干式变压器温升的工程计算[1]

第４３卷第５期　受廷　ＶｏＩ　４３　Ｎｏ　５　２００６年５月　＾．ｓ　ＤＲ　哐Ｒ　Ｍｏｙ　２００６　浅谈干式变压器温升的工程计算　罗顺祥　（厂州番禺骏发电力设备有限公司，厂东厂州５１　１４００）　摘要：介绍了干式变压器的温升计算的一般方法，提出了较为详细的工程计算程序。　关键词：干式变压器；温升；计算　中图分类号：ＴＭ４０２　文献标识码：Ｂ　文章编号：１００１—８４２５（２００６）０５—００２７—０４　１前言　Ｕ￣＝ＣＧＴ　（４）　或　Ｔ＝ＵＦ／ＣＧ　（５）　于式变压器的温升计算　ｊ。由浸式的差异较大，　式中　卜时间常数　因为它没有油的影响，而且各发热体之间存在相互　Ｃ——比热　影响的可能性不大。一般温升计算的经验公式为：　Ｇ——质量，ｋｇ　Ｔ＝Ｋｑ　（１）　假设于式变压器处于理想的稳定状态，此时干　式中　绕组或铁心对周围环境的温升　式变压器的温度升高将为最大，即温升最大，称其为　经验系数　稳态温升。由式（３）与式（５）可知，干式变压器的稳态　ｑ——绕组或铁心有效表面热流密度　温升可以等效为一条直线。由工程实践可证明，此法　ｎ——经验系数　可行。笔者曾对一台Ｆ级绝缘树脂浇注干式变压器　由于干式变压器的结构型式的不同，铁心、绕组　进行过计算，该变压器高压绕组为线绕，低压绕组为　的相对位置的不同，经验系统的取值也不同。例如同　箔绕，容量为１　０００ｋＶＡ，电压比为１０＿＋２ｘ２．５％／　样为树脂浇注干式变压器，对于带填料或不带填料　０．４ｋＶ。温升计算值为：高压绕组９８．３Ｋ，低压绕组　的产品，其绕组的温升计算也不尽相同，但计算原理　９８．５Ｋ，铁心没有计算。温升试验值为：高压绕组　致。在实际进行工程计算的时候应根据干式变压　９７．９Ｋ，低压绕组９８．２Ｋ。从两者数值比较可知，用此　器的结构进行选择计算。　法计算稳态温升时，试验值为负偏差，比较可靠，有　２原理　利于成本的控制。　实际上，由式（１）可知干式变压器的温升是一条　干式变压器的损耗转换为热量，这些热量一部　指数曲线，在计算干式变压器的暂态温升时，将其等　分由表面向周围冷却介质散发出去，另一部分则提　效为直线是不准确的。将式（３）代入式（５），可得　高了变压器本身的温度；当在一定时问内，干式变压　ＣＧ／ａＳ　（６）　器本身温度不再升高时，变压器进入稳定状态，其最　由此可知，干式变压器的　为一固定数值，即　后温升为Ｔ时，则　时间常数。在此时间内，当无散热时，Ⅱ为常数，当　＝　Ｐ＝ａＳＩ＂　（２）　０时，ｌ－ｔ＝１－ｔ），则　或丁＝Ｐ／ａＳ　（３）　Ｔ＝　（１一ｅ－ｔ　）＋　（７）　式中　Ｐ＿干式变压器的总损耗，Ｗ　式（７）表明，当１＂ｔ＞Ｉ＂ｏ时，表示ｔ时刻温升大于初　５——冷却面积，ｍ　始温升，故式（７）代表干式变压器的发热过程；反之，　散热系数，即干式变压器的温升为１℃　当　＜　时，表示ｔ时刻温升小于初始温升，式（７）代　时，每秒从单位面积上所发散的热量　表干式变压器的冷却过程。　另外，假设干式变压器的损耗全部用来提高变　式（７）在工程上常用来计算干式变压器的短时　压器本身的温度，整个过程中没有任何热量损失或　温升。此时可以先按理想条件下的绝热过程计算变　发散于周围的冷却介质中，该过程为绝热过程，则有　压器的稳态温升，再计算ｔ时间的干式变压器的短　维普资讯 http://www.cqvip.com

