過載能力

力變壓器的過負荷能力

發布:2009-6-1017:04|作者:wuguosheng|來源:本站|查看:4次|字號:小中大

從熱老化的觀點出發，只要絕緣強度不下降，就可以長期過載運行。

對油浸式變壓器，只要繞組溫度不超過98度，油溫不超過85度，對絕緣強度影響不大，可

以長期運行

對干式變壓器按制造廠規定，視其絕緣材料而定

眾所周知，變壓器過載運行會使溫度升高，加快變壓器絕緣的老化過程，降低變壓器的使用

壽命。據研究統計，絕緣工作時的溫度每升高8度，其壽命會減少一半。

但實際運行中，大部分變壓器的負載都不是始終不變的常數，因此，變壓器在不損壞繞組絕

緣和不降低使用壽命的情況下，可以在短時間內過載運行，，但堅決不允許長期過載運行。

具體數值大概如下：

（1）當超過負載1.3倍時，室外變壓器允許過載時間為2h，室內為1h；

（2）當超過負載1.6倍時，室外變壓器允許過載時間為30min，室內為15min；

（3）當超過負載1.75倍時，室外變壓器允許過載時間為15min，室內為8min；

（4）當超過負載2.0倍時，室外變壓器允許過載時間為7.5min，室內為4min.

