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[摘 要]本文针对大型电力变压器工厂过负荷实验及其运行性能进行分析，在研究正常过负荷以及事故过负荷状态的基础之上，对电力变压器过负荷能力进行计算，并通过实例验证了引入变压器实际温升参数展开过负荷计算的可靠性，望能够引起业内人士的重视。
[关键词]电力变压器；过负荷；试验
中图分类号：TS826 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）32-0089-01
对于大型电力变压器而言，实际运行过程中绝缘部件始终承受热老化作用影响，在老化累计过程中可能逐步降低变压器绝缘性。同时，大型电力变压器负载水平持续升高，当负载超过铭牌额定标准后其绕组负载电流将高于额定负载电流，加速变压器固体绝缘老化速度，升高变压器绕组、引线以及线夹部分温度水平。从这一角度上来说，为了确保大型电力变压器的安全稳定运行，必须重视对其过负荷性能的计算，在确保变压器运行安全的基础之上尽可能挖掘变压器过负荷能力的正常水平，以契合电力负荷持续增长的实际需求。
1 电力变压器过负荷运行能力
大型电力变压器绝缘寿命正常情况下为20年～30年，在运行过程中电力系统各类过电流、过电压均需要由变压器承受，同时还会受到长时间运行电压的影响。既往研究中表明：大型电力变压器绝缘性能受损与冷却介质温度、以及负荷状态变化存在密切关联性。当负荷水平较高或冷却介质温度较高的情况下，变压器绝缘温度会呈现出一定的上升趋势，加速绝缘老化，缩短绝缘寿命。尤其在负荷曲线中，高峰时段有可能产生过负荷运行的问题，即一个时间周期内，过负荷状态下绝缘寿命过度损失可以通过其他负荷较低的时间来加以弥补。在正常过负荷状态下，与正常环境温度下所对应额定负载等效，电力变压器运行正常。而当电力系统发生故障时，负荷会发生重新分配的情况，部分电力变压器负荷水平可能超出额定标准，导致负荷水平长时间增长。电力变压器为了能够面向用户终端持续提供电能支持，自身绝缘寿命会有一定时间的加速损耗。换言之，事故过负荷状态下会导致电力变压器绝缘部分正常寿命发生损耗，不能作为变压器的正常过负荷能力。
2 电力变压器过负荷能力计算
2.1 绝缘热点温度
温度变化是导致变压器出现绝缘老化症状的最直接原因。既往实验中表明，绝缘材料老化速度最快的部位位于与固体绝缘材料直接接触的金属部分最热点，该区域的绝缘材料老化速度还会在很大程度上影响变压器绝缘寿命。因此可以将变压器绕组绝缘最热区温度定义为绝缘热点温度，直接对电力变压器过负荷运行能力产生影响。在测定该点温度时，由于探测元件无法直接埋设于绝缘最热点，因此必须通过大量模拟实验的方式，以计算方式估算最热点温升数值。以通过强迫油循环方式冷却的变压器而言，最热点温度可通过如下方式进行计算：
最热点温度=冷却介质环境温度+温升实验实测顶部油温升[（1+变压器负载损耗·变压器空载损耗？）/（1+变压器空载损耗）]+热点系数（温升实验实测绕组平均温升-温升实验实测油平均温升）变压器负载损耗？；
在温度上升过程中，变压器线圈电阻以及油黏度水平都会发生一定的改变。对于经强迫油循环冷却的大型电力变压器而言，温度会直接影响油流速度，对导线电阻所产生变化有一定的抵消作用。同时还必须考虑导线电阻所受影响，故需对热点温度计算方式进行校正，校正后算式如下：
校正后热点温度=最热点温度理论算式+0.15（最热点温度理论算式-额定条件下热点温度）；
2.2 绝缘热老化率
电力变压器绕组最热点温度影响绝缘材料老化速率。根据现行设计标准，大型电力变压器在正常环境温度以及额定负载状态下，最热点温度基准取值为98.0℃，当环境温度保持20.0℃恒定的情况下，额定绕组温升65K，绕组最热点与平均温度差值为13K，此时即对应为最热点温度基准值。满足上述条件时，电力变压器相对老化率为1.0，绝缘有效使用寿命为20年～30年。在最热点温度升高6.0℃的情况下，寿命损失上升100.0%；在最热点温度下降6.0℃的情况下，寿命损失下降50.0%。
3 实例分析
