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1、设 计 手 册油 浸 电 力 变 压 器温 升 计 算 版次日期签字 旧底图总号 底图总号 日期 签字 油 浸 电 力 变 压 器温 升 计 算共 页第 页0201目 录1概述 SB1-007.7第 1 页1.1热的传导过程SB1-007.7第 1 页1.2温升限值 SB1-007.7第 2 页1.2.1连续额定容量下的正常温升限值SB1-007.7第 2 页1.2.2在特殊使用条件下对温升修正的要求SB1-007.7第 2 页1.2.2.1正常使用条件SB1-007.7第 2 页1.2.2.2安装场所的特殊环境温度下对温升的修正SB1-007.7第 2 页1.2.2.3安装场所为高海拔时对温
2、升的修正SB1-007.7第 3 页2层式绕组的温差计算SB1-007.7第 3 页2.1层式绕组的散热面（S q c）计算SB1-007.7第 3 页2.2层式绕组的热负载（q q c）计算SB1-007.7第 3 页2.3层式绕组的温差（q c）计算SB1-007.7第 4 页2.4层式绕组的温升（qc）计算SB1-007.7第 4 页3 饼式绕组的温升计算SB1-007.7第 4 页3.1 饼式绕组的散热面（S q b）计算SB1-007.7第 4 页3.1.1饼式绕组的轴向散热面（S q bz）计算SB1-007.7第 4 页3.1.2 饼式绕组的横向散热面（S q b h）计算SB1
3、-007.7第 5 页3.2 饼式绕组的热负载（q q b）计算SB1-007.7第 5 页3.3 饼式绕组的温差（q b）计算SB1-007.7第 5 页3.3.1高功能饼式绕组的温差（q g）计算SB1-007.7第 5 页3.3.2普通饼式绕组的温差（q b）计算SB1-007.7第 6 页3.4 饼式绕组的温升（q b）计算SB1-007.7第 7 页4油温升计算SB1-007.7第 8 页4.1箱壁几何面积（S b）计算SB1-007.7第 8 页4.2箱盖几何面积（S g）计算SB1-007.7第 9 页4.3油箱有效散热面（S yx）计算SB1-007.7第 9 页4.3.1平滑
4、油箱有效散热面（S yx）计算SB1-007.7第 9 页4.3.2管式油箱有效散热面（S yx）计算SB1-007.7第10 页4.3.3 管式散热器油箱有效散热面（S yx）计算SB1-007.7第12 页4.3.4 片式散热器油箱有效散热面（S yx）计算SB1-007.7第14 页 版次日期签字 旧底图总号 底图总号 日期 签字 油 浸 电 力 变 压 器温 升 计 算共 页第 页0202目 录4.4油平均温升计算SB1-007.7第19 页4.4.1油箱的热负载（q yx）计算SB1-007.7第19 页4.4.2油平均温升（y）计算SB1-007.7第19 页4.5顶层油温升计算S
5、B1-007.7第19 页5 强油冷却饼式绕组的温升计算SB1-007.7第21 页5.1强油导向冷却方式的特点SB1-007.7第21 页5.1.1线饼温度分布SB1-007.7第21 页5.1.2横向油道高度的影响SB1-007.7第21 页5.1.3纵向油道宽度的影响SB1-007.7第21 页5.1.4线饼数的影响SB1-007.7第21 页5.1.5挡油隔板漏油的影响SB1-007.7第21 页5.1.6流量的影响SB1-007.7第21 页5.2强油冷却饼式绕组的热负载（q q p ）计算SB1-007.7第22 页5.3 强油冷却饼式绕组的温差（q p ）计算SB1-007.7第
6、23 页5.4强油冷却饼式绕组的温升（q p）计算SB1-007.7第23 页5.5强油风冷变压器本体的油阻力（H T）计算SB1-007.7第23 页5.5.1油管路的油阻力（Hg）计算SB1-007.7第23 页5.5.1.1油管路的摩擦油阻力（H M）计算SB1-007.7第23 页5.5.1.2油管路特殊部位的形状油阻力（H X）计算SB1-007.7第24 页5.5.1.3油管路的油阻力（H g）计算SB1-007.7第25 页5.5.2线圈内部的油阻力（Hq）确定SB1-007.7第26 页5.5.2.1线圈内部的摩擦油阻力（H q m）计算SB1-007.7第26 页5.5.2.