囊珏器　第４３卷　时温升。　３工程计算　３．１铁心温升计算　铁心对空气的温升为：　ｒ＝－０．３３ｑ（　８＝Ｏ．３３（　Ｓ）“　（８）　式中　铁心损耗，Ｗ　Ｓ——铁心的有效散热面积，ｍ　ｑ——铁心散热表面的单位热负荷，Ｗ／ｍ　注意：０．３３　０．８为经验系数，因变压器铁心的　结构、材料不同而有变化。　十式变压器铁心的散热表面主要包括以下几个　部分：　（１）上铁轭顶表面积　Ｓｌ＝２Ｍ　厶｛Ｘｌ０　ＸｌＯ－４／Ｋｆ　（９）　式中Ｓ。——表面积，ｎｌ　＿一铁心柱中心距，ｍｍ　￡．厂＿铁心叠片总厚度，ｍｍ　Ａ广铁心柱有效面积，ｃｍ　Ｋ厂叠片系数　（２）上下铁轭旁表面积　Ｓ２＝２（Ｂ　上ｌ｛Ｘ１０　ＸｌＯ－４／Ｋｆ）　（１０）　式中　Ｓ厂表面积，ｍ　Ｂ。　——最大片宽，ｍｍ　；——铁心叠片总厚度，ｍｍ　Ａ　铁心柱有效面积，ｃｍ　Ｋ．——叠片系数　（３）铁心柱裸露表面积　Ｓ３＝６ＨＡ（Ｂ　＋￡ｌ｛）×ｌ０　（１　１）　式中Ｓ　——表面积，ｍ　心柱裸露部分的总高度，ｍｍ　Ｂ…——最大片宽，ｍｍ　￡．；——铁心叠片总厚度，ｍｍ　（４）心柱被遮盖表面积　Ｓ４＝６（　—ＨＡ）（Ｂ　＋￡Ｂ）×１０　（１２）　式中Ｓ　——表面积，ｍ　窗高，ｍｍ　心柱裸露部分的总高度，ｍｍ　Ｂ～——最大片宽，ｍｍ　厂铁心叠片总厚度，ｍｍ　需注意的是，以上计算中没有考虑铁心中含有　气道时的情况，而在大铁心直径（大容量产品）下，　往往会加气道，此时也应将气道的表面积当作散热　面积参与温升计算。　由于铁心被遮盖时，空气的散热条件有所变差，　计算时需要乘一个小于ｌ的系数。另外，铁心加气道　时，由于气道位于铁心内部，计算时也需要乘一个小　于ｌ的系数。计算方法可参照下式：　Ｏ．５６（ａ　６／Ｈ）　（１３）　式中　——散热系数　一空气气道宽度，ｍｍ　空气气道高度，ｍｍ　根据式（９）～式（１３）可以计算出铁心有效散热　面积为：　Ｓ＝Ｓｌ＋Ｓ２＋　３＋　４　（１　４）　代入式（８）即计算出铁心温升。　需要说明的是，对容　小于２　５００ｋＶＡ的千式　配电变　器，一般铁心温升较低，不需要进行精细的　计算。但对容量较大的１二式变压器，进行铁心的温升　计算还是有必要的。笔者曾对一台５　０００ｋＶＡ（１０ｋＶ　等级）Ｆ级的树脂浇注干式变压器进行厂计算，铁心　没有设置气道，铁心计算温升为９６Ｋ，试验温升约　９８Ｋ。　３．２绕组温升计算　正如前面所述，十式变压器的绕组温升计算方　法同铁心一样也可以采用式（１），其经验系数ｋ凶内、　外绕组及绕组足否包封而有差异，一般取值为　Ｏ．２６～Ｏ．６６。其经验系数凡的取值为０．７５－０．９５。在进　行工程计算时，可以通过模拟温升试验绘出温升曲　线，推算出系数。　在经验系数确定后，要计算出绕组的温升，就只　需计算出绕组的有效表面热流密度，亦即绕组散热　表面的单位热负荷，再代入式（１）即可。一般可采用’　下式计算：　ｑ＝Ｐ／Ｓ　（１５）　式中ｑ——绕组散热表面的单位热负荷，Ｗ／ｍ　绕组损耗，ｗ　Ｓ——绕组的有效散热面积，ｍ　需要说明的是，由于包封绕组的包封厚度一般　为２ｍｍ～３ｍｍ（此为环氧树脂浇注结构厚度，浸渍式　干式变压器的绕组包封厚度小于此值），其对变压器　绕组的散热有一定影响，但影响较小。在工程计算时　常忽略其对变压器绕组的散热影响（在计算时，最后　的温升计算值留有一定的裕度，故可以略去），而将　其铜或铝导线的散热表面作为绕组的有效散热面　积。　计算时，如果Ｐ为所有内或外绕组的总的损耗　之和，则５也应为所有内或外绕组的总的有效散热　面积之和。其计算主要包括以下几部分：　‘　（１）绕组外表面积　维普资讯 http://www.cqvip.com

第５期　Ｓｗ＝３￣２＇ｒｒＲｗＨ￣１０　罗顺祥：浅谈干式变压器温升的工程计算　２９　（１６）　的计算值为３　１９３Ｗ。高压绕组采用２．２４ｍｍｘ８．５ｍｍ　的铜扁漆包线绕制成多层圆筒式，其由内至外的绝　缘半径为２１７ｍｍ、２４２ｍｍ。三个高压绕组的总损耗　的计算值为４　６１９Ｗ。因变压器容量较小，无需进行　铁心的温升计算。绕组的温升计算过程大致如下：　式中　Ｓ　一表面积，ｍ２　尺　一绕组外半径，ｍｍ　，，——绕组导线总高度，ｍｍ　（２）绕组内表面积　Ｓ　＝３￣（２＇ｒｒＲ　一，ｖ　）Ｈｘｌ０　（１７）　（１）高压绕组的计算　式中　Ｓ．　