技術(shù)文章
油浸式變壓器的絕緣結(jié)構(gòu)主要是油紙絕緣,是變壓器油和絕緣紙的組合結(jié)構(gòu),變壓器內(nèi)部的紙絕緣部分如下圖所示,變壓器油充滿(mǎn)各個(gè)間隙。
對(duì)于油浸式變壓器而言,溫度是非常重要的一個(gè)運(yùn)行控制參數(shù)。因?yàn)?,高溫?duì)變壓器油和絕緣紙的老化都有明確且明顯的加速作用。
一、油浸式變壓器設(shè)計(jì)參考的環(huán)境為20攝氏度。在外部冷卻空氣為20攝氏度,變壓器以額定電流運(yùn)行,以某種溫度等級(jí)的絕緣材料發(fā)生熱老化而損壞時(shí),規(guī)定變壓器的壽命一般為20年。
我們常見(jiàn)的油浸變壓器,其絕緣紙為A及絕緣。
A及絕緣的定義:
IEC的定義為在105攝氏度的溫度下,連續(xù)工作7年后,絕緣材料的機(jī)械強(qiáng)度的降低小于50%;IEEE的定義為在110攝氏度的溫度下,連續(xù)工作65000小時(shí)后,絕緣材料的機(jī)械強(qiáng)度的降低小于50%;《電氣絕緣耐熱性分級(jí)》(GB/T 11021-2007)中也有類(lèi)似的規(guī)定,標(biāo)定的耐熱等級(jí)為105攝氏度。
二、對(duì)符合GB1094設(shè)計(jì)的油浸式電力變壓器,在繞組熱點(diǎn)溫度為98攝氏度下相對(duì)熱老化率為1。也就是說(shuō)熱點(diǎn)溫度為98攝氏度時(shí),變壓器的熱老化滿(mǎn)足上述規(guī)定壽命的要求。
98攝氏度是對(duì)非熱改性絕緣紙而言的,對(duì)于熱改性絕緣紙相對(duì)熱老化率為1的溫度為110攝氏度。
三、六度原則。即熱點(diǎn)溫度每降低六度,絕緣紙的老化速度會(huì)降低一半,相應(yīng)的變壓器的絕緣壽命會(huì)增加一倍。因此我們控制變壓器的運(yùn)行溫度,有著重要的意義。
四、變壓器的熱點(diǎn)溫度最好不超過(guò)140攝氏度。雖然在正常周期性負(fù)載和長(zhǎng)期急救負(fù)載的情況下,變壓器熱點(diǎn)溫度都允許超過(guò)98攝氏度,但最好不超過(guò)140攝氏度。因?yàn)槌^(guò)140攝氏度,絕緣紙可能會(huì)產(chǎn)生氣泡,絕緣紙的含水量越高產(chǎn)生氣泡所需的溫度越低,產(chǎn)生的氣泡有可能會(huì)影響變壓器的絕緣,甚至造成事故。
變壓器設(shè)計(jì)壽命,是以熱點(diǎn)溫度(可以近似認(rèn)為是繞組溫度)為98攝氏度為前提的??紤]到銅油溫差(變壓器繞組與變壓器油的溫度差),出現(xiàn)了頂層油溫的限值,認(rèn)為頂層油溫可以代替繞組熱點(diǎn)溫度作為監(jiān)視變壓器運(yùn)行情況的指標(biāo)參數(shù)。自冷風(fēng)冷變壓器,頂層油溫一般不超過(guò)95,強(qiáng)油風(fēng)冷頂層油溫一般不超過(guò)85。之所以強(qiáng)油風(fēng)冷的變壓器頂層油溫限值更低些,我的理解是因?yàn)閺?qiáng)油風(fēng)冷變壓器油流速快,銅油溫差大,所以要求頂層油溫的限值更低些才能保證繞組熱點(diǎn)溫度不超限值。
雖然《變壓器運(yùn)行規(guī)程》中給定了自然循環(huán)的變壓器頂層油溫限值95攝氏度,但也同時(shí)規(guī)定了其頂層油溫一般不宜長(zhǎng)期超過(guò)85攝氏度。主要的原因可能是因?yàn)樽儔浩饔统S玫氖堑V物油,超過(guò)85攝氏度,其老化的速度會(huì)明顯加快。
有一個(gè)觀點(diǎn)在不斷申明。其實(shí)頂層油溫只是一個(gè)很間接的量,繞組(熱點(diǎn))溫度才是真正限制變壓器運(yùn)行的決定因素?;谡J(rèn)為繞組溫度測(cè)量不準(zhǔn)確的理由,運(yùn)行規(guī)范里才提出頂層油溫的監(jiān)視。但頂層油溫是個(gè)間接描述的量,雖然我們可以準(zhǔn)確地測(cè)量到,但這個(gè)量值并不能真正準(zhǔn)確描述變壓器的運(yùn)行狀態(tài)。簡(jiǎn)單的一個(gè)例子,變壓器油的時(shí)間常數(shù)是以小時(shí)論的,繞組的時(shí)間常數(shù)約為幾分鐘。當(dāng)變壓器負(fù)荷激增時(shí)(短期急救負(fù)載),繞組溫度很快就升起來(lái)了,而油溫卻會(huì)慢騰騰的增長(zhǎng)。真有故障,反應(yīng)不了。