7、2线圈内部特殊部位的形状油阻力（H qT）计算SB1-007.7第27 页5.5.2.3线圈内部的油阻力（Hq）计算SB1-007.7第27 页5.5.3 额定油流量（Q r）下的变压器本体的油阻力（H T r）计算SB1-007.7第27 页5.6强油风冷的实际油流量（Q）计算SB1-007.7第28 页5.6.1冷却回路的总油阻力（H Z）计算SB1-007.7第28 页5.6.2强油风冷的实际油流量（Q）计算SB1-007.7第28 页5.7强油风冷冷却器的冷却容量（P FP）计算SB1-007.7第29 页5.7.1强油风冷油平均温升（yp）的初步确定SB1-007.7第29 页5.7
8、.2单台冷却器的冷却容量（P FP）的初步确定SB1-007.7第29 页5.7.3风冷却器工作的数量（NFP）确定SB1-007.7第29 页5.7.4强油风冷却器单台实际冷却容量（P FP）计算SB1-007.7第30 页5.8强油风冷油平均温升（yP）计算SB1-007.7第30 页5.9强油风冷冷却器的技术数据SB1-007.7第31 页5.10强油水冷冷却器工作的数量（N SP）确定SB1-007.7第38 页资 料 来 源编 制校 核标 审提出部门审 定标记处数更改文件号签 字日 期实施日期批 准 会签 描图 卷 号 旧底图总号 底图总号 日期签字设 计 手 册油 浸 电 力 变
9、压 器温 升 计 算代替共 页第 1 页391 概述1.1 热的传导过程 变压器运行时，绕组、铁心、钢铁结构件中均要产生损耗，这些损耗将转变为热量发散到周围介质中，从而引起变压器发热和温度升高。 当绕组和铁心所产生的热量将全部散发到周围介质中，达到稳定状态（温度不再继续升高）此种状态称为热平衡状态。在热平衡状态下，“热流”所经过的路径是相当复杂的，在油浸变压器中一般有： 1）绕组和铁心在运行的初始阶段，温度上升很快，绕组和铁心所产生的热量，将由它们内部最热点藉传导方式传到与油接触的外面如图7.1 所示。对于自冷式变压器来说，线圈内部最热点温升比线圈平均温升，一般要高出13K左右。图7.1 沿线
10、圈辐向方向的温差分布(箭头表示传热方向)a) 层式线圈两面散热c) 饼式线圈四面散热b) 层式线圈一面散热BqBqBq 2） 当绕组和铁心内部的热量传到表面后，它们的表面温度与周围介质（油）产生温差，通过对流作用将部分热量传给附近的油，从而使油温逐渐上升。线圈对油的平均温差一般在20 K30 K左右。 3） 当绕组和铁心附近的油温升高后，由于油的对流作用，热油向上流动，冷却后的向下流动，重新流入线圈，形成闭合的对流路线，从而使油箱中的油温升高。对于自冷式变压器来说，一般上层油温比平均油温高20%左右。 4 ) 当热油碰到箱壁或油管壁时，将部分热量传给它们，使油温下降而箱壁或油管壁温度升高，其热
11、量从壁的内侧传导到外侧（壁的内外侧温差一般不超过 3 K左右），它与周围的介质（空气）也产生温差，借助于对流和辐射作用，将热量散发到空气中。综上所述，将绕组和铁心损耗所产生的热量散发到变压器外面的空气中，要经过许多部分，热流每通过一个部分均要产生温差，而温差的大小与损耗和介质的物理特性有关。变压器的温升计算，就是要计算各部分的温差和温升，即绕组对油的温差、绕组对空气的平均温升、油对空气的平均温升及顶层油温升。而铁心对油的温差和铁心对空气的平均温升计算，详见铁心计算 SB1007.1。 版次日期签字 旧底图总号 底图总号 日期 签字 油 浸 电 力 变 压 器温 升 计 算共 页第 页3921.
