干式变压器带外壳时的温升分析

干式变压器带外壳时的温升分析

陈海龙王宇威

（特变电工沈阳变压器集团有限公司辽宁110144）

摘要：本文主要研究了干式变压器带外壳时的温升问题，针对干式变压器带外壳的条件下的外壳升温情况进行总结和分析，希望可以为此后类似的研究提供参考和借鉴。

关键词：干式变压器；带外壳；温升

前言

随着我国干式变压器的研究越来越深入，我们要思考干式变压器带外壳时的温升的原因，针对该问题，进行深入研究和总结，才能够更加明确其发展和研究的思路，提高设备使用质量。

1、干式变压器的特点及存在的误区

近年来干式变压器得到迅速发展，究其原因，主要是其具有传统油变不具备的如下特点：阻燃性能、安全性能良好，能够在负荷中心进行安装；轻重量小体积，安装方便；低耗能、高效率；无污染，易维护；耐潮、耐热；机械强度高，不易开裂；局部放电量小。

但是也正是这些优点，容易让人在其运行使用中产生误区，放松警惕，疏于运行管理，减少维护甚至常年不进行维护，不注意设备在防潮、散热等方面的要求，这不仅会缩短干式变压器的使用寿命，而且有可能严重影响设备安全，酿成事故。所以对于干式变压器，仍需加强设备的巡视、检查及设备的维护，确保设备的安全运行，延长使用寿命。

在运行过程中，干式变压器的核心构件铁芯和绕组不浸渍在绝缘油中，而仅是依靠空气对流对自身进行冷却，这就决定了干式变压器对恒温的需求较小。进而，除却设备运行所必要的滑润外，决不依赖油浸的干式变压器基本不存在火灾和爆炸的风险隐患，更不存在污染环境的弊端。

2、干式变压器外壳通风的重要性

影响干式变压器运行温升的原因有很多，除变压器自身产生热量的大小、散热气道的大小，器身高度等原因外，也与外壳的防护等级以及外壳内、外环境温度、空气流动速度等因素密切相关。变压器本身的参数选取及其散热气道大小要与结构相适应。外壳的散热能力对变压器温度系统也起着举足轻重的作用，如果外壳内、外的空气流通不好，外壳内的热量也会越积越多，长期运行后壳体内环境中的空气温度会越来越高，变压器的温升加上较高的环境温度，对整个系统是很危险的，因此，必须重视外壳内外的通风要求。

3、干式变压器的温升分析

3.1干式变压器的允许温升

干式变压器主要采用自然风冷和强制风冷。在工程实际中，仅适合实际温升低于一定条件的变压器采用这种冷却方式，一般的变压器采用当温升高于80K时启动强制风冷的冷却方式，强制型风冷对降低变压器温升具有明显的效果，一般情况下，启动强制风冷后，变压器温升可以降低20K左右。据相关资料表明，采用强制风冷，对干式变压器具有十分重要意义的，极大地减缓了变压器的老化速度。

允许温升是衡量变压器的一个重要指标，按照耐热等级，变压器的允许温升可以分为五个等级：A、E、B、F、H。

干式变压器的允许温升是设计以及制造干式变压器的重要指标，合适的允许温升，能够使干式变压器在电力系统应用中具有更高的可靠性以及稳定性，对于保证电力系统的稳定运行具有十分重要的意义。

3.2影响干式变压器温升条件分析

（1）干式变压器绕组导致温升

在干式变压器中由于绕组也具有一定的电阻值，会产生一定的电压降落以及损耗，所以在一定程度上会发热。而其他种种原因，例如负载的增加或者绝缘缺损都会在一定程度上造车干式变温升变高，影响干式变的稳定运行。

对于负载的突然增加来说，导致原边以及副边电流在短时间内迅速增大，在绕组中产生较大的热量；绝缘缺损一般是生产以及空气氧化等因素的干扰，导致绕组线圈出现绝缘危害，一旦有电流通过就会形成局部短路，在局部产生较大的热量，危害电力变压器的运行。

