Page 32 - 电力与能源2022年第五期

3 9 4 田 越, 等: 极端高温天气对变压器的影响与冷却方法述评

气敏感负荷是受气候变化影响而产生的负荷, 在 温度是影响变压器绝缘的关键因素, 持续高
夏季主要是电力空调负荷, 天气敏感负荷在电力 温会加快变压器绝缘老化速度, 造成变压器的击
负荷中占的比重远大于特别事件负荷和随机负荷 穿损坏。高温天气下, 变压器散热效率降低, 易造
的总和。文献[ 1 ] 研究了天气敏感负荷与温度之 成变压器运行温度升高, 加速绝缘老化。
1.4 变压器散热相关技术标准要求
间的关系, 通过拟合和实例分析发现当气温 >35
℃ , 空调负荷将接近饱和, 其占总负荷的比重将高 在高温天气下, 为确保变压器安全高效运行,

达 40% 以上。 变压器的冷却散热至关重要。电力系统对于变压
高温天气时, 天气敏感负荷中的空调用电量 器的基本运行有着严格的要求, 并出台了散热冷

迅猛增加, 快速拉升变压器负载率, 变压器重载、 却相关的技术规程, 对变压器安全保护装置、 冷却
过载情况频发, 变压器过热损坏风险加大。在变 装置、 温度测量装置等作了详细规定。
压器过载危害方面, 文献[ 2 ] 分析了油浸式电力变 在环境 温 度 方 面, GB10942 — 2013 《 电 力 变
压器过载所造成的长期危险性和短期危险性; 文 压器 第 2 部分: 液浸式变压器的温升》 对在正常
献[ 3 ] 提出了变压器过载运行造成的经济损失及 使用条件下变压器周围环境的温度作了规定, 具
其计算方法, 主要包括过载运行导致的绝缘寿命 体如表 1 所示。
损失和变压器故障损失。 表 1 变压器环境温度规定
1.2 高温天气对变压器负荷能力的影响 场合 空冷方式 水冷方式
变压器负荷能力是指一定时间内变压器所能 变压器安装场所温度 / ℃ 入口水温度 / ℃
任何时刻 40 25
输出的实际容量, 是评估电网安全裕度和运行能 最热月平均 30
力的重要指标。文献[ 4 ] 认为环境温度、 负载曲线 年平均 20 20
的填充系数及最大负荷持续时间是影响变压器负 在负荷能力方面, DL / T5222 — 2005 《 导体和
荷能力的主要因素。 电器选择设计规定》 5.0.3 条规定: 当电器使用
文献[ 5 ] 提出正常周期性负荷下变压器所能 在周围空气温度高于40℃ 时, 周围空气温度每升
承担最大平均负荷率( 即一个周期内平均负荷率) 高1K , 应减少额定电流负荷的1.8% 。变压器需
的评估模型, 在环境温度分别为 10 , 20 , 30 , 40 ℃ 降载运行, 以保障运行安全。此时提升变压器的
-2 条件下 散热性能, 成为兼顾保障供电不限电和变压器运
及平均单位日照辐射功率为 225 W · m
对变压器正常周期性负荷能力进行评估, 研究发 行安全的关键所在。
现变压器长期急救负荷能力随环境温度的升高而
下降, 变压器相对寿命损失值随环境温度的升高 2 变压器的冷却方式
呈指数性增长, 短期急救负荷能力会随着环境温 目前电网运行的大部分变压器为油浸式变压
度的降低而提高。高温天气中, 变压器环境温度 器, 油浸式变压器根据油的循环方式可分为自然
持续高企, 使变压器的负荷能力受到严重限制。 循环式和强迫循环式。根据油被冷却的方式又可
1.3 高温天气对变压器绝缘的影响 分为自然风冷式、 强迫风冷式、 强迫水冷式 [ 6 ] 。油
变压器绝缘主要包括变压器油绝缘和固体绝 浸变压器中 80% 以上为自然油循环。对于容量
缘, 其中固体绝缘的老化是不可逆的, 直接影响变 较小、 散热量少的变压器, 一般采用油浸自冷方式
压器寿命。变压器油绝缘虽可通过换油保持绝缘 的冷却方式。容量大的大型变压器大都采用强油
水平, 但绝缘油的老化对变压器运行亦会产生重 循环强迫风冷却、 强迫油循环导向冷却、 油浸风冷
大安全风险。 冷却方式, 外加吹风装置、 泵机等其他辅助设备进
在高温天气下, 一方面会加速变压器油中的 行强制换热。
纤维素裂解产生水分和氧气; 另一方面会使氧气 冷却方式适用对象及性能特点如表 2 所示。
与变压器油的化合反应加快, 综合作用使变压器 油浸变压器散热主要依据热对流、 热传导和
油绝缘老化。变压器固体绝缘多为油纸绝缘, 其 热辐射 3 种方式, 其散热过程如下: 变压器线圈和
劣化速度主要取决于温度。高温会加速变压器油 铁芯产生的热量以热传导方式传递到表面被变压

纸的热解、 降解反应, 导致绝缘降低。 器油冷却, 然后线圈或铁芯表面的热油以热对流