(yùn)行時(shí)，將產(chǎn)生以下不良效應(yīng)：配電變壓器：<2.5MVA中型電力變壓器：2.5-100MVA大型電力變壓器：>100MVA只需考慮熱點(diǎn)溫度和熱老化漏磁通的影響很大，故障后果很嚴(yán)重漏磁通的影響不是關(guān)鍵，但必須考慮冷卻方式的不同不同容量變壓器，過(guò)負(fù)荷的效應(yīng)不同繞組、線夾、引線、絕緣部分及油溫將會(huì)升高；變壓器的負(fù)荷超過(guò)額二、負(fù)荷超過(guò)額定容量運(yùn)行時(shí)的溫度和電流的限值變壓器的負(fù)荷超過(guò)額定容量運(yùn)行時(shí)，將產(chǎn)生不良效應(yīng)，此時(shí)要求其電流和有關(guān)部分的溫度不超過(guò)表10-1的規(guī)定。變壓器的正常過(guò)負(fù)荷能力是以不犧牲變壓器的正常預(yù)期壽命為原則而制定的，而壽命決定于繞組的熱點(diǎn)溫度θ。變壓器在運(yùn)行時(shí)，θ受環(huán)境溫度和負(fù)荷波動(dòng)的影響。在運(yùn)行過(guò)程中，在時(shí)間間隔T內(nèi)變壓器所損耗的壽命與繞組熱點(diǎn)溫度θ呈指數(shù)上升關(guān)系，θ越高上升越快。高溫時(shí)絕緣老化的加速遠(yuǎn)大于低溫時(shí)絕緣老化的延緩。所以，不能用一個(gè)平均溫度來(lái)表示溫度變化對(duì)絕緣老化的影響。對(duì)負(fù)荷而言，根據(jù)等值老化原則，只要使過(guò)負(fù)荷期間多損耗的壽命與欠負(fù)荷期間少損耗的壽命相補(bǔ)償，就可以得到正常預(yù)期壽命。為簡(jiǎn)便起見(jiàn)，在考慮環(huán)境溫度和負(fù)荷變化對(duì)繞組熱點(diǎn)溫度的影響時(shí)，通常用等值空氣溫度代替實(shí)際空氣溫度，用等值負(fù)荷曲線代替實(shí)際負(fù)荷曲線。二、負(fù)荷超過(guò)額定容量運(yùn)行時(shí)的溫度和電流的限值變壓器的負(fù)荷超負(fù)荷類型配電變壓器中型電力變壓器大型電力變壓器通過(guò)周期性負(fù)荷電流（標(biāo)么值）熱點(diǎn)溫度及絕緣材料接觸的金屬部件的溫度頂層油溫1.51401051.51401051.3120105長(zhǎng)期急救周期性負(fù)荷電流（標(biāo)么值）熱點(diǎn)溫度及絕緣材料接觸的金屬部件的溫度頂層油溫1.81501151.51401151.3130115短時(shí)急救周期性負(fù)荷電流（標(biāo)么值）熱點(diǎn)溫度及絕緣材料接觸的金屬部件的溫度頂層油溫2.0－－1.81601151.5160115負(fù)荷類型配電變壓器中型電力變壓器大型電力變壓器通過(guò)周期性負(fù)荷三、等值空氣溫度

等值空氣溫度δeq：指某一空氣溫度，如果在一定時(shí)間間隔內(nèi)維持此溫度和變壓器所帶負(fù)荷不變，變壓器所遭受的絕緣老化等于空氣溫度自然變化和同樣負(fù)荷下的絕緣老化。τ——繞組熱點(diǎn)對(duì)環(huán)境的溫升，負(fù)荷恒定時(shí)為一常數(shù)?；?jiǎn)得兩邊取對(duì)數(shù)得三、等值空氣溫度等值空氣溫度δeq：指某一空氣溫度，如果空氣溫度的日或年的自然變化近似地認(rèn)為是零軸被抬高的正弦曲線（例如季節(jié)的影響，冬、夏季空氣溫度出現(xiàn)峰值，春、秋季溫度適中），即式中δav——時(shí)間間隔T內(nèi)空氣的平均溫度；Δδ——時(shí)間間隔T內(nèi)空氣溫度的變化范圍，即最高溫度和最低溫度之差。代入可以計(jì)算出空氣溫度的日或年的自然變化近似地認(rèn)為是零軸被抬高的正弦曲線（NorthChinaElectricPowerUniversity空氣的日或年自然變化曲線可近似為正弦曲線則在時(shí)間間隔T內(nèi)空氣的平均溫度在該時(shí)間間隔內(nèi)空氣溫度的變化范圍，即最高溫度和最低溫度之差溫度差結(jié)論：等值空氣溫度不同于平均溫度，比平均溫度大，且永遠(yuǎn)是正值。氣溫變化范圍越大，就越大。NorthChinaElectricPowerUni1)從上式可以看出，等值空氣溫度高于平均空氣溫度一個(gè)數(shù)值Δ，這是由于高溫時(shí)絕緣老化加速遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于低溫時(shí)絕緣老化延緩的結(jié)果。數(shù)值Δ與氣溫的變化規(guī)律和變化范圍有關(guān)，氣溫變化范圍越大，Δ值越大，且Δ值總為正值。2)我國(guó)廣大地區(qū)的年等值空氣溫度為20℃，則繞組最熱點(diǎn)溫度為：65℃+13℃+20℃=98℃。所以我國(guó)變壓器的額定容量不必根據(jù)氣溫情況加以修正，冬夏壽命損失自然補(bǔ)償，就可以有正常的使用壽命，但在考慮變壓器的過(guò)負(fù)荷能力時(shí)應(yīng)考慮等值空氣溫度的影響。1)從上式可以看出，等值空氣溫度高于平均空氣溫度一個(gè)數(shù)值Δ四、等值負(fù)荷的計(jì)算

實(shí)際負(fù)荷曲線先化為多階段負(fù)荷曲線（如圖10-5所示），再將其歸算為兩段式等值負(fù)荷曲線（虛線）：欠負(fù)荷段曲線和過(guò)負(fù)荷段曲線。

圖10-5多階段負(fù)荷曲線四、等值負(fù)荷的計(jì)算實(shí)際負(fù)荷曲線先化為多階段負(fù)荷曲線（如圖1負(fù)荷曲線等值負(fù)荷：依據(jù)等值發(fā)熱原理，等值負(fù)荷期間，變壓器中所產(chǎn)生的熱量與實(shí)際負(fù)荷運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的熱量等值。欠負(fù)荷段的等值負(fù)荷系數(shù)按下式計(jì)算：I1、I2、…、In——欠負(fù)荷段負(fù)荷電流標(biāo)幺值；t1、t2、…、tn——欠負(fù)荷段的持續(xù)時(shí)間負(fù)荷曲線等值負(fù)荷：依據(jù)等值發(fā)熱原理，等值負(fù)荷期間，變壓器中所五、變壓器的正常過(guò)負(fù)荷變壓器正常運(yùn)行時(shí)，日負(fù)荷曲線的負(fù)荷率大多小于1。根據(jù)等值老化原則，只要使變壓器在過(guò)負(fù)荷期間所多損耗的壽命和在欠負(fù)荷期間所少損耗的壽命能相互補(bǔ)償，則仍可獲得規(guī)定的使用年限。變壓器的正常過(guò)負(fù)荷能力就是以不犧牲其正常壽命為原則而制定的。即在整個(gè)時(shí)間間隔內(nèi)，只要做到變壓器相對(duì)絕緣老化率小于或等于1，且滿足以下條件：（1）過(guò)負(fù)荷期間，繞組最熱點(diǎn)的溫度不得超過(guò)140℃，上層油溫不得超過(guò)95℃；（2）變壓器的最大過(guò)負(fù)荷不得超過(guò)額定負(fù)荷的50%。1.原則：不增加變壓器壽命損失，即平均相對(duì)老化率λ≤1。2.理論依據(jù)：等值老化原則，壽命損失相互補(bǔ)償。3.正常過(guò)負(fù)荷是有計(jì)劃的、主動(dòng)實(shí)施的過(guò)負(fù)荷。五、變壓器的正常過(guò)負(fù)荷變壓器正常運(yùn)行時(shí)，日負(fù)荷曲線的負(fù)荷率在確定過(guò)負(fù)荷值時(shí)，可根據(jù)實(shí)際負(fù)荷曲線和環(huán)境溫度及變壓器的數(shù)據(jù)，計(jì)算出變壓器的平均相對(duì)老化率λ，如果λ≤1，則說(shuō)明過(guò)負(fù)荷在容許范圍內(nèi)，可以按實(shí)際負(fù)荷曲線運(yùn)行。如果λ>1，則不允許過(guò)負(fù)荷運(yùn)行。為了簡(jiǎn)化計(jì)算，實(shí)際運(yùn)行中，常采用查正常過(guò)負(fù)荷曲線的方法確定過(guò)負(fù)荷值。其中日等值空氣溫度為20℃時(shí)的自然油循環(huán)和強(qiáng)迫油循環(huán)變壓器的過(guò)負(fù)荷曲線如圖10-11a和圖10-11b所示。圖中圖中K1和K2分別表示兩段式負(fù)荷曲線中的欠負(fù)荷系數(shù)和過(guò)負(fù)荷倍數(shù)，T為過(guò)負(fù)荷的容許持續(xù)時(shí)間。自然油循環(huán)變壓器的過(guò)負(fù)荷倍數(shù)不能超過(guò)1.5,強(qiáng)迫油循環(huán)變壓器的過(guò)負(fù)荷倍數(shù)不能超過(guò)1.3，也即圖中虛線部分。

