高过载配变负载试验研究

高过载配变负载试验研究

温伟峰

温伟峰

（广东康德威电气股份有限公司广东东莞523445）

摘要：此研究基于设计相同的两台电压等级10kV、容量为100kVA高过载配电变压器，分别填充和高过载矿物油大豆基植物油，对每台变压器分别按国网和南网的高过载配变温升负载电流曲线进行负载试验，并在不同的曲线节点测试热电阻并推算绕组热点。通过试验结果对比，分析了高过载变压器特点及绝缘油和负载电流曲线对温升结果的影响。并讨论对植物油绝缘系统的温升特性极其对设计优化的意义。

关键词：高过载配变；大豆基植物绝缘油；高过载矿物油；高过载负载电流曲线；负载试验；

Loadabilitystudyofhighoverloadcapacitydistributiontransformer

WENWeifeng

（DongguanKangDeWeiTransformerCo，.Ltd.GuangdongDongguan523445，China）

Abstract：Theresearchwasbasedon2unitsof10kV100kVAhighoverloadcapacitydistributiontransformersofthesamedesign，filledwithmineraloilandsoybean-basednaturalesterinsulatingoil，respectively.EachtransformerwastestedaccordingtotheloadedcurrentcurvesofSGCCandCSG.Transformerhotspotwascalculatedatdifferentloading.Theimpactsontemperaturerisesfromdifferenttestingcurvesanddifferentinsulatingliquidswereanalyzedbasedonthetestresult.FeatureofhighoverloadcapacityDTandtheadvantagesondesignoptimizationfromextrathermalcapacityofnaturalesterwerealsodiscussed.

Keyword：Highoverloadcapacitydistributiontransformer，Soybeanbasedvegetableinsulatingoil，highoverloadmineraloil，testingcurves

1.引言

中国农村电网和城中村电网有着显著的特点。农网有负荷分散、季节性强、平均负荷率低、谷差大的特点，且从近几年的运行情况分析，农村电网在特殊时期（如春节、农忙时）负荷长迅猛，各地区农配网变压器（以下简称配变）重过载问题非常突出，对设备安全稳定运行和可靠供电造成了严重的影响[1－2].大城市城中村电网也存在这夏季负荷陡增，容量不足扩容空间受限，变压器安装于人员密集区域防火安全隐患大等现象。

2014年国网推出的农网高过载配电变压器是一种有效的解决方法[3]。2016年南方电网重点科技项目也对高过载配变进行了研究，并使用了FR3天然酯绝缘油配合耐高温绝缘纸，研究中变压器配置了光纤测温，热场分析和实测值结果接近，对植物油高过载配变设计有一定指导意义[4]。

2.国网和南网的高过载配变负载试验曲线

国网[3]和南网[5]对高过载配变的过载温升试验施加电流具体要求不同，具体见图1和图2

3.变压器和绝缘油基本信息

4.负载试验方法介绍

1.0倍额定电流温升试验按标准规定方法[10]。额定容量温升稳定后，按照过载曲线施加电流。对于国网过载曲线在1.5倍额定电流3h，1.75倍额定电流1.5h，2.0倍额定电流1h运行后，拆线测直流电阻推算绕组平均温度。中间操作时间尽量缩短约20分钟，然后重新接线施加2.0倍额定电流，待油面温度与拆线前相同时，施加1.75倍额定电流1.5h，最后施加1.5倍额定电流3h，拆线测量直流电阻计算绕组平均温度。对于南网过载曲线，在1.5倍额定电流运行6小时后，拆线测量直流电阻计算绕组平均温度，中间操作时间尽量缩短约20分钟，然后重新接线施加1.5倍额定电流，待油面温度与拆线前相同时重新接线施加1.75倍额定电流3h和2.0倍额定电流1小时，拆线测量直流电阻计算绕组平均温度。

根据配变顶层油温和绕组平均温度推算出绕组的热点温度方法如下：

（1）GB1094.2-2013《电力变压器第2部分：液浸式变压器的温升》规定，绕组热点温度推算公式为：，式中：表示绕组热点温升；表示顶层油温温升；表示热点系数；表示绕组平均温升和油平均温升之差。

（2）GB1094.7-2008《电力变压器第7部分：油浸式电力变压器负载导则》规定：对短路阻抗小于8%的标准配电变压器，热点系数取1.1。

（3）GB1094.2-2013《电力变压器第2部分：液浸式变压器的温升》规定：对于2500kVA以下，具有波纹箱壁ONAN型变压器其高于环境温度的液体平均温升可取顶层液体温升的80%，即有：式中：为绕组平均温升，顶层油温升。

5.试验结果

5.1温升结果

5.2油的热时间常数较绕组大，此效果会随变压器油量增大而放大。测电阻时刻油温没有到达最高点，因此铜油温差比实际值大，将导致计算的热点较高。按照GB1094.7推算热点，以国网过载曲线2.0倍额定电流完成时为例，推算热点温升为71.3K，热点温升＝电源断开瞬间的温度+在额定电流下1h试验期间的顶层液体温度的降低值-施加总损耗结束时的外部冷却介质温度。即：热点温升：94.4+1.25-24.35＝71.3K。这说明配变油量较小，热时间常数的影响不明显