瓦斯繼電器動作值由變壓器生產廠家在出廠前設定；1000KVA及以上容量的油浸式變壓器

才裝設有溫度信號計，一般規定正常運行時上層油溫不超過85°，否則應發出信號提示值

班人員。最高不超過95°，超過則動作于跳開變壓器各側開關。

在冷卻條件好，的情況下，允許一定的過負荷運行，但一切的過負荷運行都有依據

當主變過負荷1。2倍時，即電流達到額定電流的一點二倍，相應損耗增加是這樣的

設定主變在最大效率運行，即銅耗等于鐵耗，而電流增加一點二倍時，銅耗增加的倍數是1。

44倍，在電壓不變的情況下

鐵耗不變，那么總損耗相應增加到1。22倍。這將造成變壓器的溫度升高。這個溫度具體會

上升到多少，可以通過溫升試驗求出來。另外環境溫度也是一個重要的因素，冬天氣溫低，

過負荷的倍數相應可以高點，因為變壓器的散熱條件好，天氣熱的時候反之。

當溫升試驗做出來的溫度值低于銘牌值，主變允許長時間過負荷運行。但要考慮線圈有局部

過熱的危險。

溫升較高時你也要長時過負荷運行，那根據絕緣的六度法則：當絕緣體的平均溫度比允許的

正常溫度每上升六度時，絕緣的壽命減少一半。這就是代價。

綜上所說，1。2倍負荷長時運行，取決于主變溫升。

長時間運行是個模糊的時間，不好說。實際運行中，我見過S9－200/10的配電變壓器實測

負荷到300kVA的情況，負荷大部分是軋花廠（電機負荷），每年九月左右開始到10月左右

結束，變壓器沒燒。還有110kV20000的變壓器，7型的鋁線圈，高峰期帶到26000kVA，高

峰期每天約4小時，持續1個月左右，也沒問題。但個人意見認為，變壓器超負荷運行20％

一般應該沒問題，主要是上次聽了一個非合金變壓器廠的推介會，會上介紹了變壓器鐵芯設

計中磁密度的事情，變壓器過載多少，不能讓鐵心磁密飽和，磁密飽和后，大量能量消耗在

鐵心上，輸出嚴重下降，油溫也就高了。若磁密飽和到一定程度，采取任何散熱手段也不行

了。變壓器過載能力的大小，關鍵在于廠家采用的鐵心硅鋼片磁密飽和度與設計滿載運行時

的磁密度之間的差距，還有散熱設計上的預度了。一般廠家設計滿載運行在80％－90％左

右的磁密度。但非晶合金的變壓器硅鋼片磁密飽和度較低，會不會影響這種變壓器的過載能

力，我還不知道。有這類變壓器使用經驗的們介紹介紹？

磁密主要是影響變壓器空損和噪音的重要參數吧？變壓器過載能力還是要看變壓器安全性

能，個人覺得還是和運行的溫度和材料熱穩定性能有關。過負荷運行時，電流的增大引起的

銅損增加，必然導致運行溫度的上升，材料的絕緣耐熱等級較差的話就可能因為線圈的絕緣

被破壞后引起匝間或段間短路使變壓器燒毀。油變的耐熱等級不過B級。國家規定的各耐熱

等級的變壓器系統運行的溫度限值參考的不就是材料的耐熱等級嗎？同容量的油變和干變，

干變的過載能力肯定優于油變。不過現在肯定有很多制造廠家為降低成本壓黃線設計或是材

料的代用（市場經濟競爭慘烈啊……），這種形勢下，過負荷運行還是我的老話：看廠家的

良心和你的運氣了……

引用

4.2.4電力變壓器的過負荷能力

1.過負荷才能

變壓器繞組盡緣在長期使用中，固然溫度無明顯變更，但其機械強度

卻逐漸下降。若碰到偶然震撼，易產生決裂而被擊穿。且隨溫度升高，

盡緣的機械強度與電氣強度的損傷和老化越嚴重。依據實驗，自然循

環油冷變壓器的繞組溫度在95℃時，變壓器的工作年限為20年。而

當120℃時，則為2.2年，若為145℃時，僅能工作3個月。變壓器

銘牌標示的功率是按持續應用20年所能輸出的最大功率。

變壓器在規定的環境溫度下正常工作年限為20年，斟酌到變壓用具

有必定的過負荷潛力，實際應用壽命要長一些。由于變壓器在運行時，

負荷不可能完整都到達變壓器的額定容量且堅持不變，在一晝夜中，

很多時間是在低于、甚至遠低于額定容量值下工作。變壓器運行時最

高氣溫為40℃，最高日均勻氣溫+30℃。而實際上不可能全年都固定

保持在這個溫度上。在變壓器容量選擇時，一般均考慮了體系產生故

障時變壓器應能過負荷運行的安全系數，正常工作時也達不到額定

值。變壓器過負荷才能是以變壓器負荷曲線的填充系數a和最大負荷

的連續時光為根據。

4-10

式中：Spj――實際容量均勻值；Ipj――實際電流平均值；It――實

際運行負荷曲線的安培小時數，即負荷曲線下所包抄的面積；

ImaxX24――按最大負荷工作24h的安培小時數；

依據填充系數決議的自然循環油冷雙繞組變壓器過負荷能力如表

4-3。由表中數據可知：當填充系數為0.5、最小負荷持續時間t＝6h

時,商標注冊，變壓器過負荷能力為20％額定值；同樣當填充系數為

0.5，t＝4h時為24％,糖尿病。可見，在4～6h內完整可能將故障變

壓器調換掉或緊縮次要負荷。

油浸自冷式電力變壓器許可過負荷百分率(％)表4-3

2.環境溫度的影響

變壓器正常應用的環境溫度是最高氣溫＋40℃，最高日均勻氣溫為＋

30℃。室外變壓器最低氣溫為-30℃，室內變壓器最低為-5℃。而油

浸變壓器頂層油溫規定為不超過環境溫度＋55℃。例如最高環境溫度

為＋40℃時，則變壓器的頂層溫度為＋95℃。假如變壓器的安裝地點

年平均氣溫θ≠20℃，則每升高1℃變壓器的容量應當減少1％。

選擇變壓器時，實際容量應斟酌溫度校訂系數Kθ。例如室外電力變

壓器的容量為SW.T，則：

(4-11)

式中：SNT――變壓器的額定容量(kVA)。

室內電力變壓器的出風口與進風口約有15℃的溫差，室內的環境溫

度一般比室外高出8℃。因此室內電力變壓器的容量應減少8％。室

內變壓器的容量為SNT

（4-12)