利用正常過(guò)負(fù)荷曲線確定過(guò)負(fù)荷倍數(shù)的方法：1）將實(shí)際連續(xù)變化的負(fù)荷曲線化為多段式負(fù)荷曲線。2）按式（10-21）將多段式負(fù)荷曲線歸算為兩段式等值負(fù)荷曲線,計(jì)算出欠負(fù)荷系數(shù)K1。

在確定過(guò)負(fù)荷值時(shí)，可根據(jù)實(shí)際負(fù)荷曲線和環(huán)境溫度及變壓器的數(shù)據(jù)3）根據(jù)K1和過(guò)負(fù)荷時(shí)間T，從圖10-11中過(guò)負(fù)荷曲線上查出過(guò)負(fù)荷倍數(shù)K2。圖10-11正常過(guò)負(fù)荷曲線（日等值空氣溫度+20℃）a)自然油循環(huán)變壓器b)強(qiáng)迫油循環(huán)變壓器3）根據(jù)K1和過(guò)負(fù)荷時(shí)間T，從圖10-11中過(guò)負(fù)荷曲線上查出【例9-3】如果例9-1中變壓器容量為10000kVA，利用過(guò)負(fù)荷曲線，求變壓器歷時(shí)4h的過(guò)負(fù)荷值。解由例9-1圖可知欠負(fù)荷系數(shù)為0.7,過(guò)負(fù)荷時(shí)間為4h，查圖9-6a曲線得過(guò)負(fù)荷倍數(shù)K2=1.29過(guò)負(fù)荷值為1.29×10000kVA=12900kVA【例9-4】某自然油循環(huán)變壓器，當(dāng)?shù)厝盏戎悼諝鉁囟葹?0℃，負(fù)荷曲線如圖9-5所示，求歷時(shí)4h的過(guò)負(fù)荷倍數(shù)。解依等值發(fā)熱得查圖9-6a曲線得過(guò)負(fù)荷倍數(shù)得K2=1.33。【例9-3】如果例9-1中變壓器容量為10000kVA，利用NorthChinaElectricPowerUniversity變壓器負(fù)荷類型(1)正常周期性負(fù)載:在一個(gè)周期內(nèi),某段時(shí)間內(nèi)環(huán)境溫度較高,或變壓器帶高負(fù)荷運(yùn)行,可由其它時(shí)間內(nèi)環(huán)境溫度較低或較輕的負(fù)荷所補(bǔ)償,整個(gè)周期內(nèi)變壓器的老化率不大于1。(2)長(zhǎng)期急救周期性負(fù)載:由于系統(tǒng)內(nèi)有部分變壓器長(zhǎng)期停運(yùn),使運(yùn)行的變壓器可能在幾周或幾個(gè)月的時(shí)間內(nèi)長(zhǎng)期帶較高負(fù)荷甚至超過(guò)額定電流運(yùn)行,從而導(dǎo)致變壓器加速老化,但變壓器絕緣不能因?yàn)闊崃踊蚪^緣強(qiáng)度下降的原因而發(fā)生擊穿。(3)短期急救負(fù)載:由于系統(tǒng)內(nèi)發(fā)生一個(gè)或多個(gè)事故,造成運(yùn)行變壓器嚴(yán)重地超額定負(fù)載,導(dǎo)線熱點(diǎn)溫度可能達(dá)到危險(xiǎn)的程度,并導(dǎo)致暫時(shí)的絕緣強(qiáng)度下降。從技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較看,系統(tǒng)仍需要短時(shí)采用這種方式。但為避免變壓器發(fā)生故障,短期急救負(fù)載運(yùn)行時(shí)間一般應(yīng)小于0.5h。NorthChinaElectricPowerUni第四節(jié)變壓器的事故過(guò)負(fù)荷系統(tǒng)發(fā)生局部故障或變電所的某臺(tái)變壓器故障被切除，使部分不能切除的負(fù)荷轉(zhuǎn)移到其它變壓器上時(shí)，這些變壓器的負(fù)荷會(huì)超過(guò)正常過(guò)負(fù)荷值很多，稱為事故過(guò)負(fù)荷或短期急救負(fù)載。1.制定原則：在事故情況下，保證不間斷供電、避免停電造成更大的損失是首要任務(wù)，防止變壓器壽命損失加速是次要的，所以，事故過(guò)負(fù)荷是以犧牲變壓器正常使用壽命為代價(jià)的。事故過(guò)負(fù)荷允許值和允許時(shí)間由制造廠規(guī)定。2.具體要求：1)事故過(guò)負(fù)荷時(shí)，λ可能遠(yuǎn)大于1，絕緣老化加速，為了防止嚴(yán)重影響變壓器的使用壽命，事故過(guò)負(fù)荷時(shí)繞組最熱點(diǎn)溫度不得超過(guò)140℃,電流不得超過(guò)額定電流的2倍。2)事故過(guò)負(fù)荷后應(yīng)加強(qiáng)冷卻，盡快轉(zhuǎn)移負(fù)荷或減負(fù)荷，使變壓器盡快回到正常過(guò)負(fù)荷范圍內(nèi)。3)繞組最熱點(diǎn)溫度等于熱點(diǎn)溫升加上環(huán)境溫度，如果繞組最熱點(diǎn)溫度超過(guò)表10-1的數(shù)值，則這種事故過(guò)負(fù)荷是不允許的。第四節(jié)變壓器的事故過(guò)負(fù)荷系統(tǒng)發(fā)生局部故障或變電所的某臺(tái)變表10-5中列出了我國(guó)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的自然油循環(huán)中、大型電力變壓器事故過(guò)負(fù)荷1h的日壽命損失天數(shù)（以“正常日”數(shù)表示，即一個(gè)“正常日”壽命損失等效于變壓器在環(huán)境溫度20℃及額定負(fù)載條件下，運(yùn)行1天）。表中K1表示事故過(guò)負(fù)荷前等值負(fù)荷系數(shù)，K2表示事故過(guò)負(fù)荷倍數(shù)，表中“＋”符號(hào)表示即使在最低環(huán)境溫度下也不容許運(yùn)行。表中列出的是環(huán)境溫度為+20℃時(shí)的日壽命損失（天），如果環(huán)境溫度不等于20℃，應(yīng)分別乘以表10-6中所列的修正系數(shù)。環(huán)境溫度/℃403020100-10-20-25校正系數(shù)103.210.320.10.0320.010.0055表10-6環(huán)境溫度不同于+20℃時(shí)的校正系數(shù)表10-5中列出了我國(guó)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的自然油循環(huán)中、大型電力變壓器表10-5自然油循環(huán)中、大型電力變壓器事故過(guò)負(fù)荷1h的日壽命損失（天）和繞組熱點(diǎn)溫升（單位:℃）K2

K10.250.50.70.80.91.01.11.21.31.41.51.11.21.31.41.51.61.71.81.92.00.003580.005660.011740.024820.059910.1531000.4181101.211203.6513011.61410.009640.014710.026790.055880.128970.3241060.8751152.501257.5213623.81470.038710.053780.084860.158950.3421040.8271132.171226.1113218.214357.11540.100750.128830.185910.317990.6411081.481173.8112710.613731.214797.31580.306800.363870.477950.7331041.351122.921227.2013119.514157.01521761621.08851.21931.461002.001093.251186.4012714.813638.91461111573411684.30914.66985.291066.561149.3612316.213234.014284.015223316270117320.510422.411225.712032.712948.713889.414820115852716815401791081191191271381361801452811555491651310175++631134695143821152110016118001713730182++4040150448015953601697400179++++表10-5自然油循環(huán)中、大型電力變壓器事故過(guò)負(fù)荷1h的日壽【例9-5】某中型自然油循環(huán)變壓器，環(huán)境溫度為+30℃，事故前K1=0.7，事故后K2=1.5，求運(yùn)行1h的日壽命損失和繞組熱點(diǎn)溫度。解根據(jù)已知條件查表9-3和表9-4，得運(yùn)行1h的日壽命損失為：0.342×3.2=1.09(天)繞組熱點(diǎn)溫度為：(104+30)℃=134℃，繞組熱點(diǎn)溫度小于140℃，可以按K2過(guò)負(fù)荷運(yùn)行?！纠?-5】某中型自然油循環(huán)變壓器，環(huán)境溫度為+30℃，事第五節(jié)自耦變壓器的工作原理與運(yùn)行