6.结果讨论：

A.额定容量下，温升结果显示变压器填充植物油比填充矿物油顶油高1.4K，绕组平均高约7K.这主要是由于植物油黏度更大引起的。

B.国网曲线2.0倍额定电流完成时的温升是整个过程最高的，比完整电流曲线做完时油面温升高13K，绕组温升高约20K，热点温升高约30K。而且，完整曲线做完后，变压器的温升值满足常规非过载变压器的要求，可见，100kVA高过载配变的实际散热能力至少为150kVA。

C.南网曲线最后一个阶段2.0倍电流结束后，温升结果和国网曲线2.0倍电流结束后的近似。可见，对配变而言，国网和南网的高过载配变温升试验电流曲线都可以进行优化，即只截取国网曲线2.0倍电流（含）的前半段。这样在充分考核了高过载变压器温升性能的前提下节省了将近一半试验时间。

6.1探讨高过载采用植物油的温升限值

众所周知，相比矿物油，植物油高燃点高闪点使其有矿物油无可比拟的防火安全性和耐高温的特性，采用植物油填充可以充分展现耐高温变压器的优势，例如IEC60076－14.2013的表4中，对于绝缘耐热等级155（F级）耐高温变压器，其长期运行的油面温升为90K，绕组平均温升为105K，热点温升125K；IEC60076－14.2013表6中，对于采用植物油的变压器过载温度也作出了规定，对于绝缘耐热等级155（F级）耐高温变压器，汇总如下，

对比IEC标准和电网要求的按高过载温升试验限值（对F级，顶油100K，绕组平均100K，绕组热点110K）可知，如果高过载配变填充高燃点天然酯植物绝缘油，仍采用现有温升限值就显得不合理了，温升限值是可以提升的。比较电网过载曲线和变压器负载导则的定义，我们可以认为植物油高过载配变的温升限值相比矿物油可提升至少20K，推荐如下表，

植物油高过载配变温升限值B级绝缘F级绝缘

7.结论

该测试基于设计和结构相同的两台高过载配变，比较了相同条件下变压器填充植物油和矿物油的温升试验结果，并且比较了变压器按照国网和南网过载曲线完成过载温升试验后的温升结果，结合变压器试验后的介损、绝缘电阻、溶解气体含量等，探讨了不同绝缘油和不同过载曲线对变压器温升试验的影响。特别的，对于电网将大力发展的基于绿色材料的填充植物油的高过载配变，探讨了其耐温特性和温升限值合理性及其对经济性的影响，并给出了建议的限值。

植物油绿色环保（易降解、无毒）、难燃（大豆基植物绝缘油燃点360℃）、过载能力强[11]的特点使其成为矿物油的良好替代品。植物油和矿物油可以任意比例完全互溶，矿物油混油比重不大于7%时，绝缘液还属于K级难燃液体[12]。在农网、城中村电网升级和老旧变压器换油改造再生，以及环保和防火敏感区域[13]有着良好的应用前景。

鉴于本次试验只是针对同一设计的两台产品，所以上述试验结果也可能有一定的局限性，今后将通过更多的试验对结果进行验证。

参考文献：

[1]杨斌文，宋进．农村配电变压器运行中存在的问题及解决的办法〔J〕．变压器，2005，42（9）：i0001-i0002．

[2]周恒逸，毛柳明，齐飞，等.新型农网高过载能力配变应用及经济运行性能〔J〕.湖南电力，

[3]“国家电网公司企业标准Q/GDW11190-2014-农网高过载能力配电变压器备技术导则”国家电网公司2014年6月20日

[4]徐晓刚，何韫雯，李鑫，等.采用植物油浸渍耐高温纸的配电变压器过载能力[J]，电网技术，2018年3月，42（3），1001－1006

[5]“10kV高过载能力油浸式配电变压器备技术规范书（试行）”通用部分，版本号：2015版V1.0中国南方电网公司2015年11月

[6]“IECPowertransformers–Part14：Liquid-immersedpowertransformersusinghigh-temperatureinsulationmaterials”，IEC60076-14，Ed1.0September2013

[7]“IEEEStandardforthedesign，testingandapplicationofliquid-immerseddistribution，powerandregulatingtransformersusinghigh-temperatureinsulationsystemsandoperatingatelevatedtemperatures”，IEEEStdC57.154-2012，InstituteofElectricalandElectronicsEngineers，Inc.，Oct.30，2012，NewYork，USA

[8]GBZ1094.14-2011电力变压器第14部分：采用高温绝缘材料的液浸式变压器的设计和应用

[9]GBT1094.7-2008GB1094.7-2008电力变压器第7部分：油浸式电力变压器负载导则

[10]GB1094.2-2013电力变压器第2部分：液浸式变压器的温升

[11]项阳.浅谈植物绝缘油变压器〔J〕.变压器.2014，51（12）：23-27

[12]CIGREWorkingGroupA2.35，“NewExperienceinServicewithNewInsulatingLiquids”，BrochureNo：436，ISBN：978-2-85873-124-4，2010.

[13]“中国南方电网有限责任公司企业标准Q/CSG1203004.3-2017-20kV及以下电网装备技术导则”中国南方电网有限责任公司2017年1月1日