12、2 温升限值1.2.1 连续额定容量下的正常温升限值1) 变压器分接范围在5% 以内，且额定容量不超过2 500 kVA的变压器，负载损耗和温升限值的保证仅指主分接。温升试验选在主分接上进行。2) 变压器有一个分接范围超过 5% 或额定容量大于2 500 kVA的变压器，在与每个分接相应的分接容量、分接电压和分接电流下，不同分接的负载损耗是不同的，有时空载损耗也不同（即在分接范围内采用了变磁通调压方式）。温升限值应适用于每个分接，温升型式试验应在最大电流分接上进行（另有规定除外）。在独立绕组变压器中，最大电流一般是最大负载损耗分接。3) 在带分接的自耦变压器中，温升试验时，应根据分接的布置来选
13、择分接。4) 对于多绕组变压器，当一个绕组的额定容量等于其他绕组额定容量之和时，温升试验要求所有的绕组同时带各自的容量值。如果情况不是这样，应规定一个或多个特定的负载组合进行温升试验。 5) 在具有同心式线圈排列的变压器中，两个或多个独立线圈上下排列且容量及尺寸都相同时，绕组温升读数的平均值应不超过绕组温升限值；如果容量（或）尺寸不相同时，则应按协议进行评估。 6) 油浸式变压器在连续额定容量稳态下的正常温升限值规定如表7.1： 表7.1 温升限值表 名 称温 升 限 值（K） 顶层油温升 油不与大气直接接触的变压器60 油与大气直接接触的变压器55 绕组平均温升 （用电阻法测量）65 铁心、
14、绕组外部的电气连接线或油箱中的结构件通常不超过 801.2.2 在特殊使用条件下对温升修正的要求1.2.2.1 正常使用条件 a. 油浸变压器的正常环境温度和冷却介质温度应符合下列条件： 最高气温 + 40; 最热月平均温度 + 30; 最高年平均温度 + 20; 最低气温 25 （适用于户外式变压器）; 最低气温 5 （适用于户内式变压器）； 水冷却入口处的冷却水最高温度 + 25。b. 海拔 海拔不超过 1 000 m。1.2.2.2 安装场所的特殊环境温度下对温升的修正 a油浸空气冷却式变压器：安装场所的温度条件，当最热月平均温度超过 + 30；或最高年平均温度超过 + 20，则对变压器
15、的温升限值应按超过部分的数值减少，并应修约到最接近温度的整数值。b. 油浸水冷式变压器：当冷却水温度超过 + 25时，则对变压器的温升限值应按冷却水温超过限值部分而减少，并应修约到最接近温度的整数值。 版次日期签字 旧底图总号 底图总号 日期 签字 油 浸 电 力 变 压 器温 升 计 算共 页第 页3931.2.2.3 安装场所为高海拔时对温升的修正 安装场所海拔高于 1 000 m，而试验场地海拔低于 1 000 m 时，自冷式变压器（AN）绕组平均温升限值应按海拔每增加 400 m 降低 1 K 来计算；风冷式变压器（AF）绕组平均温升限值应按海拔每增加 250 m 降低 1 K 来计算
16、。 试验场地海拔高于 1 000 m，而安装场所海拔却低于 1 000 m 时，温升限值应作相应的增加值进行修正。 因海拔而作的温升修正值，均应修约到最接近的温度的整数。 对于油浸水冷式变压器，其海拔或环境温度对油箱冷却的影响可以忽略不计。2 层式绕组的温升计算 2.1 层式绕组的散热面（S q c）计算 层式（圆筒式）绕组，凡绕组内、外径及轴向油道两侧与油直接接触的表面均认为是散热面，与厚纸筒接触的表面不作为散热面，而与1.0 mm薄纸筒接触的表面只算一半散热面，绕组表面有遮盖的物体（如撑条等）应减去遮盖面积或用折算系数修正。层式绕组散热面按下式计算：式中：m z h 铁心柱数； 单相两柱式