一、自耦變壓器的工作原理

如圖9-7a所示。自耦變壓器由兩個(gè)繞組串聯(lián)組成一次繞組bd，匝數(shù)為N1，其中一個(gè)繞組又作為變壓器的二次繞組cd，匝數(shù)為N2，稱為“公共繞組”，為一二次側(cè)所共有。屬于一次繞組且與公共繞組串聯(lián)的繞組bc，匝數(shù)為N1-N2，稱為“串聯(lián)繞組”。圖9–7自耦變壓器原理圖a)等效電路b)結(jié)構(gòu)第五節(jié)自耦變壓器的工作原理與運(yùn)行一、自耦變壓器的工作原理自耦變壓器的缺點(diǎn)是：（1）一、二次繞組間有電的聯(lián)系，致使較高電壓易于傳遞到低壓電路，所以低壓電路的絕緣必須按較高電壓設(shè)計(jì)；（2）一、二次繞組之間的漏磁場(chǎng)較小，電抗較小。短路電流和短路電流熱效應(yīng)比變通雙繞組變壓器大；（3）一、二次三相連接方式必須相同；（4）運(yùn)行方式多樣化，使繼電保護(hù)整定困難；（5）在有分接頭調(diào)壓的情況下，很難取得繞組間的電磁平衡，有時(shí)造成軸向作用力的增加。自耦變壓器的缺點(diǎn)是：1．自耦變壓器的容量關(guān)系（1）電壓及電流關(guān)系1)自耦變壓器一次側(cè)和二次側(cè)的電壓比k12

2)電流關(guān)系電路關(guān)系：磁路耦合關(guān)系：根據(jù)以上電路和磁勢(shì)關(guān)系可得a)公共繞組電流與一次（或串聯(lián)繞組）電流之間的關(guān)系為：1．自耦變壓器的容量關(guān)系（1）電壓及電流關(guān)系1)自耦變壓b)一次（或串聯(lián)繞組）電流與二次電流之間的關(guān)系為：c)公共繞組電流與二次電流之間的關(guān)系為：（2）自耦變壓器的額定容量和標(biāo)準(zhǔn)容量根據(jù)電壓及電流關(guān)系，自耦變壓器傳輸?shù)墓β蕿橛呻娐穫鬟f由磁路傳遞b)一次（或串聯(lián)繞組）電流與二次電流之間的關(guān)系為：c)——電流相量的共軛相量。自耦變壓器的額定容量(額定通過(guò)容量)：公共繞組的容量(標(biāo)準(zhǔn)容量)：通過(guò)電磁感應(yīng)傳輸?shù)淖畲蠊β剩创?lián)繞組的容量為可見(jiàn)串聯(lián)繞組的容量與公共繞組的容量相等?！娏飨嗔康墓曹椣嗔俊Ｗ择钭儔浩鞯念~定容量(額定通過(guò)容2．自耦變壓器的效益系數(shù)標(biāo)準(zhǔn)容量與額定容量之比，稱為自耦變壓器的效益系數(shù)Kb，即1)Sa=KbSN<SN，即自耦變壓器與同容量的普通變壓器相比，有較小的繞組容量，因此所用鐵心材料省，尺寸小，重量輕，造價(jià)較低，極限制造容量大，具有較好的經(jīng)濟(jì)效益。

2)電壓比k12越小，Kb越小，繞組容量越小，采用自耦變壓器經(jīng)濟(jì)效益越顯著。為保證自耦變壓器的經(jīng)濟(jì)效益，應(yīng)使其變比k12≤3。3．自耦變壓器的過(guò)電壓?jiǎn)栴}的提出:高壓與中壓繞組有電路的直接連接，當(dāng)高壓側(cè)發(fā)生過(guò)電壓時(shí)，它可以通過(guò)串聯(lián)繞組進(jìn)入公共繞組和中壓系統(tǒng)，當(dāng)中壓側(cè)發(fā)生過(guò)電壓時(shí)，它可以進(jìn)入串聯(lián)繞組和高壓系統(tǒng)。(顯然Kb<1)2．自耦變壓器的效益系數(shù)標(biāo)準(zhǔn)容量與額定容量之比，稱為自耦變k12越大，過(guò)電壓倍數(shù)越大，例如220/110kV自耦變的中壓側(cè)的過(guò)電壓倍數(shù)為2.64，過(guò)電壓值為

1)為使其絕緣免遭損壞，自耦變壓器高壓和中壓側(cè)出口端都必須裝設(shè)避雷器進(jìn)行保護(hù)。避雷器必須裝設(shè)在自耦變壓器和連接自耦變壓器的隔離開(kāi)關(guān)之間，當(dāng)自耦變壓器某側(cè)斷開(kāi)時(shí)，該側(cè)避雷器仍與自耦變壓器保持連接。2)自耦變壓器的中性點(diǎn)必須直接接地或經(jīng)小電抗接地，以避免高壓側(cè)電網(wǎng)發(fā)生單相接地時(shí)，在非接地相的中壓繞組出現(xiàn)過(guò)電壓。中性點(diǎn)不接地，當(dāng)高壓電網(wǎng)發(fā)生a相接地時(shí)中性點(diǎn)發(fā)生偏移，非接地的b、c相中壓側(cè)相電壓為k12越大，過(guò)電壓倍數(shù)越大，例如220/110kV自耦變的中自耦變壓器的中性點(diǎn)必須直接接地或經(jīng)小電抗接地。自耦變壓器的高壓和中壓電壓等級(jí)必須是500kV

、330kV、220kV和110kV中之一。4．三繞組自耦變壓器原因：與普通星—星聯(lián)結(jié)變壓器相同，雙繞組自耦變壓器由于鐵心飽和使主磁通呈平頂波形，繞組的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)呈現(xiàn)尖頂波形，含有三次諧波電動(dòng)勢(shì)。使電壓畸變。第三繞組的作用：1)消除三次諧波；2)減小自耦變壓器的零序阻抗；3)單獨(dú)供電，用來(lái)連接發(fā)電機(jī)、調(diào)相機(jī)或引接發(fā)電廠廠用備用電源等。自耦變壓器一般還增設(shè)一個(gè)接成三角形的第三繞組，它與串聯(lián)繞組和公共繞組之間只有電磁聯(lián)系。自耦變壓器的中性點(diǎn)必須直接接地或經(jīng)小電抗接地。自耦變壓器的第三繞組的電壓：一般為6~35kV。第三繞組的容量：1)如果僅用來(lái)消除三次諧波，其容量一般為標(biāo)準(zhǔn)容量的1/3左右(為滿足低壓側(cè)短路時(shí)的熱穩(wěn)定和電動(dòng)力穩(wěn)定的要求，容量不能太小)。2)如果還用來(lái)連接發(fā)電機(jī)、調(diào)相機(jī)或引接發(fā)電廠廠用備用電源等，其容量最大等于自耦變壓器的標(biāo)準(zhǔn)容量。二、自耦變壓器的運(yùn)行方式｛運(yùn)行方式自耦運(yùn)行方式(第三繞組空載)聯(lián)合運(yùn)行方式(三個(gè)繞組均有功率通過(guò)，情況復(fù)雜)最典型的聯(lián)合運(yùn)行方式有以下兩種方式：1．運(yùn)行方式一高壓側(cè)同時(shí)向中壓和低壓側(cè)（或中壓和低壓側(cè)同時(shí)向高壓側(cè)）傳輸功率，如圖10-24a所示。第三繞組的電壓：一般為6~35kV。二、自耦變壓器的運(yùn)行(1)串聯(lián)繞組1)電流由取電壓為參考量得(1)串聯(lián)繞組1)電流由取電壓為參考量得低壓側(cè)功率為歸算到高壓側(cè)的電流為2)功率當(dāng)中、低壓側(cè)功率因數(shù)相等時(shí)，有低壓側(cè)功率為歸算到高壓側(cè)的電流為2)功率當(dāng)中、低壓側(cè)(2)公共繞組1)電流由磁勢(shì)平衡得公共繞組中的電流為2)功率當(dāng)中、低壓側(cè)功率因數(shù)相等時(shí)，有(2)公共繞組1)電流由磁勢(shì)平衡得公共繞組中的電流為顯然Ss>Sc，串聯(lián)繞組負(fù)荷較大，最大傳輸功率受到串聯(lián)繞組容量的限制，運(yùn)行中應(yīng)注意監(jiān)視串聯(lián)繞組負(fù)荷。2．運(yùn)行方式二中壓側(cè)同時(shí)向高壓和低壓側(cè)（或高壓和低壓側(cè)同時(shí)向中壓側(cè)）傳輸功率，如圖10-24b所示。(1)串聯(lián)繞組1)電流2)功率顯然Ss>Sc，串聯(lián)繞組負(fù)荷較大，最大傳輸功率受到串聯(lián)繞組容(2)公共繞組1)電流由磁勢(shì)平衡可以求出公共繞組中的電流為2)功率(2)公共繞組1)電流由磁勢(shì)平衡可以求出公共繞組中的電當(dāng)高、低壓側(cè)功率因數(shù)相等時(shí)，有顯然Sc