表面积，ｉｎ　尺　——绕组内半径，ｍｍ　￣－一撑条数　曰　——撑条宽度，ｍｍ　Ⅳ——绕组导线总高度，ｍｍ　注意：如果绕组没有使用撑条，如箔式绕组，此　时令』ｖ为０进行计算。　（３）绕组水平气道表面积（有水平气道时有此　项）　Ｓｖ＝３ｘ２Ｂｆ（２７ｒＲｖ－－ＮＢ　１）　ｌｘｌ０　（１８）　式中　Ｓ　＿表面积，ｍ　曰厂绕组的辐向尺寸，ｍｍ　尺。　绕组平均半径，ｍｍ　￣－一撑条数　曰　——垫块宽度，ｍｍ　Ⅳ　广一段数或饼数　（４）绕组表面散热系数　ｋａ＝０．５６（ａ　６／ｍ　（１９）　式中　散热系数　一绕组散热表面接触空气气道宽度，ｍｍ　，，——绕组有效接触空气气道高度，ｍｍ　（５）水平气道表面散热系数　ｋｐ￣．ｋ｛ｌ＋，，。／Ｂｒ－［１＋　。／ＢＯ２１　｝　（２０）　式中　散热系数　经验系数，一般内绕组取１．１，外绕组取　１．７３　Ｈ　『＿＿一水平气道高度，ｍｍ　曰广绕组的辐向尺寸，ｍｍ　根据式（１６）～式（２０）可以计算出绕组的有效散　热面积为：　Ｓ＝Ｓ　Ｓ　５　（２１）　４计算实例　台ＳＣＢ８—１０００／１０，１０￣２ｘ２．５％／０．４ｋＶ，Ｄｙｎｌ　１　的环氧树脂浇注产品。其铁心直径为２４０ｒａｍ。低压　绕组置内，用１．０ｍｍｘ８２０ｍｍ的铜箔绕制而成，并在　绕组中间两匝使用厚为１５ｒａｍ的气道条，气道条遮　盖面积约１０％。其由内至外的绝缘半径为１４０ｍｍ、　１５０．５ｒａｍ、ｌ６５．５ｍｍ、ｌ７７ｍｍ。三个低压绕组的总损耗　导线高度为：７６６．２６ｒａｍ（铜线绕制的轴向净高　度，与电抗高度略有差异）　绕组散热表面系数为：　ｋ．：０．５６ｘ（４０　６／７６６．２６）　＝０．４６５　５　ｚ：ｌ（因为高压绕组的外表面完全暴露在开　阔的空气中，所以散热系数取１）。　绕组散热面积为：　Ｓｌ＝３ｘ２￣ｘ２１７ｘ７６６．２６ｘ１０４＝３．１３４　３ｒａｍ　Ｓ，＝３ｘ２￣ｘ２４２ｘ７６６．２６ｘ１０４＝３．４９５　４ｒａｍ　Ｓ＝０．４６５　５ｘ３．１３４　３＋ｌｘ３．４９５　４＝４．９５４　４ｒａｍ　单位热负荷为：　ｑ＝４　６１９／４．９５４　４＝９３２．３Ｗ／ｍ　高压绕组温升为：　ｒ＝－Ｏ．３４ｘ９３２．３０　＝８０．７Ｋ　（２）低压绕组的计算　导线高度：８２０ｍｍ　绕组散热表面系数为：　ｋ．１０．５６ｘ（２０　６／８２０）０　＝Ｏ．３４６　９　，＝０．５６￣（１　５　１６／８２０）　＝０．３０９　２　１＝０．５６￣（４０。。６／８２０）　＝０．４５７　７　绕组散热面积为：　Ｓｌ＝３ｘ２ｗｘ１４０ｘ８２０ｘ１０４＝２．１６３　９ｒａｍ　Ｓ２＝３ｘ２７ｒｘ（１５０．５＋１６５．５）ｘ０．９ｘ８２０ｘ１０４　４．３９５　９ｒａｍ　Ｓ　＝３ｘ２＝ｘ１７７ｘ８２０ｘ１０４＝２．７３５　８ｒａｍ　Ｓ＝０．３４６　９ｘ２．１　６３　９＋０．３０９　２ｘ４．３９５　９＋　０．４５７　７ｘ２．７３５　８　３．３６２ｍｍ　单位热负荷为：　ｑ＝３　１　９３／３．３６２＝９４９．７Ｗ／ｍ　低压绕组温升为：　ｒ＝－Ｏ．３８ｘ９４９．７　＝９　１．６Ｋ　（３）计算误差（见表１）　表１计算误差　Ｔａｂｌｅ　１　Ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ　ｅｒｌ＇ｏｒｓ　部位　计算值／Ｋ　试验值／Ｋ　误差绝对值／Ｋ　误差／％　高压绕组　８０．７　７９．６　１．１　１．３６　低压绕组　９１．６　８８．６　３．Ｏ　３．２８　维普资讯 http://www.cqvip.com