（2）铁心对干式变温升的影响

在变压器运行过程中，铁心会产生一定的空载损耗和涡流损耗，所以铁心按照一定的要求进行设计和生产。例如在生产过程中，铁心中的硅钢片混片，这就会增大磁滞损耗，而磁滞损耗会产生很大的热量；而如果芯柱全部采用硅钢铸成则会产生很大的涡流损耗，同样会产生很大热量。

4、干式变压器外壳自然通风温度场分析

采用电磁分析软件进行磁热耦合分析，先用Infolytica公司的MagNet软件分析磁场得到铁心和绕组的损耗，获取外壳内的热源密度。然后用ThermNet软件进行磁热耦合分析。干式变压器的温度场仿真实际应为流固体耦合仿真，宜采用流体仿真软件，但为了快速得到温升结果和解决软件资源限制，采用ThermNet给定等效散热边界进行简化计算。变压器空气自然对流散热系数Ht，国内外资料显示约为5W/(m2•℃)~20W/(m2•℃)，干式变压器散热系数的试验数据和流体仿真数据，根据产品运行环境的优劣，设置变压器外壳内外的散热边界。并分别代表了变压器不带外壳时的温升试验和放在IP20钢板外壳内的温升试验结果，以评估散热环境的优劣对变压器温升的影响范围。除最良散热边界以外的边界，考虑空气对流散热情况和散热面，计算等效散热系数赋予散热体表面。

针对一台干式环氧树脂浇注变压器进行模拟分析，并将分析数据与试验数据进行比较。产品型号为SCB10-2500/10，试验情况分两种，一种温升试验时不带外壳；另一种为变压器在IP20的钢板外壳内进行温升试验。以上两种试验情况除外壳条件外，其余试验条件均相同。

根据产品结构的对称性，建立了二维仿真模型，对损耗和温升进行了磁场和温度场耦合分析。

4.1变压器不带外壳时的温度

散热条件良好，户外空气流动速度较大。最良对流散热边界设为20W/(m2•℃)，其余边界相应折算。设环境温度为20℃。根据以上条件分析的温升结果为：

铁心温升：91℃-20℃=71K。

低压绕组温升：99℃-20℃=79K。

高压绕组温升：96℃-20℃=76K。

此产品不带外壳进行温升试验时，测得铁心温升为68K，低压绕组温升为76K，高压绕组温升为72K。温升试验结果与仿真结果接近。

4.2变压器在外壳内的温度

散热条件不好，户外空气流动速度较小。最良对流散热边界设为10W/(m2•℃)，其余边界相应折算。设环境温度为20℃。根据以上条件分析的温升结果为：

铁心温升：110℃-20℃=90K。低压绕组温升：115℃-20℃=95K。高压绕组温升：112℃-20℃=92K。此产品带外壳进行温升试验时，测得铁心温升为88K，低压绕组温升为93K，高压绕组温升为90K。温升试验结果与仿真结果接近。

5、干式变压器温升改善

前文中已经较为详细的分析了干式变压器温升的各种因素以及针对绕组和铁心的具体要求，总结前文，我们可以从以下几点着手改善变压器温升：

5.1选择材质较好的所需材料：硅钢片、绕组导线和良好可靠的绝缘材料，为保证变压器的稳定运行提供材料保障。

5.2设计更为合理的变压器结构和足够的设计裕量，设计员需要考虑变压器运行的运行环境和技术要求，设计更为合理的变压器。如变压器在防护等级为IP20的情况下运行，必然会导致变压器温升提高，设计时需要设计更低的温升，保证变压器的运行。

5.3加强对变压器运行过程的监控和保护，利用温控器对变压器运行情况实时跟踪，保证变压器在出现超温等情况时，变压器能得到一定保护。

结束语

综上所述，研究干式变压器带外壳时的温升的问题，可以让我们更加明确干式变压器带外壳时的温升的原因，进而找到应对和防范的措施，让干式变压器的使用更加安全。

参考文献：

[1]韩建涛.干式变压器的运行及维护分析[J].科技展望.2014(10):57

[2]李洪伟.探讨干式变压器相关的几个问题[J].山东工业技术.2015(05):09