>Ss，公共繞組負(fù)荷較大，最大傳輸功率受到公共繞組容量的限制，運(yùn)行中應(yīng)注意監(jiān)視公共繞組負(fù)荷。在此運(yùn)行方式下運(yùn)行時(shí)，自耦變壓器的容量不能得到充分利用。三、自耦變壓器的有功功率損耗(選學(xué)內(nèi)容)3.低壓側(cè)同時(shí)向高壓和中壓側(cè)傳輸功率或相反限制條件為低壓繞組容量，通過(guò)容量最大為標(biāo)準(zhǔn)容量，這時(shí)自耦變壓器的效益最低。當(dāng)高、低壓側(cè)功率因數(shù)相等時(shí)，有顯然Sc>Ss，公共繞組【例9-6】已知容量為150MVA的三相三繞組自耦變壓器，額定電壓為242/121/11kV，容量比為100/100/50，低壓側(cè)接有60MW，功率因數(shù)為0.8的發(fā)電機(jī)一臺(tái)，各側(cè)功率因數(shù)相等。試求:如果220kV系統(tǒng)向110kV系統(tǒng)傳輸功率75MVA，低壓側(cè)的發(fā)電機(jī)還可以向110kV系統(tǒng)傳輸多少功率？解屬高、低壓側(cè)同時(shí)向中壓側(cè)送電的運(yùn)行方式，此運(yùn)行方式下應(yīng)監(jiān)視公共繞組不能過(guò)負(fù)荷，公共繞組負(fù)荷最大為75MVA。串聯(lián)繞組負(fù)荷為由得低壓繞組負(fù)荷為即低壓側(cè)的發(fā)電機(jī)還可以向110kV系統(tǒng)傳輸?shù)墓β蕿?7.5MVA。自耦變壓器的輸出功率達(dá)不到其額定容量?！纠?-6】已知容量為150MVA的三相三繞組自耦變壓器，額第六節(jié)變壓器的并列運(yùn)行

(1)變壓器并列運(yùn)行的優(yōu)點(diǎn)1)提高供電可靠性：通常采用兩臺(tái)及以上的變壓器并列運(yùn)行，當(dāng)一臺(tái)變壓器因故障退出運(yùn)行，其他變壓器仍可繼續(xù)供電。2)可滿足經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的需要：在低負(fù)荷時(shí)，可以使部分變壓器退出運(yùn)行，以減少電能損耗。3)減少備用容量。1)一次電壓相等，二次電壓相等，即需要變壓比相等；2)額定短路電壓相等；3)繞組連接組別相同。(2)變壓器的理想并列運(yùn)行條件為

1.變壓比不同的變壓器并列運(yùn)行設(shè)兩臺(tái)變壓器的變比為第六節(jié)變壓器的并列運(yùn)行(1)變壓器并列運(yùn)行的優(yōu)點(diǎn)1)兩臺(tái)變壓器的電壓比的幾何均值為圖9-11兩臺(tái)變比不同的單相變壓器并列運(yùn)行如圖9-11所示，當(dāng)并列運(yùn)行的變壓器一次側(cè)接電源，由于變壓器的電壓比不相等，在二次繞組產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)不相等，故在二次繞組中產(chǎn)生平衡電流，一次繞組也相應(yīng)的出現(xiàn)平衡電流，近似為兩臺(tái)變壓器的電壓比的幾何均值為圖9-11兩臺(tái)變比不同的單相二次繞組的平衡電流為采用短路電壓近似計(jì)算時(shí)式中二次繞組的平衡電流為采用短路電壓近似計(jì)算時(shí)式中如果，令，則由上式可以看出，平衡電流決定于和變壓器的內(nèi)部阻抗，變壓器的內(nèi)部阻抗通常很小，即使不大，也可能引起很大的平衡電流。當(dāng)變壓器帶負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，平衡電流疊加在負(fù)荷電流上，使一臺(tái)變壓器的負(fù)荷增大，另一臺(tái)變壓器的負(fù)荷減輕，負(fù)荷增大的變壓器可能過(guò)負(fù)荷，所以，一般不得超過(guò)0.5%。

如果，令，則由上式可以看出，平衡電流決定于【例9-7】?jī)膳_(tái)并列運(yùn)行的變壓器，額定容量均為10000kVA，短路電壓都為uk%=10.5，繞組連接組別都相同。電壓比分別為110/10.5kV和110/11kV。試求它們并列運(yùn)行時(shí)的平衡電流？解【例9-7】?jī)膳_(tái)并列運(yùn)行的變壓器，額定容量均為10000kV因高壓側(cè)的額定電壓相同，故兩臺(tái)變壓器的二次側(cè)額定電流分別為524.86A和549.857A，可見(jiàn)平衡電流的影響達(dá)20%。因高壓側(cè)的額定電壓相同，故兩臺(tái)變壓器的二次側(cè)額定電流分別為2.短路電壓不同的變壓器并列運(yùn)行假定它們的變比相同，則第k臺(tái)變壓器的阻抗為n臺(tái)并列運(yùn)行的變壓器的總阻抗為由并聯(lián)電路電壓相等得n臺(tái)并列運(yùn)行的變壓器的總負(fù)荷電流:2.短路電壓不同的變壓器并列運(yùn)行假定它們的變比相同，則第k第k臺(tái)變壓器的電流為第k臺(tái)變壓器的負(fù)荷為第k臺(tái)變壓器的電流為第k臺(tái)變壓器的負(fù)荷為n臺(tái)并列運(yùn)行的變壓器的總負(fù)荷容量為:n=2時(shí)，變壓器分配的負(fù)荷為:結(jié)論：負(fù)荷分配與短路電壓成反比，即短路電壓小的變壓器承擔(dān)的負(fù)荷大，短路電壓大的變壓器承擔(dān)的負(fù)荷小。由于一般容量大的變壓器短路電壓較大，容量小的變壓器短路電壓較小，故容量小的變壓器有可能過(guò)負(fù)荷。一般規(guī)定短路電壓之差不超過(guò)10%。短路電壓不同的變壓器，可適當(dāng)提高短路電壓大的變壓器二次電壓，使并列運(yùn)行變壓器的容量均能充分利用。n臺(tái)并列運(yùn)行的變壓器的總負(fù)荷容量為:n=2時(shí)，變壓器分配的【例9-8】?jī)膳_(tái)并列運(yùn)行的雙繞組變壓器，變比和繞組連接組別都相同，只是額定容量和短路電壓不同。已知SNI=500kVA，ukI%=4；SNII=1000kVA，ukII%=4.5。試求當(dāng)供給負(fù)載1500kVA時(shí)，每一臺(tái)變壓器各供多大負(fù)荷？解從計(jì)算結(jié)果可以看出，容量小的變壓器過(guò)負(fù)荷運(yùn)行，容量大的變壓器未能得到充分利用?！纠?-8】?jī)膳_(tái)并列運(yùn)行的雙繞組變壓器，變比和繞組連接組別都3.繞組連接組別不同的變壓器并列運(yùn)行繞組連接組別不同的變壓器并列運(yùn)行時(shí)，同名相電勢(shì)間的相位差為如果兩臺(tái)變壓器的額定容量、額定電壓和短路電壓都相同，則例如，當(dāng)相位差φ=30°，短路電壓u*kI=0.105時(shí)3.繞組連接組別不同的變壓器并列運(yùn)行繞組連接組別不同的變壓02一月202376第8章電力變壓器的運(yùn)行18十二月20221第8章電力變壓器的運(yùn)行

