高过载变压器结构设计要点及思路详解（农网配电）

　　本文首先介绍了高过载能力配电变压器性能参数要求，其次阐述了高过载变压器的结构设计要点及思路，最后介绍了全寿命周期计算与分析及经济效果分析，具体的跟随小编一起来了解一下吧。

　　一、前言

　　农网配电变压器虽然全华绝大部分时间处于轻载运行状态，作平均负载率偏低，但爆发性负尚较强，如春节、农忙等时期农村用电负荷急剧增长，我国部分地区配电变压器短时段严重过载运行、导致停电、配电变压器烧毁等业重非故的频繁发生。

　　解决配电变压器过载运行问题的方法有几种，单纯增加配电变压器的容量是最直观的一种。但这样既造成电网投资成本的大幅提高。义会增加配电变压器的空载损耗，使得地网运行效益显著降低。采用可调容变压器虽然能使总体运行损耗降低，但投资成本大幅增加是个硬伤。而采用一种在一定时间内具有较强过负载运行能力的配电变压器，是经济高效地解决这一难题的理想力案。

　　2013年初，国家电网公司就开始亚项开发适合农村地区使用的高过载能力配电变压器。经过一年半变压器厂家和电力运行部门以及试验部门的努力、产品方案已定型并制定了相关标准Q/GDW11190）-2014《农网高过载能力配电变压器技术导则》。

　　在高过载变低器的开发过程中。过载能力的界定、产品设计、成本控制和变压器全寿命周期计算是其中的关键技术工作。

　　二、性能参数要求

　　国家电网公司企业标准Q/GDW11190-2014对高过载能力配电变压器的定义是“满足本标准规定的过载曲线、且不影响配电变压器正常使排寿命“。而该标准指出，目前我国农网中比较典型的过载情沉如下。

　　在正常温升试验要求的基础上，满足1.5倍额定容量6h（负荷上：升利下降阶段各3h）、1.75倍额定容量3h（负荷上升和下降阶段各1.5h）.2.0倍额定容鬱Ih阶段性连续运行、且不影响变用器正常使用寿命;高过载变压器温升应满足绝缘等级限制值。温升试验施加电流过程曲线见图1。而产品的损耗值和温升限值经过多方的论证，最后统一到如Q！CDW11190-2014的规定中。

　　三、设计要点及思路

　　

　　1、高过载变压器绝缘等级及绝缘材料的选择

　　此项目产品技术要求的核心问题是满足Q/GDWI1190-2014要求的过负载能力要求。如何定量地满足过载要求是国内外变压器行业探索和争论多年的话题。在国内，参考IECTS60076-14修订的标准文件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》是最有直接指导意义的文件，按该标准指导，选取固体B级绝缘的半混合局部混合方案，为了保险起见，把所有绕组内部带电部分看作是可能过热的部分，依据标准，变压器绕组导线接触的固体绝缘采州耐温130%的材料，其他常温或低温下工作的固体绝缘材料采用常规固休绝缘，液体绝缘采用普通矿物油作为绝缘、冷却介质。在选材方面，层绝缘是较为不容易的，因为市场上没有成熟的，也就是经得起试验论证和时间考验的130C油浸绝缘材料，本文中所述的农网高过载配电变乐器最后选用的材料就耐温130C的NOMEX910绝缘材料。

　　2、设计思路

　　总的来说，本文中所述的高过载能力配电变乐器技术是优化配变结构。通过增加变压器高、低压绕组油道数量（即增加绕组散热面积），降低绕组对油的温升，防止变压器过载后绕组局部过热;增加油箱的散热面积，降低变压器顶层油对外部空气的温升;通过选用耐高温绝缘材料，提高相关元件和绝缘部件的耐热性能等，增强配电变压器耐高温能力。达到提高配电变压器过载能力的设计方法。

　　1）过负荷温升理论计算

　　根据GB/T1094.7《油浸式电力变压器负载导则》中相应绕组热点计算公式有：

　　

　　

　　从表1中可以看出，其顶层油温《115C，绕组热点温度《140C，符合短期急救负载的相关规定及限值要求。

　　2）高过载变压器结构设计要点

　　（1）绝缘温控技术：绕组及器身绝缘材料按其不同部位的温度选用不同的绝缘材料，控制绕组热点温度。

　　（2）过载温控技术：过载状态下与额定负倘运行时的温度分布是不同的，合理计算控制过负荷状态下变压器各部位的温升。

　　（3）密封温控技术：挖制液体、油箱等随温度变化引起的热膨胀、变形和强度等影响，辅以优质密封件，以保证变压器在其允许的温度范围内正常运行。

　　（4）组件温控技术：组件按其所在位置的温度，选用相应等级的绝缘材料。

　　（5）短路温控技术：变压器发生故障短路时。绕组内流过的短路电流值很大，但时间很短。，考虑多次短路重合闹状态下的热的积累和散热效应进行计算。

　　3、全寿命周期计算与分析

　　以高过载S13-M（B）-100/10GZ设计为例、按以上设计理念及思路，将高过载l00kVA变压器进行寿命计算分析，具体数据如表2所示。

　　

　　根据有关标准中定义，即一般的变压器技术原则，满足规定的特定运行条件，不影响正常的使用都命是这种变压器的特点。参照IEEEStdC57.9］-2011的计算方法，进行计算验证。以下为样机S13-M（B）-100/10GZ在标准规定的过负载曲线下的周期温度特性，见图2（假设当天环境温度25C恒定不变）。

　　图2显示，在这个负载周期中，绕组热点温度约为118C（温升93K），油顶层温度接近98C（溫升73K），两个温升值都没有超过Q/GDWI1190-2014标准限值，但超过A级绝缘纸的耐热能力。

　　Q/GDW11190-2014规定这和变压器在规定过载条件下没有超过正常情况的寿命损失。在IEEE标准中规定，30C下运行一天绝缘寿命正常损失是24h。进一步的计算表明在这个没计方案里，如果采用A级绝缘材料每天的寿命损失为37h，比正常寿命损失高出一半，不符合国网的技术要求。而采用130C的NOMEX910绝缘纸的活，寿命损尖才Sh，满足并优于国网要求，能大大延长变压器的寿命、

　　四、经济效果分析

　　为了分析本设计方案产品的经济性、把它和大容量及有载调容变压器作综合对比。恨据以Q/GDWI1190-2014所规定的50kVA、I0OkVA和1200kVA三种容量产品为对象，从变压器销售成本、空载年运行费用及过载能力进行综合分析对比，见表3。

　　在表3中，给出了不同方案时的综合数据比较，高过载变压器空载年运行费用为：