设计油浸电力变压器温升计算设计手册.docx
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设计油浸电力变压器温升计算设计手册
【关键字】设计
设计手册
油浸电力变压器
温升计算
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升的修正
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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（Sqc）计算
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第3页
2.2
层式绕组的热负载（qqc）计算
SB1-007.7
第3页
2.3
层式绕组的温差（τqc）计算
SB1-007.7
第4页
2.4
层式绕组的温升（θqc）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（Sqb）计算
SB1-007.7
第4页
3.1.1
饼式绕组的轴向散热面（Sqbz）计算
SB1-007.7
第4页
3.1.2
饼式绕组的横向散热面（Sqbh）计算
SB1-007.7
第5页
3.2
饼式绕组的热负载（qqb）计算
SB1-007.7
第5页
3.3
饼式绕组的温差（τqb）计算
SB1-007.7
第5页
3.3.1
高功能饼式绕组的温差（τqg）计算
SB1-007.7
第5页
3.3.2
普通饼式绕组的温差（τqb）计算
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第6页
3.4
饼式绕组的温升（θqb）计算
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第7页
4
油温升计算
SB1-007.7
第8页
4.1
箱壁几何面积（Sb）计算
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4.2
箱盖几何面积（Sg）计算
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第9页
4.3
油箱有效散热面（Syx）计算
SB1-007.7
第9页
4.3.1
平滑油箱有效散热面（Syx）计算
SB1-007.7
第9页
4.3.2
管式油箱有效散热面（Syx）计算
SB1-007.7
第10页
4.3.3
管式散热器油箱有效散热面（Syx）计算
SB1-007.7
第12页
4.3.4
片式散热器油箱有效散热面（Syx）计算
SB1-007.7
第14页
4.4
油平均温升计算
SB1-007.7
第19页
4.4.1
油箱的热负载（qyx）计算
SB1-007.7
第19页
4.4.2
油平均温升（θy）计算
SB1-007.7
第19页
4.5
顶层油温升计算
SB1-007.7
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
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第21页
5.2
强油冷却饼式绕组的热负载（qqp）计算
SB1-007.7
第22页
5.3
强油冷却饼式绕组的温差（τqp）计算
SB1-007.7
第23页
5.4
强油冷却饼式绕组的温升（θqp）计算
SB1-007.7
第23页
5.5
强油风冷变压器本体的油阻力（ΔHT）计算
SB1-007.7
第23页
5.5.1
油管路的油阻力（ΔHg）计算
SB1-007.7
第23页
5.5.1.1
油管路的摩擦油阻力（ΔHM）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（ΔHX）计算
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第24页
5.5.1.3
油管路的油阻力（ΔHg）计算
SB1-007.7
第25页
5.5.2
线圈内部的油阻力（ΔHq）确定
SB1-007.7
第26页
5.5.2.1
线圈内部的摩擦油阻力（ΔHqm）计算
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第26页
5.5.2.2
线圈内部特殊部位的形状油阻力（ΔHqT）计算
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第27页
5.5.2.3
线圈内部的油阻力（ΔHq）计算
SB1-007.7
第27页
5.5.3
额定油流量（Qr）下的变压器本体的油阻力（ΔHTr）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（ΔHZ）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（PFP）计算
SB1-007.7
第29页
5.7.1
强油风冷油平均温升（θ’yp）的初步确定
SB1-007.7
第29页
5.7.2
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
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第29页
5.7.4
强油风冷却器单台实际冷却容量（PFP）计算
SB1-007.7
第30页
5.8
强油风冷油平均温升（θyP）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（NSP）确定
SB1-007.7
第38页
1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。
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20K～30K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，其热量从壁的内侧传导到外侧（壁的内外侧温差一般不超过3K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SB1—007.1。
1.2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2500kVA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2500kVA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、绕组外部的电气连接线或油箱中的结构件
通常不超过80
1.2.2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+;
最热月平均温度+;
最高年平均温度+;
最低气温－（适用于户外式变压器）;
最低气温－（适用于户内式变压器）；
水冷却入口处的冷却水最高温度+。
b.海拔
海拔不超过1。
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+；
或最高年平均温度超过+，则对变压器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+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。
.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，而试验场地海拔低于1时，自冷式变压器（AN）
绕组平均温升限值应按海拔每增加降低1K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降低1K来计算。
试验场地海拔高于1，而安装场所海拔却低于1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（Sqc）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1.0mm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：
mzh—铁心柱数；单相两柱式mzh=2，三相三柱式或五柱式mzh=3；
Ksj—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Ksj=0.85，撑条帘取Ksj=0.8，1.0mm薄纸筒取Ksj=0.5，
厚纸筒Ksj=0；如线圈表面与撑条接触时，Ksj按下式计算：
Ksj=1－（Njbctj/2πRsj）
Rsj—被计算散热面处的线圈半径（mm），见线圈计算（SB1—007.2）；
Nj—被计算散热面处与线圈表面直接接触的撑条数，