▉110kV油浸式電力變壓器外觀和線圈結(jié)構(gòu)圖圖9-1110kV油浸式電力變壓器外觀結(jié)構(gòu)圖圖9-2110kV油浸式電力變壓器線圈結(jié)構(gòu)圖▉110kV油浸式電力變壓器外觀和線圈結(jié)構(gòu)圖圖9-1NorthChinaElectricPowerUniversity變壓器結(jié)構(gòu)（內(nèi)部：鐵芯、繞組）分接頭NorthChinaElectricPowerUniNorthChinaElectricPowerUniversity變壓器結(jié)構(gòu)（外部）潛油泵線夾引線套管風(fēng)扇套管油位儲(chǔ)油柜瓦斯繼電器NorthChinaElectricPowerUniNorthChinaElectricPowerUniversity變壓器結(jié)構(gòu)（外部）油流繼電器分接頭機(jī)構(gòu)箱油溫表油位表NorthChinaElectricPowerUni▉110kV油浸式電力變壓器鐵芯和內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖圖9-3110kV油浸式電力變壓器鐵芯結(jié)構(gòu)圖圖9-4110kV油浸式電力變壓器內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖▉110kV油浸式電力變壓器鐵芯和內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖圖9-3▉干式電力變壓器的外觀結(jié)構(gòu)圖圖9-5干式電力變壓器的外觀結(jié)構(gòu)圖（一）圖9-6干式電力變壓器的外觀結(jié)構(gòu)圖（二）▉干式電力變壓器的外觀結(jié)構(gòu)圖圖9-5干式電力變壓器的圖9

▉干式電力變壓器鐵芯和線圈結(jié)構(gòu)圖圖9-7干式電力變壓器的鐵芯結(jié)構(gòu)圖圖9-8干式電力變壓器的線圈結(jié)構(gòu)圖▉干式電力變壓器鐵芯和線圈結(jié)構(gòu)圖圖9-7干式電力電力變壓器是發(fā)電廠和變電所中重要的一次設(shè)備之一，隨著電力系統(tǒng)電壓等級(jí)的提高和規(guī)模的擴(kuò)大，升壓和降壓的層次增多，系統(tǒng)中變壓器的總?cè)萘恳堰_(dá)發(fā)電機(jī)裝機(jī)容量的7~10倍?？梢?jiàn)電力變壓器的運(yùn)行是電力生產(chǎn)中非常重要的環(huán)節(jié)。本章著重介紹電力變壓器運(yùn)行中的基本理論。

第一節(jié)變壓器的發(fā)熱和冷卻一、變壓器的發(fā)熱和冷卻

電力變壓器是發(fā)電廠和變電所中重要的一次設(shè)備之一，隨著電沿變壓器橫截面的溫度分布鐵芯低壓繞組高壓繞組油箱壁或散熱器油空氣溫度鐵芯、高壓繞組、低壓繞組所產(chǎn)生的熱量都傳給油，它們的發(fā)熱互不關(guān)聯(lián)，只與本身?yè)p耗有關(guān)。發(fā)熱和冷卻過(guò)程變壓器在運(yùn)行時(shí)，繞組、鐵心和附加的電能損耗都將轉(zhuǎn)變成熱能，使變壓器各部分的溫度升高。沿變壓器橫截面的溫度分布鐵芯低壓繞組高壓繞組油箱壁或散熱器油1)沿變壓器橫截面的溫度分布很不均勻。繞組和鐵芯內(nèi)部與它們的表面之間有很小的溫差，一般只有幾度；2)鐵心、高壓繞組、低壓繞組的發(fā)熱互不關(guān)聯(lián)：所產(chǎn)生的熱量都傳給油，熱量被循環(huán)流動(dòng)的油帶走。繞組和鐵芯的表面與油有較大的溫差；3)油箱壁內(nèi)、外表面也有2-3℃的溫差；4)油箱壁對(duì)空氣的溫差最大。從上圖可以看出，變壓器沿橫截面的發(fā)熱特點(diǎn)：1)沿變壓器橫截面的溫度分布很不均勻。繞組和鐵芯內(nèi)部與它們的導(dǎo)體和鐵心的表面變壓器油油箱和散熱器的內(nèi)表面油箱和散熱器的外表面周圍空氣傳導(dǎo)對(duì)流傳導(dǎo)繞組和鐵心內(nèi)部的熱量對(duì)流對(duì)流和輻射散熱過(guò)程：導(dǎo)體和鐵心的表面變壓器油油箱和散熱器的內(nèi)表面油箱和散熱器的外NorthChinaElectricPowerUniversity沿變壓器高度的溫度分布油箱壁鐵芯繞組最熱點(diǎn):70%-75%各部分的溫度差別很大。大容量變壓器，需要采用強(qiáng)迫油循環(huán)風(fēng)冷(水冷)、導(dǎo)向冷卻方式。最熱點(diǎn)NorthChinaElectricPowerUni1)變壓器各部分沿高度方向的發(fā)熱很不均勻。由于油受熱后上升，在上升過(guò)程中又不斷吸收熱量，所以上層油溫最高。導(dǎo)向強(qiáng)迫油循環(huán)冷卻：強(qiáng)迫經(jīng)冷卻器冷卻后的油沿一定的油路從繞組和鐵心內(nèi)部通過(guò)，帶走大量熱量，冷卻效果較好。強(qiáng)迫油循環(huán)風(fēng)冷或水冷：使熱油經(jīng)過(guò)強(qiáng)風(fēng)或水冷卻器冷卻，散出熱量后再用液壓泵送回變壓器。自然油循環(huán)冷卻從上圖可以看出，變壓器沿高度方向的發(fā)熱特點(diǎn)：2)繞組上端部的溫度最高，最熱點(diǎn)在高度方向的70%~75%處，徑向溫度最高處位于繞組厚度（自內(nèi)徑算起）的1/3處。由于大容量變壓器的電能損耗大，單靠油箱壁和散熱器不能達(dá)到發(fā)熱和散熱的平衡。常用的冷卻方式有：1)變壓器各部分沿高度方向的發(fā)熱很不均勻。由于油受熱后上升，二、變壓器的溫升計(jì)算

1.變壓器的發(fā)熱很不均勻，油浸式變壓器的溫升從底部到頂部，繞組(CD)和油(AB)的溫升都近似呈線性增加（在任意高度，繞組對(duì)油的溫差均為一常數(shù)g）。2.為了全面反映變壓器的溫升情況，繞組和油的溫升通常都用其平均溫升和最大溫升來(lái)表示。(2)繞組的最大溫升是指繞組最熱點(diǎn)(E點(diǎn))的溫升，由于雜散損耗增加，它大于繞組的平均溫升（D點(diǎn)）。油的最大溫升是指頂層油(B點(diǎn))的溫升。變壓器各部分的溫度不均勻，計(jì)算時(shí)通常用平均溫升和最大溫升表示。油浸式變壓器溫升分布圖(1)中部高度處,N點(diǎn)的橫坐標(biāo)為油對(duì)環(huán)境的平均溫升,M點(diǎn)的橫坐標(biāo)為繞組對(duì)環(huán)境的平均溫升.二、變壓器的溫升計(jì)算1.變壓器的發(fā)熱很不均勻，油浸式變壓3.溫升計(jì)算中的基本關(guān)系為繞組對(duì)空氣的平均溫升=油對(duì)空氣的平均溫升+繞組對(duì)油的平均溫升繞組的溫度=空氣溫度+油對(duì)空氣的溫升+繞組對(duì)油的溫升4.變壓器各部分的允許溫升

變壓器長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)，各部分的溫升達(dá)到穩(wěn)定值。在額定使用條件和額定負(fù)荷SN下的溫升稱為額定溫升。我國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)（GB）規(guī)定變壓器的額定使用條件為：最高氣溫+40℃；最高月平均氣溫+30℃；最高年平均氣溫+20℃；最低氣溫-25℃（戶外）或-5℃（戶內(nèi)）

；變壓器各部分的溫升不得超過(guò)表9-1中的數(shù)值。表9-1變壓器各部分的允許溫升（單位：℃）自然油循環(huán)強(qiáng)迫油循環(huán)風(fēng)冷強(qiáng)迫油循環(huán)導(dǎo)向風(fēng)冷繞組對(duì)空氣的平均溫升656570繞組對(duì)油的平均溫升213030油對(duì)空氣的平均溫升443540頂層油對(duì)空氣的溫升5545453.溫升計(jì)算中的基本關(guān)系為繞組對(duì)空氣的平均溫升=油對(duì)變壓器的允許溫升決定于絕緣材料。油浸電力變壓器的繞組一般用油浸電纜紙和油作絕緣，屬A級(jí)絕緣。允許溫升的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)是基于以下條件規(guī)定的：變壓器在環(huán)境溫度為+20℃下帶額定負(fù)荷長(zhǎng)期運(yùn)行，繞組熱點(diǎn)溫度為98℃，使用期限為20~30年。對(duì)于自然油循環(huán)冷卻變壓器的繞組最熱點(diǎn)溫度比繞組的平均溫度約高13℃，因此，繞組對(duì)環(huán)境的平均溫升限值為（98-20-13）=65℃。導(dǎo)向油循環(huán)變壓器約高8℃，因此，繞組對(duì)環(huán)境的平均溫升限值為（98-20-8）=70℃。在額定負(fù)荷下，溫升符合前述關(guān)系。變壓器的允許溫升決定于絕緣材料。油浸電力變壓器的繞組一般用油額定負(fù)荷的溫升值通過(guò)查表計(jì)算，如果變壓器的負(fù)荷與額定負(fù)荷不同，需要對(duì)允許溫升進(jìn)行修正。設(shè)K為實(shí)際負(fù)荷與額定負(fù)荷之比，則任意負(fù)荷下頂層油對(duì)空氣的溫升為5.任意負(fù)荷下頂層油對(duì)空氣和繞組最熱點(diǎn)對(duì)頂層油溫升的計(jì)算式中τtN——額定負(fù)荷時(shí)，頂層油對(duì)空氣的溫升最大值；