第４３卷第５期　２００６年５月　妻压器　７　４＾围　力　Ｖｏ１．４３　Ｍａｙ　ＮＯ　５　２００６　矿用隔爆变压器箱体设计及优化术　黄向明　，周志雄　，毛　聪　，黄海军　（１．湖南大学机械与汽车工程学院，湖南长沙４１００８２；２．长沙顺特变压器厂，　湖南长沙４１００１４）　摘要：采用三维有限元法对矿用隔爆型变压器箱体结构进行了分析，完成了箱体结构的优化设计。　关键词：隔爆变压器；箱体；三维有限元；优化设计　中图分类号：ＴＭ４０２　文献标识码：Ｂ　文章编号：１００１－８４２５（２００６）０５－００３０－０４　前言　矿用隔爆型干式变压器直接在煤矿井下运行，　其箱体结构复杂，设计与制造质量要求高。由于运行　全国变压器节材技术研讨会获奖论文。　昙　验压力，所以箱体必须要有足够的强度和刚性。由于　箱体结构复杂，很难寻求一种简化方法对其进行准　５结论　首先，干式变压器的损耗产生的热量是通过热　小斜率计算，试验只会出现负偏差）。第三，就树脂浇　注绝缘干式变压器而言，计算的温升值是绕组的平　均温升。干式变压器在运行时，其内部温升将呈一个　“梯形”分布，分布曲线应为一个倒抛物线。其最热点　温升应为平均温升的１．１～１．６倍，所以计算时应留　有一定的裕度。　传导，对流和辐射等散于周围冷却介质中。由于绕　组、铁心结构型式的不同，绕组、铁心的温升计算也　不尽相同，而且在很大程度上依赖于试验和经验，通　常采用式（１）可以计算干式变压器的稳态和暂态温　升。其次，当干式变压器处于稳态时，温升的指数曲　线将趋向于一条直线，此时按等效直线来进行工程　计算，计算方法比较简单，计算结果比较可靠（按最　参考文献：　【１】路长柏，郭振岩，刘文里，等．于式电力变压器理论与计　算ｆＭ】．沈阳：辽宁科学技术出版社，２００３．　Ｄｉｓｃｕｓｓｉｏｎ　ｏｎ　Ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ　ｏｆ　Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　Ｒｉｓｅ　ｏｆ　Ｄｒｙ－Ｔｙｐｅ　Ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ　ＬＵＯ　Ｓｈｕｎ－ｘｉａｎｇ　（Ｐａｎｙｕ　Ｊｕｎｆａ　Ｅｌｅｃｔｒｉｃ　Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ　Ｃｏ．，Ｌｔｄ．，Ｇｒｕａｎｇｚｈｏｕ　５１　１４００，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ　ｍｅｔｈｏｄ　ｔｏ　ｃａｌｃｕｌａｔｅ　ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　ｒｉｓｅ　ｏｆ　ｄｒｙ－ｔｙｐｅ　ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ　ｉｓ　ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ．Ｔｈｅ　ｄｅ—　ｔａｉｌ　ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ　ｐｒｏｃｅｓｓ　ｉｓ　ｐｒｅｓｅｎｔｅｄ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：Ｄｒｙ－ｔｙｐｅ　ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ；Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　ｒｉｓｅ；Ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ　收稿日期：２００５—０９—２６；修稿日期：２００６—０３—２７　作者简介：罗顺祥（１９８０一），男，江西进贤人，广州番禺骏发电力设备有限公司，从事变压器类产品设计工作。