17、 m z h = 2， 三相三柱式或五柱式 m z h = 3； K s j 被计算散热面折算系数，它与线圈表面接触的物体有关，一般按下列选取： 瓦楞纸板取 K sj = 0.85，撑条帘取 K sj = 0.8，1.0 mm薄纸筒取 K sj = 0.5， 厚纸筒 K sj = 0；如线圈表面与撑条接触时，K s j 按下式计算： Ksj = 1( Nj bctj / 2Rsj ) R s j 被计算散热面处的线圈半径（mm），见线圈计算（SB1007.2）； N j 被计算散热面处与线圈表面直接接触的撑条数， b c t j 被计算散热面处与线圈表面直接接触的撑条宽度（mm）； H k j
18、 电抗高度（mm），见线圈计算（SB1007.2）。2.2 层式绕组的热负载（q q c）计算式中：P R 被计算绕组的电阻损耗（W）, 当分接范围在5% 以内,且变压器额定容 量不超过2 500 kVA时, 选取主分接时的电阻损耗（W），当分接范围超 过5% ，或变压器额定容量大于2 500 kVA时, 选取最大电流分接时的 电阻损耗（W）；按负载损耗计算中公式（6.1）计算; K f % 被计算绕组的附加损耗系数（%），见负载损耗计算（SB1007.6）; S q c 被计算绕组的散热面（m2），按公式（7.1）计算。 版次日期签字 旧底图总号 底图总号 日期 签字 油 浸 电 力 变 压
19、 器温 升 计 算共 页第 页3942.3 层式绕组的温差（q c）计算式中：q q c 高压或低压绕组的热负载（W / m2），按公式（7.2）计算; t 被计算线圈的层间绝缘校正温差（K），当c m0.64mm 不予校正; t = 0.002（c m0.64）（m c m s）q q c K （7.4） c m 被计算线圈的层数校正温差（K），当c m0.64mm，按0.64mm计算； c m = 0.002 c m（m c 2 m s）q q c K （7.5） 其中：c m 被计算线圈的相邻的两层间绝缘总厚度，即层绝缘加导线绝缘（mm）； m c 被计算线圈的总层数； m s 被计算的
20、线圈与油接触的散热面数。2.4 层式绕组的温升（qc）计算 qc = q c + y 63 K （7.6）式中：q c 高压或低压绕组的温差（K），按公式（7.3）计算; y 油平均温升（K），按公式（7.46）计算。3 饼式绕组的温升计算 3.1 饼式绕组的散热面（S q b）计算3.1.1 饼式绕组的轴向散热面（S q b z）计算 凡饼式绕组内、外径及轴向油道两侧与油直接接触的表面均认为是轴向散热面，与厚纸筒接触的表面不作为散热面，而与1.0 mm 薄纸筒接触的表面只算一半散热面，绕组表面有遮盖的物体（如撑条等）应减去遮盖面积或用折算系数修正。饼式绕组内、外径及轴向油道两侧的轴向散热面按
21、下式计算：式中：m z h 铁心柱数； 单相两柱式 m z h = 2， 三相三柱式或五柱式 m z h = 3； K s j 被计算散热面折算系数，它与线圈表面接触的物体有关，一般按下列选取： 瓦楞纸板取 K sj = 0.85，撑条帘取 K sj = 0.8，1.0 mm薄纸筒取 K sj = 0.5， 厚纸筒 K sj = 0；如线圈表面与撑条接触时，K s j 按下式计算： Ksj = 1( Nj bctj / 2Rsj ) R s j 被计算轴向散热面处的线圈半径（mm），见线圈计算（SB1007.2）； N j 被计算轴向散热面处与线圈表面直接接触的撑条数； b c t j 被计算