bctj—被计算散热面处与线圈表面直接接触的撑条宽度（mm）；
Hkj—电抗高度（mm），见线圈计算（SB1—007.2）。
2.2层式绕组的热负载（qqc）计算
式中：
PR—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2500kVA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2500kVA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;
Kf%—被计算绕组的附加损耗系数（%），见负载损耗计算（SB1—007.6）;
Sqc—被计算绕组的散热面（m2），按公式（7.1）计算。
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日
期
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底图总号
日期
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油浸电力变压器
温升计算
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4
2.3层式绕组的温差（τqc）计算
式中：
qqc—高压或低压绕组的热负载（W/m2），按公式（7.2）计算;
Δτt—被计算线圈的层间绝缘校正温差（K），当δcm≤0.64mm不予校正;
Δτt=0.002（δcm－0.64）（mc－ms）qqc[K]（7.4）
Δτcm—被计算线圈的层数校正温差（K），当δcm＞0.64mm，按0.64mm计算；
Δτcm=0.002δcm（mc－2ms）qqc[K]（7.5）
其中：
δcm—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）；
mc—被计算线圈的总层数；
ms—被计算的线圈与油接触的散热面数。
2.4层式绕组的温升（θqc）计算
θqc=τqc+θy≤63K（7.6）
式中：
τqc—高压或低压绕组的温差（K），按公式（7.3）计算;
θy—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（Sqb）计算
3.1.1饼式绕组的轴向散热面（Sqbz）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1.0mm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下式计算：
式中：
mzh—铁心柱数；单相两柱式mzh=2，三相三柱式或五柱式mzh=3；
Ksj—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Ksj=0.85，撑条帘取Ksj=0.8，1.0mm薄纸筒取Ksj=0.5，
厚纸筒Ksj=0；如线圈表面与撑条接触时，Ksj按下式计算：
Ksj=1－（Njbctj/2πRsj）
Rsj—被计算轴向散热面处的线圈半径（mm），见线圈计算（SB1—007.2）；
Nj—被计算轴向散热面处与线圈表面直接接触的撑条数；
bctj—被计算轴向散热面处与线圈表面直接接触的撑条宽度（mm）;
nj—被计算绕组的有轴向散热面的线圈段数；
Btj—被计算绕组的线饼中绝缘导线宽度（mm）。
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温升计算
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3.1.2饼式绕组的横向散热面（Sqbh）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：
mzh—铁心柱数；单相两柱式mzh=2，三相三柱式或五柱式mzh=3；
Rp—被计算绕组的线饼平均半径（mm），见线圈计算（SB1—007.2）；
Ndk—被计算绕组的线饼中横向油道垫块数；
bdk—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；
At—被计算绕组的线饼中绝缘导线厚度（mm）；
nd—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（qqb）计算
式中：
PR—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2500kVA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2500kVA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;
Kf%—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;
Sqbz—被计算绕组的轴向散热面（m2），按公式（7.7）计算；
Sqbh—被计算绕组的横向散热面（m2），按公式（7.8）计算；
αt—被计算绕组的导线绝缘校正系数，当At≤1.75a时，取αt=1.0，
当At＞1.75a时，取αt=At/1.75a；
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=At－δt
δt—被计算绕组的导线绝缘（两边）厚度（mm）。
3.3饼式绕组的温差（τqb）计算
3.3.1高功能饼式绕组的温差（τqg）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：
qqb—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。
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温升计算
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3.3.2普通饼式绕组的温差（τqb）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≤110kV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5K～10K左右。
普通饼式绕组的温差按下式计算：
式中：
qqb—被计算绕组的热负载（W/m2），按公式（7.9）计算；
Δτδ—被计算绕组的绝缘校正温差（K），按下式计算：
Δτδ=0.00305（δt－0.45）qqb[K]（7.14）
其中：
δt—被计算绕组的导线间绝缘厚度（mm），一般δt=At－a
当线饼有附加绝缘时，应考虑其附加绝缘包不紧，δt按表7.2计算：
表7.2线段有附加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δt
图例
Δ
Bq
At
a
Bq
≤100
Bq=101～150
Bq
=151～200
Δτh—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：
Δt—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：
Bq—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；
hdy—油道高度（mm）；
qqb—被计算绕组的热负载（W/m2），按公式（7.9）计算。
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温升计算
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7
3.5
=
hdy
2.5
=
hdy
10
=
hdy
3
=
hdy
4
=
hdy
2
=
hdy
5
=
hdy
6
=
hdy
7
=
hdy
8
=
hdy
4.5
=
hdy
9
=
Δt（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（Δt）曲线
3.4饼式绕组的温升（θqb）计算
θqb=τqb+θy≤63K（7.17）
式中：
τqb—被计算绕组的温差（K）；高功能饼式绕组用τqg,按公式（7.10）计算；
普通饼式绕组用τqb,按公式（7.11）至公式（7.13）计算；
θy—油平均温升（K），按公式（7.46）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：
θys=（1.3θy+θy）/2=1.15θy。
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4油温升计算
4.1箱壁几何面积（Sb）计
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