以某500kV变压器为例，主变压器为250.0MVA容量单相变压器，基于强迫油循环导向冷却，出厂数据显示该变压器空载状态下损耗参数为57.8kW，负载状态下损耗参数为384.2kW，额定状态下顶层油温升为37.8K，油平均温升为33.9K，线圈平均温升为56.1k。上述参数条件下，以20.0℃环境温度为前提，额定负荷状态下该变压器绝缘热点温度值为86.7℃。需要特别注意的一点是，由于该大型变压器的冷却方式特殊，因此在对线圈熱点温度进行计算时必须同时考虑因增加绕组电阻而增加的损耗以及热点温度问题。根据现行标准规范，正常过负荷状态下变压器最大允许电流参数为1.3*额定电流，故该变压器正常过负荷能力计算结果可如下表（见表1）所示。
在环境温度设置为40.0℃，同时变压器运行起始状态下负荷水平为0.8的情况下，允许事故过负荷运行时间如下表（见表2）所示。现行规范中明确规定“变压器绕组电流应低于1.5*额定电流，以满足事故过负荷电流限制要求”，因此在变压器事故过负荷状态下，以1.5*过负荷数为标准进行计算。
上述两种方法下对比计算结果可见：环境温度以及起始负荷恒定的情况下，以该大型变压器实际温升实验数据计算所得正常过负荷能力在《负载导则》基础之上有一定提高，但基本曲线变化一致。如在1.1*额定负荷状态下，根据该天涯器实际参数计算所得运行时间为433.0min，《负载导则》曲线中运行时间为360.0min，提高20.0%左右。若按照现行标准中的变压器典型参数进行计算，则与实际情况不符合。根据表1～表2中相关数据分析可见。以变压器实际参数为依据进行计算，结果不但能够确保电力变压器运行安全与稳定性，还能够充分释放变压器裕度，最大限度的挖掘大型电力变压器实际过负荷能力，以契合实际需求。而在事故过负荷状态下，按照140.0℃热点温度计算允许运行时间，计算结果与厂商所给出事故过负荷能力基本一致，证实其可靠性。
4 结束语
以上分析中围绕大型电力变压器工厂过负荷试验问题进行分析与探讨，根据上述分析得出如下结论：（1）大型电力变压器运行期间，根据《负载导则》中有关典型过负荷运行曲线进行分析不恰当。为更加真实的反应大型电力变压器实际过负荷水平，可尝试引入变压器实际温升参数展开计算；（2）在大型电力变压器事故过负荷计算中，若不考虑短时高温对绝缘性能所产生损伤时可按照国际标准取140.0℃允许下限值。在正常、事故过负荷状态下，实际负荷分别应当控制在额定负荷的30%以及50%水平内。
参考文献
[1] 杨玉彬.油浸变压器正常过负荷能力[J].中国科技信息，2005，（12）：182，197.
[关键词]电力变压器；过负荷；试验
中图分类号：TS826 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）32-0089-01
对于大型电力变压器而言，实际运行过程中绝缘部件始终承受热老化作用影响，在老化累计过程中可能逐步降低变压器绝缘性。同时，大型电力变压器负载水平持续升高，当负载超过铭牌额定标准后其绕组负载电流将高于额定负载电流，加速变压器固体绝缘老化速度，升高变压器绕组、引线以及线夹部分温度水平。从这一角度上来说，为了确保大型电力变压器的安全稳定运行，必须重视对其过负荷性能的计算，在确保变压器运行安全的基础之上尽可能挖掘变压器过负荷能力的正常水平，以契合电力负荷持续增长的实际需求。
1 电力变压器过负荷运行能力
大型电力变压器绝缘寿命正常情况下为20年～30年，在运行过程中电力系统各类过电流、过电压均需要由变压器承受，同时还会受到长时间运行电压的影响。既往研究中表明：大型电力变压器绝缘性能受损与冷却介质温度、以及负荷状态变化存在密切关联性。当负荷水平较高或冷却介质温度较高的情况下，变压器绝缘温度会呈现出一定的上升趋势，加速绝缘老化，缩短绝缘寿命。尤其在负荷曲线中，高峰时段有可能产生过负荷运行的问题，即一个时间周期内，过负荷状态下绝缘寿命过度损失可以通过其他负荷较低的时间来加以弥补。在正常过负荷状态下，与正常环境温度下所对应额定负载等效，电力变压器运行正常。而当电力系统发生故障时，负荷会发生重新分配的情况，部分电力变压器负荷水平可能超出额定标准，导致负荷水平长时间增长。电力变压器为了能够面向用户终端持续提供电能支持，自身绝缘寿命会有一定时间的加速损耗。换言之，事故过负荷状态下会导致电力变压器绝缘部分正常寿命发生损耗，不能作为变压器的正常过负荷能力。
2 电力变压器过负荷能力计算
2.1 绝缘热点温度