變壓器在運行中負荷是在不斷地變更的，如生產單位放工以后用電量

自然銳減，而變壓器的選擇是按變壓器在最大負荷時選擇的，所以是

可以讓變壓器在必定限度內過負荷的。圖4-9是最大負荷持續時曲

線。

圖4-9最大負荷連續時間曲線

3.變壓器的許可過負荷系數KOL(1)

依據日負荷曲線的負荷率β(或稱為填充系數)與最大負荷持續時間

t，查圖4-9中的曲線就可以得到負荷系數KOL(1)。例如當負荷率β

為0.6，最大負荷連續時光為11h，查曲線可得KOL(1)為1.10；又例

如當負荷率β為0.8，最大負荷持續時間為2h，查曲線可得KOL(1)

為1.12。

變壓器的過負荷與季節有關，稱作季節過負荷系數KOL(2)在夏季(即

6、7、8三個月)的平均日負荷曲線中的最大負荷Sm低于變壓器的實

際容量ST時，則每低1％就可以在冬季(12、1、2月)也過負荷1％，

但是這項過負荷不得超過15％，即其許可過負荷系數為：

4-13

假如同時斟酌上面兩種過負荷，則變壓器的總的過負荷系數為：

KOL＝KOL(1)＋KOL(2)－1

但是對于室內變壓器的過負荷不得超過20％。即KOL(2)≤1.2。對于

室外變壓器的過負荷不得超過30％。即KOL(2)≤1.3。所以在冬季變

壓器的正常過負荷才能(即最大出)為：

ST(OL)＝K0L?ST≤(1.2～1.3)?ST(4-14)

上式中的系數1.2實用于室內的電力變壓器，系數1.3實用于室外的

變壓器。

【例4-2】有一個居民區變電室電力變壓器的額定容量是500kVA。已

知日平均負荷率β＝0.8，日最大負荷持續時間為2h，夏季的平均日

最大負荷為417kVA，當地的年平均氣溫為＋15℃。求這臺變壓器的

實際容量及冬季的過負荷能力。

解：(1)變壓器的實際容量為：

可見實際容量大于變壓器額定容量，這表明變壓器是有潛力的。

(2)該變壓器在冬季時的過負荷能力：根據日平均負荷率β＝0.8，和

日最大負荷持續時間為2h，查圖4-9曲線可得KOL(1)＝1-12。根據

式(4-13)得：

所以可以按規定取KOL(2)通常不大于1.15，故取KOL(2)＝1.15。

冬季變壓器的過負荷系數為：

KOL＝KOL(1)＋KOL(2)－1＝1.12＋1.15－1＝1.27

由于室內變壓器的過負荷系數KOL應不大于1.2，所以在冬季變壓器

的過負荷能力為：

ST(OL)＝KOL?SNT＝1.2×485＝582(kVA)