R——額定負(fù)荷下，短路損耗與空載損耗之比；

x——計(jì)算油的溫升的指數(shù)，與變壓器的冷卻方式有關(guān)，對(duì)于自然油循環(huán)冷卻變壓器，x=0.8；對(duì)于強(qiáng)迫油循環(huán)冷卻變壓器，x=0.9~1.0。額定負(fù)荷的溫升值通過(guò)查表計(jì)算，如果變壓器的負(fù)荷與額定負(fù)荷不同任意負(fù)荷下繞組最熱點(diǎn)對(duì)頂層油的溫升為式中τgN——額定負(fù)荷時(shí)，繞組最熱點(diǎn)對(duì)頂層油的溫升；

y——計(jì)算繞組最熱點(diǎn)溫升用的指數(shù),也與變壓器的冷卻方式有關(guān)，一般取y=x。三、繞組熱點(diǎn)穩(wěn)態(tài)溫度的計(jì)算根據(jù)變壓器冷卻方式的不同，任意負(fù)荷下繞組最熱點(diǎn)的溫度分別按以下公式計(jì)算：1.自然油循環(huán)冷卻繞組最熱點(diǎn)的溫度=空氣溫度+頂層油對(duì)空氣的溫升+繞組最熱點(diǎn)對(duì)頂層油的溫升，即：任意負(fù)荷下繞組最熱點(diǎn)對(duì)頂層油的溫升為式中τgN——額定2.強(qiáng)迫油循環(huán)冷卻對(duì)于強(qiáng)迫油循環(huán)冷卻和強(qiáng)迫油循環(huán)導(dǎo)向冷卻，頂層油對(duì)空氣的溫升等于底層油溫升加上油對(duì)空氣的平均溫升與底層油對(duì)空氣的溫升之差的2倍。額定負(fù)荷時(shí)繞組最熱點(diǎn)溫度為任意負(fù)荷時(shí)繞組最熱點(diǎn)溫度為：式中τbN——額定負(fù)荷時(shí)，底層油對(duì)空氣的溫升；τavN——額定負(fù)荷時(shí)，油對(duì)空氣的平均溫升；2.強(qiáng)迫油循環(huán)冷卻對(duì)于強(qiáng)迫油循環(huán)冷卻和強(qiáng)迫油循環(huán)導(dǎo)向冷3.強(qiáng)迫油循環(huán)導(dǎo)向冷卻式中θh'——繞組最熱點(diǎn)溫度

θhN——額定負(fù)荷時(shí)的繞組最熱點(diǎn)溫度；

θh——負(fù)荷率為K時(shí)的繞組最熱點(diǎn)溫度，按上式計(jì)算。四、變壓器的暫態(tài)溫度計(jì)算(不講)

3.強(qiáng)迫油循環(huán)導(dǎo)向冷卻式中θh'——繞組最熱點(diǎn)溫度四第二節(jié)變壓器的絕緣老化

一、變壓器的絕緣老化定律1)變壓器的絕緣老化：長(zhǎng)期運(yùn)行中由于受到高溫、濕度、氧化和油中分解的劣化物質(zhì)等物理化學(xué)作用的影響，使其絕緣材料逐漸失去其機(jī)械強(qiáng)度和電氣強(qiáng)度。2)高溫是絕緣老化的主要原因，絕緣的工作溫度越高，絕緣老化速度越快，變壓器的使用壽命越短。3)機(jī)械損傷使電氣強(qiáng)度下降：老化的絕緣材料纖維組織失去彈性，材料變脆，只要沒(méi)有機(jī)械損傷，仍可有相當(dāng)高的電氣強(qiáng)度。但在電磁振動(dòng)和電動(dòng)力的作用下很容易產(chǎn)生機(jī)械損傷使材料破損，失去電氣強(qiáng)度。因此，絕緣材料老化程度主要由其機(jī)械強(qiáng)度的降低情況來(lái)確定。一般認(rèn)為當(dāng)變壓器絕緣的機(jī)械強(qiáng)度降低至其額定值的15%-20%時(shí)，變壓器的壽命就算結(jié)束，所經(jīng)歷的時(shí)間稱為變壓器的預(yù)期壽命。1.變壓器的絕緣老化現(xiàn)象第二節(jié)變壓器的絕緣老化一、變壓器的絕緣老化定律1)變壓2.變壓器的預(yù)期壽命和繞組最熱點(diǎn)溫度之間的關(guān)系電力變壓器常采用A級(jí)絕緣（油浸電纜紙），在80~140℃的范圍內(nèi)，變壓器的預(yù)期壽命和繞組最熱點(diǎn)溫度之間的關(guān)系為式中，A為常數(shù)；P為溫度系數(shù)。3.變壓器的絕緣老化定律采用A級(jí)絕緣材料的變壓器繞組，變壓器在額定負(fù)荷和空氣溫度為20℃條件下連續(xù)運(yùn)行，繞組最熱點(diǎn)溫度維持在98℃，變壓器能獲得正常預(yù)期壽命20~30年，其每天的壽命損失為正常日壽命損失。變壓器的正常預(yù)期壽命和繞組最熱點(diǎn)溫度之間的關(guān)系為相對(duì)預(yù)期壽命z*：任意溫度下的預(yù)期壽命與正常預(yù)期壽命之比。2.變壓器的預(yù)期壽命和繞組最熱點(diǎn)溫度之間的關(guān)系電力變壓器在相同的時(shí)間間隔T內(nèi)，繞組熱點(diǎn)維持在任意溫度θ時(shí)所損耗的壽命（T/Z）與維持在98℃時(shí)所損耗的壽命（T/ZN）之比，稱為相對(duì)老化率。它是相對(duì)預(yù)期壽命z*的倒數(shù)它表明了變壓器在繞組熱點(diǎn)溫度為任意溫度θ下運(yùn)行單位時(shí)間損失的正常壽命。顯然，相對(duì)老化率為v與運(yùn)行時(shí)間T的乘積即為損失的壽命zT。如果在T時(shí)間內(nèi)繞組熱點(diǎn)溫度是隨時(shí)間變化的（用θt表示），則損失的壽命為在相同的時(shí)間間隔T內(nèi)，繞組熱點(diǎn)維持在任意溫度θ時(shí)所損耗的壽命計(jì)算相對(duì)老化率的計(jì)算以2為底較方便，則根據(jù)試驗(yàn)和統(tǒng)計(jì)資料可以得出則和這意味著繞組溫度每增加6℃，老化加倍，絕緣使用壽命縮短一半，此即絕緣老化的六度規(guī)則（油浸變壓器）。例如，繞組熱點(diǎn)在104℃下的老化率為2，運(yùn)行24h損失的壽命為2×24h=48h，壽命減少了一半。計(jì)算相對(duì)老化率的計(jì)算以2為底較方便，則根據(jù)試驗(yàn)和統(tǒng)計(jì)資料可問(wèn)題：如何獲得變壓器的正常預(yù)期壽命？未充分利用負(fù)荷能力達(dá)不到正常預(yù)期壽命最高允許溫度二、等值老化原則變壓器繞組最熱點(diǎn)溫度維持在98℃，變壓器能獲得正常使用壽命，但變壓器在運(yùn)行中，繞組溫度受環(huán)境溫度和負(fù)荷波動(dòng)的影響，不可能維持在98℃不變。這種情況下變壓器如何獲得正常的使用壽命？等值老化原則回答了這個(gè)問(wèn)題。問(wèn)題：如何獲得變壓器的正常預(yù)期壽命？未充分利用負(fù)荷能力達(dá)不到等值少損耗的壽命多損耗的壽命＝1)等值老化原則：在一定的時(shí)間間隔T內(nèi)，一部分時(shí)間內(nèi)繞組溫度高于98℃，而在另一部分時(shí)間內(nèi)繞組溫度低于98℃，只要使變壓器在溫度高于98℃時(shí)所多損失的壽命與溫度低于98℃時(shí)少損失的壽命相互補(bǔ)償，變壓器的預(yù)期壽命可以和繞組溫度維持在98℃運(yùn)行時(shí)的預(yù)期壽命相同。它可以用下式表示：等值少損耗的壽命多損耗的壽命＝1)等值老化原則：在一定的時(shí)間NorthChinaElectricPowerUniversity等值老化原則：使變壓器在一定時(shí)間間隔T（一年或一晝夜）內(nèi)絕緣老化所損耗的壽命等于一常數(shù)。12h0.5T=24h1yeart(h/y)0T時(shí)間內(nèi)損耗的壽命