温度变化是导致变压器出现绝缘老化症状的最直接原因。既往实验中表明，绝缘材料老化速度最快的部位位于与固体绝缘材料直接接触的金属部分最热点，该区域的绝缘材料老化速度还会在很大程度上影响变压器绝缘寿命。因此可以将变压器绕组绝缘最热区温度定义为绝缘热点温度，直接对电力变压器过负荷运行能力产生影响。在测定该点温度时，由于探测元件无法直接埋设于绝缘最热点，因此必须通过大量模拟实验的方式，以计算方式估算最热点温升数值。以通过强迫油循环方式冷却的变压器而言，最热点温度可通过如下方式进行计算：
最热点温度=冷却介质环境温度+温升实验实测顶部油温升[（1+变压器负载损耗·变压器空载损耗？）/（1+变压器空载损耗）]+热点系数（温升实验实测绕组平均温升-温升实验实测油平均温升）变压器负载损耗？；
在温度上升过程中，变压器线圈电阻以及油黏度水平都会发生一定的改变。对于经强迫油循环冷却的大型电力变压器而言，温度会直接影响油流速度，对导线电阻所产生变化有一定的抵消作用。同时还必须考虑导线电阻所受影响，故需对热点温度计算方式进行校正，校正后算式如下：
校正后热点温度=最热点温度理论算式+0.15（最热点温度理论算式-额定条件下热点温度）；
2.2 绝缘热老化率
电力变压器绕组最热点温度影响绝缘材料老化速率。根据现行设计标准，大型电力变压器在正常环境温度以及额定负载状态下，最热点温度基准取值为98.0℃，当环境温度保持20.0℃恒定的情况下，额定绕组温升65K，绕组最热点与平均温度差值为13K，此时即对应为最热点温度基准值。满足上述条件时，电力变压器相对老化率为1.0，绝缘有效使用寿命为20年～30年。在最热点温度升高6.0℃的情况下，寿命损失上升100.0%；在最热点温度下降6.0℃的情况下，寿命损失下降50.0%。
3 实例分析
以某500kV变压器为例，主变压器为250.0MVA容量单相变压器，基于强迫油循环导向冷却，出厂数据显示该变压器空载状态下损耗参数为57.8kW，负载状态下损耗参数为384.2kW，额定状态下顶层油温升为37.8K，油平均温升为33.9K，线圈平均温升为56.1k。上述参数条件下，以20.0℃环境温度为前提，额定负荷状态下该变压器绝缘热点温度值为86.7℃。需要特别注意的一点是，由于该大型变压器的冷却方式特殊，因此在对线圈熱点温度进行计算时必须同时考虑因增加绕组电阻而增加的损耗以及热点温度问题。根据现行标准规范，正常过负荷状态下变压器最大允许电流参数为1.3*额定电流，故该变压器正常过负荷能力计算结果可如下表（见表1）所示。
在环境温度设置为40.0℃，同时变压器运行起始状态下负荷水平为0.8的情况下，允许事故过负荷运行时间如下表（见表2）所示。现行规范中明确规定“变压器绕组电流应低于1.5*额定电流，以满足事故过负荷电流限制要求”，因此在变压器事故过负荷状态下，以1.5*过负荷数为标准进行计算。
上述两种方法下对比计算结果可见：环境温度以及起始负荷恒定的情况下，以该大型变压器实际温升实验数据计算所得正常过负荷能力在《负载导则》基础之上有一定提高，但基本曲线变化一致。如在1.1*额定负荷状态下，根据该天涯器实际参数计算所得运行时间为433.0min，《负载导则》曲线中运行时间为360.0min，提高20.0%左右。若按照现行标准中的变压器典型参数进行计算，则与实际情况不符合。根据表1～表2中相关数据分析可见。以变压器实际参数为依据进行计算，结果不但能够确保电力变压器运行安全与稳定性，还能够充分释放变压器裕度，最大限度的挖掘大型电力变压器实际过负荷能力，以契合实际需求。而在事故过负荷状态下，按照140.0℃热点温度计算允许运行时间，计算结果与厂商所给出事故过负荷能力基本一致，证实其可靠性。
4 结束语
以上分析中围绕大型电力变压器工厂过负荷试验问题进行分析与探讨，根据上述分析得出如下结论：（1）大型电力变压器运行期间，根据《负载导则》中有关典型过负荷运行曲线进行分析不恰当。为更加真实的反应大型电力变压器实际过负荷水平，可尝试引入变压器实际温升参数展开计算；（2）在大型电力变压器事故过负荷计算中，若不考虑短时高温对绝缘性能所产生损伤时可按照国际标准取140.0℃允许下限值。在正常、事故过负荷状态下，实际负荷分别应当控制在额定负荷的30%以及50%水平内。
参考文献
[1] 杨玉彬.油浸变压器正常过负荷能力[J].中国科技信息，2005，（12）：182，197.