22、轴向散热面处与线圈表面直接接触的撑条宽度（mm）; n j 被计算绕组的有轴向散热面的线圈段数； B t j 被计算绕组的线饼中绝缘导线宽度（mm）。 版次日期签字 旧底图总号 底图总号 日期 签字 油 浸 电 力 变 压 器温 升 计 算共 页第 页3953.1.2 饼式绕组的横向散热面（S q b h）计算饼式绕组，当横向油道2mm 的线饼上下两侧均认为是散热面，当横向油道1.5mm的较小油道或纸圈处的线饼上下两侧不作为散热面，对垫块处，应减去垫块遮盖面积。饼式绕组横向油道2mm的线饼横向散热面按下式计算：式中：m z h 铁心柱数； 单相两柱式 m z h = 2， 三相三柱式或五柱式
23、m z h = 3； R p 被计算绕组的线饼平均半径（mm），见线圈计算（SB1007.2）； N d k 被计算绕组的线饼中横向油道垫块数； b d k 被计算绕组的线饼中横向油道垫块宽度（mm）； m 被计算绕组的线饼中沿辐向导线根数； A t 被计算绕组的线饼中绝缘导线厚度（mm）； n d 被计算绕组的横向油道2mm 的油道数。3.2 饼式绕组的热负载（q q b）计算式中：P R 被计算绕组的电阻损耗（W）, 当分接范围在5% 以内,且变压器额定容 量不超过2 500 kVA时, 选取主分接时的电阻损耗（W）, 当分接范围超 过5% ，或变压器额定容量大于2 500 kVA时, 选
24、取最大电流分接时的 电阻损耗（W）；按负载损耗计算中公式（6.1）计算; K f % 被计算绕组的附加损耗系数（%），按负载损耗计算中公式（6.3）计算; S q b z 被计算绕组的轴向散热面（m2），按公式（7.7）计算； S q b h 被计算绕组的横向散热面（m2），按公式（7.8）计算； t 被计算绕组的导线绝缘校正系数，当 At1.75a 时，取 t = 1.0， 当 At1.75 a 时，取t = At / 1.75 a ；其中：At 被计算绕组的绝缘导线厚度（mm），如组合或换位导线指组合或换位后的 绝缘导线厚度； a 被计算绕组的裸导线厚度（mm），如组合或换位导线为：a =
25、 Att t 被计算绕组的导线绝缘（两边）厚度（mm）。3.3 饼式绕组的温差（q b）计算3.3.1 高功能饼式绕组的温差（q g）计算高功能饼式绕组，是以轴向油道为主，少数横向油道为辅的散热方式，故高功能饼式绕组的温差计算方法与层式绕组温差计算相似。式中：q qb 高功能饼式高压或低压绕组的热负载（W / m2）；按公式（7.9）计算。 版次日期签字 旧底图总号 底图总号 日期 签字 油 浸 电 力 变 压 器温 升 计 算共 页第 页3963.3.2 普通饼式绕组的温差（q b）计算 普通饼式绕组是以横向油道为主，轴向油道为辅的散热方式，其绕组的温差计算与冷却方式有关。另外，电压110k
26、V级的自冷或风冷式变压器，绕组中放有挡油隔板5个，分成4个油区（外进外出）；电压220kV级的自冷或风冷式变压器，绕组中放有挡油隔板9个，分成8个油区（外出外进）。当放有挡油隔板时，其绕组的温差要比无挡油隔板小5K10K左右。普通饼式绕组的温差按下式计算：式中：q q b 被计算绕组的热负载（W / m2），按公式（7.9）计算； 被计算绕组的绝缘校正温差（K），按下式计算： = 0.00305（t0.45）q q b K （7.14）其中：t 被计算绕组的导线间绝缘厚度（mm），一般 t = A ta 当线饼有附加绝缘时，应考虑其附加绝缘包不紧，t 按表7.2 计算： 表 7.2 线段有附加
27、绝缘时导线间绝缘厚度 mm线饼辐向 Bq线饼有附加绝缘时导线绝缘厚度 t图 例BqAta Bq 100Bq = 101150Bq = 151200 h 被计算绕组的线段油道校正温差（K），有挡油隔板的油道温差可不校正； 无挡油隔板的线段油道校正温差，可按下列经验公式计算:其中： t 无挡油隔板的绕组线段油道校正温差的修正值（K），见图7.2曲线; 或按下式计算： B q 被计算绕组的线饼辐向尺寸（mm），有纵向油道时，取油道一侧辐向尺寸； h dy 油道高度 ( mm ) ； q qb 被计算绕组的热负载（W / m2），按公式（7.9）计算。 版次日期签字 旧底图总号 底图总号 日期 签字