=恒溫98℃運(yùn)行時(shí)損耗的壽命（常數(shù))NorthChinaElectricPowerUni2)平均相對(duì)老化率：變壓器在一定的時(shí)間間隔T內(nèi)實(shí)際所損失的壽命與恒溫98℃運(yùn)行時(shí)的正常壽命損失T的比值。

當(dāng)λ>1時(shí)，變壓器的老化大于正常老化，預(yù)期壽命縮短；當(dāng)λ<1時(shí)，變壓器的負(fù)荷能力未得到充分利用；當(dāng)λ=1時(shí)，變壓器有正常的使用壽命，它也是制定變壓器負(fù)荷能力的主要依據(jù)。2)平均相對(duì)老化率：變壓器在一定的時(shí)間間隔T內(nèi)實(shí)際所損失的壽第三節(jié)

變壓器的正常過(guò)負(fù)荷

一、變壓器的負(fù)荷能力1)變壓器的額定容量即銘牌容量：其含義是在制造廠所規(guī)定的額定環(huán)境溫度下，保證變壓器有正常使用壽命（約20~30年）所能長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)輸出的最大功率。2)變壓器的負(fù)荷能力：指變壓器在短時(shí)間內(nèi)所能輸出的功率，在一定條件下，為滿足負(fù)荷的需要，它可能超過(guò)額定容量。

負(fù)荷能力的大小和持續(xù)時(shí)間取決于：①變壓器的電流和溫度不得超過(guò)規(guī)定的限值；②負(fù)荷變化和周圍環(huán)境溫度以及總絕緣老化不超過(guò)絕緣的正常老化值。第三節(jié)變壓器的正常過(guò)負(fù)荷一、變壓器的負(fù)荷能力1)變壓器繞組、線夾、引線、絕緣部分及油溫將會(huì)升高；鐵芯外的漏磁通密度將增加，使耦合的金屬部分出現(xiàn)渦流，溫度增高；溫度增高使固體絕緣和油中的水分和氣體成分發(fā)生變化套管、分接頭、電纜終端頭和電流互感器等受到較高的熱應(yīng)力，安全裕度降低；導(dǎo)體絕緣機(jī)械特性受高溫的影響，熱老化的累積過(guò)程加快，使變壓器的壽命縮短。變壓器的負(fù)荷超過(guò)額定容量運(yùn)行時(shí)，將產(chǎn)生以下不良效應(yīng)：配電變壓器：<2.5MVA中型電力變壓器：2.5-100MVA大型電力變壓器：>100MVA只需考慮熱點(diǎn)溫度和熱老化漏磁通的影響很大，故障后果很嚴(yán)重漏磁通的影響不是關(guān)鍵，但必須考慮冷卻方式的不同不同容量變壓器，過(guò)負(fù)荷的效應(yīng)不同繞組、線夾、引線、絕緣部分及油溫將會(huì)升高；變壓器的負(fù)荷超過(guò)額二、負(fù)荷超過(guò)額定容量運(yùn)行時(shí)的溫度和電流的限值變壓器的負(fù)荷超過(guò)額定容量運(yùn)行時(shí)，將產(chǎn)生不良效應(yīng)，此時(shí)要求其電流和有關(guān)部分的溫度不超過(guò)表10-1的規(guī)定。變壓器的正常過(guò)負(fù)荷能力是以不犧牲變壓器的正常預(yù)期壽命為原則而制定的，而壽命決定于繞組的熱點(diǎn)溫度θ。變壓器在運(yùn)行時(shí)，θ受環(huán)境溫度和負(fù)荷波動(dòng)的影響。在運(yùn)行過(guò)程中，在時(shí)間間隔T內(nèi)變壓器所損耗的壽命與繞組熱點(diǎn)溫度θ呈指數(shù)上升關(guān)系，θ越高上升越快。高溫時(shí)絕緣老化的加速遠(yuǎn)大于低溫時(shí)絕緣老化的延緩。所以，不能用一個(gè)平均溫度來(lái)表示溫度變化對(duì)絕緣老化的影響。對(duì)負(fù)荷而言，根據(jù)等值老化原則，只要使過(guò)負(fù)荷期間多損耗的壽命與欠負(fù)荷期間少損耗的壽命相補(bǔ)償，就可以得到正常預(yù)期壽命。為簡(jiǎn)便起見(jiàn)，在考慮環(huán)境溫度和負(fù)荷變化對(duì)繞組熱點(diǎn)溫度的影響時(shí)，通常用等值空氣溫度代替實(shí)際空氣溫度，用等值負(fù)荷曲線代替實(shí)際負(fù)荷曲線。二、負(fù)荷超過(guò)額定容量運(yùn)行時(shí)的溫度和電流的限值變壓器的負(fù)荷超負(fù)荷類型配電變壓器中型電力變壓器大型電力變壓器通過(guò)周期性負(fù)荷電流（標(biāo)么值）熱點(diǎn)溫度及絕緣材料接觸的金屬部件的溫度頂層油溫1.51401051.51401051.3120105長(zhǎng)期急救周期性負(fù)荷電流（標(biāo)么值）熱點(diǎn)溫度及絕緣材料接觸的金屬部件的溫度頂層油溫1.81501151.51401151.3130115短時(shí)急救周期性負(fù)荷電流（標(biāo)么值）熱點(diǎn)溫度及絕緣材料接觸的金屬部件的溫度頂層油溫2.0－－1.81601151.5160115負(fù)荷類型配電變壓器中型電力變壓器大型電力變壓器通過(guò)周期性負(fù)荷三、等值空氣溫度

等值空氣溫度δeq：指某一空氣溫度，如果在一定時(shí)間間隔內(nèi)維持此溫度和變壓器所帶負(fù)荷不變，變壓器所遭受的絕緣老化等于空氣溫度自然變化和同樣負(fù)荷下的絕緣老化。τ——繞組熱點(diǎn)對(duì)環(huán)境的溫升，負(fù)荷恒定時(shí)為一常數(shù)?；?jiǎn)得兩邊取對(duì)數(shù)得三、等值空氣溫度等值空氣溫度δeq：指某一空氣溫度，如果空氣溫度的日或年的自然變化近似地認(rèn)為是零軸被抬高的正弦曲線（例如季節(jié)的影響，冬、夏季空氣溫度出現(xiàn)峰值，春、秋季溫度適中），即式中δav——時(shí)間間隔T內(nèi)空氣的平均溫度；Δδ——時(shí)間間隔T內(nèi)空氣溫度的變化范圍，即最高溫度和最低溫度之差。代入可以計(jì)算出空氣溫度的日或年的自然變化近似地認(rèn)為是零軸被抬高的正弦曲線（NorthChinaElectricPowerUniversity空氣的日或年自然變化曲線可近似為正弦曲線則在時(shí)間間隔T內(nèi)空氣的平均溫度在該時(shí)間間隔內(nèi)空氣溫度的變化范圍，即最高溫度和最低溫度之差溫度差結(jié)論：等值空氣溫度不同于平均溫度，比平均溫度大，且永遠(yuǎn)是正值。氣溫變化范圍越大，就越大。NorthChinaElectricPowerUni1)從上式可以看出，等值空氣溫度高于平均空氣溫度一個(gè)數(shù)值Δ，這是由于高溫時(shí)絕緣老化加速遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于低溫時(shí)絕緣老化延緩的結(jié)果。數(shù)值Δ與氣溫的變化規(guī)律和變化范圍有關(guān)，氣溫變化范圍越大，Δ值越大，且Δ值總為正值。2)我國(guó)廣大地區(qū)的年等值空氣溫度為20℃，則繞組最熱點(diǎn)溫度為：65℃+13℃+20℃=98℃。所以我國(guó)變壓器的額定容量不必根據(jù)氣溫情況加以修正，冬夏壽命損失自然補(bǔ)償，就可以有正常的使用壽命，但在考慮變壓器的過(guò)負(fù)荷能力時(shí)應(yīng)考慮等值空氣溫度的影響。1)從上式可以看出，等值空氣溫度高于平均空氣溫度一個(gè)數(shù)值Δ四、等值負(fù)荷的計(jì)算

實(shí)際負(fù)荷曲線先化為多階段負(fù)荷曲線（如圖10-5所示），再將其歸算為兩段式等值負(fù)荷曲線（虛線）：欠負(fù)荷段曲線和過(guò)負(fù)荷段曲線。