4.變壓器的應急過負荷

當供電線路產生應急情形時，電力變壓器是有必定的應急過負荷能力

的，例如有兩臺電力變壓器并聯運行時，有一臺被切除了，而另一臺

能夠在短時內蒙受較大負荷的運行。表4-4是油浸自冷式電力變壓器

應急過負荷運行的容許時間。

油浸自冷式電力變壓器應急過負荷運行的容許時光。表4-4

表4-4表明過負荷越嚴重，則容許應急過負荷時間越短。

變壓器過負荷情況分析

要立即解決主變滿載或過負荷運行情況是不可能的，這需要整個電

網經過長期規劃建設才能實現。所以，在不影響變壓器自然壽命情況下，有效利

用變壓器過負荷能力是一種切實而有效地解決方法，既可增加供電量，提高效益，

又不影響設備的使用壽命。

一、變壓器的過負荷能力分析

220kV變電站有三臺變壓器，總容量共計303MVA。其中，1號主變63MVA，2

號、3號主變各120MVA。正常運行方式是2號、3號主變并列運行，1號主變熱

備運。由于設備條件限制，1號主變和2號、3號主變不能并列運行，這就限制

了1號主變額定容量的應用。

變壓器的額定容量，即銘牌容量是在規定的環境溫度下，長期能按這種容量

連續運行，并能獲得經濟合理地效率且具有正常的預期壽命(約20-30年)。實際

上變壓器的負荷變化很大，不可能固定在額定值運行，在短時間間隔內，有時超

出額定容量運行，在另一部分時間間隔內又是欠負荷運行。因此，有必要給出一

個短時容許負荷，即主變的負荷能力，它不同于額定容量。變壓器的負荷能力系

指在短時間內所能輸出的功率，在一定條件下，它可能超過額定容量。

過負荷的直接結果是繞組和變壓器油的溫度升高，影響變壓器的壽命。對我

局目前狀況而言，現在滿載運行，能滿足負荷需要。出現暫時的過負荷情況，是

變壓器運行規定允許的。

二、變壓器熱老化定律

變壓器的絕緣老化，主要是由于溫度、濕度、氧氣和油中的劣化產物引起的

化學反應引發的，其中高溫是促成老化的直接原因。運行中絕緣工作溫度越高，

化學反應進行得越快，絕緣老化越快。根據研究結果，變壓器的預期壽命與繞組

熱點溫度的關系得出：當變壓器絕緣的機械強度降至15%-20%時，變壓器的預期

壽命即算終止。因此工程上通常所說的相對預期壽命和老化率都牽涉繞組熱點溫

度，對于標準變壓器，在額定負荷和正常環境溫度情況下，熱點溫度的正常基準

值為98攝氏度，此時，變壓器能獲得正常預期壽命23-30年，也就是此時變壓

器老化率為1。

根據參考文獻可以得出以下結論：繞組溫度每增加6C，老化加倍，即預期

壽命縮短一半，既熱老化定律。所以，要嚴格限制變壓器超限過負荷。

三、等值老化原則

等值老化原則，就是使變壓器在一定時間間隔內絕緣老化和損耗的壽命等于

常數，這個常數應相當于繞組溫度在整個時間間隔內為恒定、熱點溫度98攝氏

度時變壓器所損耗的壽命。

為了判斷變壓器在不同負荷下絕緣老化的情況，可將變壓器在某一段時間間

隔內實際所損耗的壽命對繞組溫度維持恒定98攝氏度時所損耗壽命，求出其比

值，稱為絕緣老化率。

在一定時間間隔內，維持變壓器的老化率接近1，是制定變壓器過負荷能力

的主要依據。

四、變壓器的溫升

從以上分析中可以看出，主要以熱點溫度為基準。因為，它是造成變壓器絕

緣油老化的主要數據參數。然而，在實際運行中，要測到熱點溫度是很難的。在

實際運行過程中我們所能觀察到的溫度只有上層油溫，所以有必要從變壓器的溫

升分析中找到規律。

五、現階段我局變壓器運行情況

在運行過程中我局主變上層油溫年平均溫度在55-60攝氏度之間(根據對多

年運行參數的統計)，其遠低于常數75攝氏度，超出75攝氏度的時間并不多，

因此在事故或特殊方式情況下，主變短時過負荷運行時不會影響變壓器的壽命。

綜上所述，我局主變的過負荷運行的能力是有一定挖掘潛力的。有效利用主

變的過負荷能力，將更大地發揮主變的潛能，更好地利用設備的能力，使運行過

程中盡可能減少負荷損失，提高經濟效益。但由于其它原因的制約，發揮變壓器

的過負荷能力不能片面地只考慮變壓器自身的條件，還要全面考慮系統的運行情

況，對于變壓器的缺陷應給予全面的考慮。以上分析中已考慮到一部分余量，所

給出的數據在短時間應急時可以不考慮過多其它情況。當然，長時間過負荷運行

對變壓器的損害是非常大的。今年由于工業園區的建成，冬季我局可能會頻繁出

現過負荷情況，暫時用變壓器過負荷方式可以解決燃眉之急，但要完全解決這種

情況，還需加快電網的建設，不能完全依賴于變壓器的過負荷能力，變壓器的過

負荷能力只是一種應急(短期)措施。