28、油 浸 电 力 变 压 器温 升 计 算共 页第 页3973.5 = hdy 2.5 = hdy 10 = hdy 3 = hdy 4 = hdy 2 = hdy 5 = hdy 6 = hdy 7 = hdy 8 = hdy 4.5 = hdy 9 = t (K) Bq (mm) hdy 图7.2 无挡油隔板的绕组线段油道校正温差的修正值（t）曲线3.4 饼式绕组的温升（q b）计算 q b = q b + y 63 K （7.17）式中：q b 被计算绕组的温差（K）；高功能饼式绕组用q g , 按公式（7.10）计算； 普通饼式绕组用q b , 按公式（7.11）至公式（7.13）计算；
29、 y 油平均温升（K），按公式（7.4 6）计算，对轴向分裂的变压器，其分裂 的低压绕组位于不同的油温区，位于上部的低压绕组中心周围的油平均温 升约为：ys =（1.3y +y）/ 2 = 1.15y 。 版次日期签字 旧底图总号 底图总号 日期 签字 油 浸 电 力 变 压 器温 升 计 算共 页第 页3984 油温升计算4.1 箱壁几何面积（S b）计算HbLccdcghcHbhghdHzgHzdBcBz45LbBbbdbgLbRbBbHbRbLzLbBba ) 桶式平顶油箱b ) 钟罩式梯形顶油箱图7.3 油箱结构示意图式中：Hb 油箱内壁高度（mm），见图7.3 ； Hzg 油箱高压侧
30、直线高度（mm），见图7.3 , Hzg = Hbhghc ； Hzd 油箱低压侧直线高度（mm），见图7.3 , Hzd = Hbhdhc ； Lb 油箱内壁长度（mm），见图7.3 ； Bb 油箱内壁宽度（mm），见图7.3 ； Bz 油箱盖直线宽度（mm），见图7.3， Bz = Bbcgcd ； Rb 油箱内壁圆角半径或箱内壁半径（mm），如长方形油箱取Rb =0，见图7.3 ； hc 油箱下节槽内壁高度（mm），见图7.3 ； Lc 油箱下节槽内壁长度（mm），见图7.3 ； Bc 油箱下节槽内壁宽度（mm），见图7.3 ； bg 、bd 油箱壁高压侧及低压侧拐角处尺寸（mm），见图
31、7.3 ； cg 、cd 、hg 、hd 油箱盖高压侧及低压侧拐角处宽度及高度（mm），见图7.3 。 版次日期签字 旧底图总号 底图总号 日期 签字 油 浸 电 力 变 压 器温 升 计 算共 页第 页3994.2 箱盖几何面积（S g）计算式中符号代表意义同公式（7.22）及公式（7.23）。4.3 油箱有效散热面（S yx）计算4.3.1 平滑油箱有效散热面（S yx）计算容量30 kVA的小型变压器，常采用平滑油箱结构，油箱上无散热装置，但当平滑油箱散热面不够时，常焊有散热片。平滑油箱有效散热面（S yx）按下式计算： S yx = K g S g + （S b S pzg ）+ K p（S p + S pzg） m2 （7.22）式中：Kg 箱盖有效散热系数，一般取 Kg = 0.75 ，当箱盖不与油接触时，Kg = 0 ； Kp 散热片有效散热系数，一般取 Kp = 0.45 ， Sg 箱盖几何面积（m2），按公式（7.20）计算 ； Sb 箱壁几何面积（m2），按公式（7.18）计算 ； Spzg 散热片在箱壁上遮盖面积（m2），按下式计算 : S pzg = 0.7510 6 m p C p m h p m2 （7.23）