圖10-5多階段負(fù)荷曲線四、等值負(fù)荷的計(jì)算實(shí)際負(fù)荷曲線先化為多階段負(fù)荷曲線（如圖1負(fù)荷曲線等值負(fù)荷：依據(jù)等值發(fā)熱原理，等值負(fù)荷期間，變壓器中所產(chǎn)生的熱量與實(shí)際負(fù)荷運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的熱量等值。欠負(fù)荷段的等值負(fù)荷系數(shù)按下式計(jì)算：I1、I2、…、In——欠負(fù)荷段負(fù)荷電流標(biāo)幺值；t1、t2、…、tn——欠負(fù)荷段的持續(xù)時(shí)間負(fù)荷曲線等值負(fù)荷：依據(jù)等值發(fā)熱原理，等值負(fù)荷期間，變壓器中所五、變壓器的正常過(guò)負(fù)荷變壓器正常運(yùn)行時(shí)，日負(fù)荷曲線的負(fù)荷率大多小于1。根據(jù)等值老化原則，只要使變壓器在過(guò)負(fù)荷期間所多損耗的壽命和在欠負(fù)荷期間所少損耗的壽命能相互補(bǔ)償，則仍可獲得規(guī)定的使用年限。變壓器的正常過(guò)負(fù)荷能力就是以不犧牲其正常壽命為原則而制定的。即在整個(gè)時(shí)間間隔內(nèi)，只要做到變壓器相對(duì)絕緣老化率小于或等于1，且滿足以下條件：（1）過(guò)負(fù)荷期間，繞組最熱點(diǎn)的溫度不得超過(guò)140℃，上層油溫不得超過(guò)95℃；（2）變壓器的最大過(guò)負(fù)荷不得超過(guò)額定負(fù)荷的50%。1.原則：不增加變壓器壽命損失，即平均相對(duì)老化率λ≤1。2.理論依據(jù)：等值老化原則，壽命損失相互補(bǔ)償。3.正常過(guò)負(fù)荷是有計(jì)劃的、主動(dòng)實(shí)施的過(guò)負(fù)荷。五、變壓器的正常過(guò)負(fù)荷變壓器正常運(yùn)行時(shí)，日負(fù)荷曲線的負(fù)荷率在確定過(guò)負(fù)荷值時(shí)，可根據(jù)實(shí)際負(fù)荷曲線和環(huán)境溫度及變壓器的數(shù)據(jù)，計(jì)算出變壓器的平均相對(duì)老化率λ，如果λ≤1，則說(shuō)明過(guò)負(fù)荷在容許范圍內(nèi)，可以按實(shí)際負(fù)荷曲線運(yùn)行。如果λ>1，則不允許過(guò)負(fù)荷運(yùn)行。為了簡(jiǎn)化計(jì)算，實(shí)際運(yùn)行中，常采用查正常過(guò)負(fù)荷曲線的方法確定過(guò)負(fù)荷值。其中日等值空氣溫度為20℃時(shí)的自然油循環(huán)和強(qiáng)迫油循環(huán)變壓器的過(guò)負(fù)荷曲線如圖10-11a和圖10-11b所示。圖中圖中K1和K2分別表示兩段式負(fù)荷曲線中的欠負(fù)荷系數(shù)和過(guò)負(fù)荷倍數(shù)，T為過(guò)負(fù)荷的容許持續(xù)時(shí)間。自然油循環(huán)變壓器的過(guò)負(fù)荷倍數(shù)不能超過(guò)1.5,強(qiáng)迫油循環(huán)變壓器的過(guò)負(fù)荷倍數(shù)不能超過(guò)1.3，也即圖中虛線部分。

利用正常過(guò)負(fù)荷曲線確定過(guò)負(fù)荷倍數(shù)的方法：1）將實(shí)際連續(xù)變化的負(fù)荷曲線化為多段式負(fù)荷曲線。2）按式（10-21）將多段式負(fù)荷曲線歸算為兩段式等值負(fù)荷曲線,計(jì)算出欠負(fù)荷系數(shù)K1。

在確定過(guò)負(fù)荷值時(shí)，可根據(jù)實(shí)際負(fù)荷曲線和環(huán)境溫度及變壓器的數(shù)據(jù)3）根據(jù)K1和過(guò)負(fù)荷時(shí)間T，從圖10-11中過(guò)負(fù)荷曲線上查出過(guò)負(fù)荷倍數(shù)K2。圖10-11正常過(guò)負(fù)荷曲線（日等值空氣溫度+20℃）a)自然油循環(huán)變壓器b)強(qiáng)迫油循環(huán)變壓器3）根據(jù)K1和過(guò)負(fù)荷時(shí)間T，從圖10-11中過(guò)負(fù)荷曲線上查出【例9-3】如果例9-1中變壓器容量為10000kVA，利用過(guò)負(fù)荷曲線，求變壓器歷時(shí)4h的過(guò)負(fù)荷值。解由例9-1圖可知欠負(fù)荷系數(shù)為0.7,過(guò)負(fù)荷時(shí)間為4h，查圖9-6a曲線得過(guò)負(fù)荷倍數(shù)K2=1.29過(guò)負(fù)荷值為1.29×10000kVA=12900kVA【例9-4】某自然油循環(huán)變壓器，當(dāng)?shù)厝盏戎悼諝鉁囟葹?0℃，負(fù)荷曲線如圖9-5所示，求歷時(shí)4h的過(guò)負(fù)荷倍數(shù)。解依等值發(fā)熱得查圖9-6a曲線得過(guò)負(fù)荷倍數(shù)得K2=1.33?！纠?-3】如果例9-1中變壓器容量為10000kVA，利用NorthChinaElectricPowerUniversity變壓器負(fù)荷類型(1)正常周期性負(fù)載:在一個(gè)周期內(nèi),某段時(shí)間內(nèi)環(huán)境溫度較高,或變壓器帶高負(fù)荷運(yùn)行,可由其它時(shí)間內(nèi)環(huán)境溫度較低或較輕的負(fù)荷所補(bǔ)償,整個(gè)周期內(nèi)變壓器的老化率不大于1。(2)長(zhǎng)期急救周期性負(fù)載:由于系統(tǒng)內(nèi)有部分變壓器長(zhǎng)期停運(yùn),使運(yùn)行的變壓器可能在幾周或幾個(gè)月的時(shí)間內(nèi)長(zhǎng)期帶較高負(fù)荷甚至超過(guò)額定電流運(yùn)行,從而導(dǎo)致變壓器加速老化,但變壓器絕緣不能因?yàn)闊崃踊蚪^緣強(qiáng)度下降的原因而發(fā)生擊穿。(3)短期急救負(fù)載:由于系統(tǒng)內(nèi)發(fā)生一個(gè)或多個(gè)事故,造成運(yùn)行變壓器嚴(yán)重地超額定負(fù)載,導(dǎo)線熱點(diǎn)溫度可能達(dá)到危險(xiǎn)的程度,并導(dǎo)致暫時(shí)的絕緣強(qiáng)度下降。從技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較看,系統(tǒng)仍需要短時(shí)采用這種方式。但為避免變壓器發(fā)生故障,短期急救負(fù)載運(yùn)行時(shí)間一般應(yīng)小于0.5h。NorthChinaElectricPowerUni第四節(jié)變壓器的事故過(guò)負(fù)荷系統(tǒng)發(fā)生局部故障或變電所的某臺(tái)變壓器故障被切除，使部分不能切除的負(fù)荷轉(zhuǎn)移到其它變壓器上時(shí)，這些變壓器的負(fù)荷會(huì)超過(guò)正常過(guò)負(fù)荷值很多，稱為事故過(guò)負(fù)荷或短期急救負(fù)載。1.制定原則：在事故情況下，保證不間斷供電、避免停電造成更大的損失是首要任務(wù)，防止變壓器壽命損失加速是次要的，所以，事故過(guò)負(fù)荷是以犧牲變壓器正常使用壽命為代價(jià)的。事故過(guò)負(fù)荷允許值和允許時(shí)間由制造廠規(guī)定。2.具體要求：1)事故過(guò)負(fù)荷時(shí)，λ可能遠(yuǎn)大于1，絕緣老化加速，為了防止嚴(yán)重影響變壓器的使用壽命，事故過(guò)負(fù)荷時(shí)繞組最熱點(diǎn)溫度不得超過(guò)140℃,電流不得超過(guò)額定電流的2倍。2)事故過(guò)負(fù)荷后應(yīng)加強(qiáng)冷卻，盡快轉(zhuǎn)移負(fù)荷或減負(fù)荷，使變壓器盡快回到正常過(guò)負(fù)荷范圍內(nèi)。3)繞組最熱點(diǎn)溫度等于熱點(diǎn)溫升加上環(huán)境溫度，如果繞組最熱點(diǎn)溫度超過(guò)表10-1的數(shù)值，則這種事故過(guò)負(fù)荷是不允許的。第四節(jié)變壓器的事故過(guò)負(fù)荷系統(tǒng)發(fā)生局部故障或變電所的某臺(tái)變表