大工13春发电厂电气部分辅导资料十六
大工13春发电厂电气部分辅导资料十六主 题：第九章电力变压器的运行（第1-2节）
学习时间：2013年7月15日—7月21日
内 容：
第九章电力变压器的运行
这周我们将学习第九章中的第1-2节，这部分主要介绍变压器的发热和冷却以及变压器的绝缘老化 。
第一节 变压器的发热和冷却
9.1.1 发热和冷却过程及冷却方式标志
发热和冷却过程
油浸自冷式变压器的温度分布：
沿变压器横截面的温度分布
沿变压器高度的温度分布
由上两图可知沿变压器横截面的温度分布很不均匀。铁芯、高压绕组、低压绕组所产生的热量都传给油，它们的发热互不关联，只与本身损耗有关。
绕组上端部温度最高，最热点在高度方向的70%-75%处。
大容量变压器，需要采用强迫油循环风冷(水冷)、导向冷却方式。
（2）冷却方式标志
第一字母表示与绕组接触的内部冷却介质
第二字母表示内部冷却介质的循环方式
第三字母表示外部冷却介质
第四字母表示外部冷却介质的循环方式
9.1.2稳态温升的计算
（1）温升分布模型
分布不均：
绕组和油的最大温升：最热处的温度。
绕组和油的平均温升：整个绕组或者全部油的平均温升。
（2）额定温升
国家标准，额定使用条件：最高气温+40度，最高月平均气温+30度，最高年平均气温+20度；最低气温-25度
变压器在环境温度为20℃下带额定负荷长期运行，绕组热点温度为98℃，变压器的正常寿命约为20－30年。
自然油循环和强迫油循环变压器，绕组最热点的温度大约比平均温度约高13℃；导向强迫油循环变压器，约高8℃
第二节 变压器的绝缘老化
9.2.1变压器的热老化定律
（1）绝缘老化现象
机械强度：绝缘承受机械荷载的本领
电气强度：绝缘抵抗电击穿的本领
绝缘老化：变压器在长期运行中，由于受到大气条件和其他物理化学作用的影响，其绝缘材料的机械强度和电气强度逐渐衰退的现象
变压器大多使用油浸电缆纸，在长期运行中由于受到大气条件和其他物理化学作用的影响，使绝缘材料的机械 电气性能衰减，逐渐失去其初期所具有的性质，产生绝缘老化。
在材料的纤维组织还未失去机械强度的时候，电气强度是不会降低的，甚至材料完全失去弹性时，只要没有机械损伤，其电器强度仍相当高。而已经老化的绝缘材料，显得十分干燥脆弱，在电磁振动和电磁力的作用下，极易损坏。
判断绝缘材料得老化程度，不能单由电气强度出发，主要应由其机械强度的降低情况来决定。一般认为，变压器绝缘得机械强度降低至15％－20%时，变压器得预期寿命即终止。工程上通常用相对预期寿命和老化率来表示变压器的老化程度。
变压器的绝缘老化，主要由于温度、湿度、氧气和油中的劣化产物所引起的化学反应，高温是促成老化的直接原因。运行中绝缘的工作温度越高，氧化反应进行的越快，绝缘老化也越快。因此，相对预期寿命和老化率都牵涉到绕组热点温度。标准变压器在额定负荷和正常环境温度下，热点温度的正常基准值为98℃，此时变压器能获得正常预期寿命20－30％年，此时变压器的老化率为1。研究表明，绕组温度每增加6℃，老化加倍，预期寿命缩短一半，此为绝缘老化的“6℃规则”。变压器运行时，如维持变压器绕组热点的温度在98℃，可以获得正常寿命。
实际上，绕组温度受气温和负荷波动的影响，变动范围很大，故我国标准规定，油侵电缆纸绝缘绕组温升为65℃，最高环境温度为＋40℃。此时绕组热点的温度是105℃，在此情况下不限制变压器的负荷。实际上此时的老化率有2倍多，之所以这样规定，是考虑到变压器在想当一部分时间内，绕组温度低于98℃。只要使变压器在温度较高的时间内所多损耗的寿命，与变压器在温度较低的时间内所少损耗的寿命相互补偿，变压器的寿命就可以和恒温98℃运行时得寿命等值，此谓“等值老化原则”。
变压器得正常过负荷能力，就是以不牺牲变压器的正常寿命为原则制定的。在一年内，变压器周围冷却介质的温度随着季节、气温的变化而变化。在冬季时，变压器的散热条件较好，所以变压器的温度也较低。在不损坏变压器的绕组绝缘和不减少变压器使用寿命的前提下，变压器可以在高峰及冬季时过负荷运行，但变压器温升不能超过规定数值。
等值老化原则：
变压器运行时，如果维持绕组热点温度为98℃，可以获得正常预期寿命。但是，实际上绕组热点温度受到气温θ0和负荷K波动的影响，变动范围大，即绕组热点温度是一个随时间变化的量θht,为此，在一定时间间隔T内，如果部分时间内绕组热点温度低于98℃，而另一部分时间内允许绕组热点温度高于98℃，只要变压器在高于98℃时多损耗的寿命得到低于98℃时少损耗的寿命的完全补偿，则变压器的预期寿命可以和维持绕组热点温度为98℃时等值，此即等值老化原则。换言之，等值老化原则就是：使变压器在一定时间间隔T内，绝缘老化或损耗的寿命与维持绕组热点温度为98℃时等值。根据老化率概念，当θht随时间变化时：
显然，如果V>1，变压器的老化大于正常老化，预期寿命缩短；如果V<1，变压器的老化小于正常老化，变压器的负荷能力未得到充分利用。因此，在一定时间间隔内，维持变压器的老化率V接近于1，是制订变压器负荷能力的主要依据。
习题：
(一) 填空题
1、判断绝缘材料得老化程度，不能单由电气强度出发，主要应由其______________的降低情况来决定。
答案：机械强度
2、在一定时间间隔内，维持变压器的老化率V接近于______________，是制订变压器负荷能力的主要依据。
答案：1
（二）简答题
1、绝缘老化现象有哪些？
答案：
1.机械强度：绝缘承受机械荷载的本领
2.电气强度：绝缘抵抗电击穿的本领
3.绝缘老化：变压器在长期运行中，由于受到大气条件和其他物理化学作用的影响，其绝缘材料的机械强度和电气强度逐渐衰退的现象。
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