CN106096256B - 油浸式变压器固体混合绝缘系统分界温度及配置比例的计算方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种油浸式变压器固体混合绝缘系统分界温度及配置比例的计算方法。将耐热等级较低的传统纤维素纸热点温度作为固体混合绝缘材料的分界温度，基于变压器绕组温度分布，确定分界温度值对应的绕组结构位置，根据变压器绕组温度随绕组轴向高度的增加按非线性升高的规律，从而确定固体混合绝缘材料的配置比例。本发明提出的方法能定量计算出固体混合绝缘材料的分界温度值和配置比例。

Description

油浸式变压器固体混合绝缘系统分界温度及配置比例的计算 方法

技术领域

本发明涉及一种油浸式变压器固体混合绝缘系统分界温度及配置比例的计算方法。。

背景技术

绝缘系统的安全可靠是变压器正常运行的基本条件，变压器绝缘老化将导致其承受短路电流、过电压能力的下降，极易在外因触发下发生内部放电，甚至造成绝缘击穿而发生故障，大量资料表明多数变压器故障是由其绝缘性能劣化引起的。油浸式变压器内部采用绝缘油和绝缘纸构成的油纸绝缘系统，研究表明纸绝缘老化程度对油浸式变压器的寿命起决定作用。兼顾可靠性和经济性，在变压器绕组高温部分采用耐高温绝缘纸、绕组低温部分采用传统纤维素绝缘纸的固体混合绝缘系统能提升变压器的性能及寿命。为此研究油浸式变压器固体混合绝缘系统分界温度及配置比例的计算方法对固体混合绝缘系统的油浸式变压器制造和设计具有重要意义。

发明内容

本发明的目的是提供一种油浸式变压器固体混合绝缘系统分界温度及配置比例的计算方法。上述的目的通过以下的技术方案实现：

（1）确定油浸式变压器固体混合绝缘系统相对老化率

相对老化率是变压器实际寿命与基准寿命的比值，油浸式变压器的常规绝缘为纤维素纸、矿物油。因此以纤维素绝缘纸、矿物油常规绝缘系统的油浸式变压器在热点温度98℃下连续运行20年为油浸式变压器寿命基准；

根据固体混合绝缘系统变压器设计寿命要求，确定变压器设计寿命N；则该固体混合绝缘系统变压器的相对老化率V ₁为：

（2）计算固体混合绝缘材料的分界温度值

温度为绝缘纸性能劣化的重要影响因素，因此以热点温度为依据来确定混合纸绝缘的分界点。固体混合绝缘系统采用新型绝缘纸与传统纤维素纸作为绝缘材料，新型绝缘纸耐热等级高于传统纤维素纸，所以确定混合绝缘系统油浸式变压器中两种绝缘纸的温度分界值，以耐热等级低的纤维素绝缘纸计算；

基于热点温度计算常规绝缘系统变压器相对老化率，计算式如式：

式中，θ _h为常规绝缘系统油浸式变压器热点温度。采用纤维素绝缘纸、矿物油常规绝缘系统的油浸式变压器在热点温度98℃下连续运行，预期寿命为20年，相对老化率为1；

将式1）代入式2）可得在该固体混合绝缘系统变压器N年寿命要求条件下，纤维素绝缘纸允许承受的最高热点温度θ _h1，即固体混合绝缘材料的分界温度值：

（3）确定固体混合绝缘材料的配置比例

油浸式变压器内部热量因热浮力和重力驱动形成自然对流，温度呈轴向阶梯分布，随着绕组轴向高度的增加变压器绕组温度非线性升高。首先分析变压器绕组温度分布，确定变压器绕组温度分布的定量值与绕组结构的对应关系；再根据式3）得出的分界值温度确定分界温度值对应变压器绕组的具体位置，该位置即为固体混合绝缘材料的分界位置；

油浸式变压器绕组温度随着绕组轴向高度的增加呈非线性升高，所以在分界位置以下采用传统纤维素纸，分界位置以上采用新型绝缘纸。分界位置以下至绕组底部高度h ₁与分界位置以上至绕组顶部高度h ₂之比即为油浸式变压器混合绝缘系统混合绝缘材料的配置比，如式：

C为混合绝缘材料的配置比例；

有益效果：

1.本发明方法通过相对老化率及热点温度能准确计算出油浸式变压器固体混合绝缘系统的分界温度；

2.本发明方法通过结合分界温度与变压器绕组热点温度分布规律能准确计算出混合绝缘纸的配置比例。

Claims (1)

1.一种油浸式变压器固体混合绝缘系统分界温度及配置比例的计算方法，其特征在于：在油浸式变压器固体混合绝缘系统设计中，该方法能定量计算出混合固体绝缘材料的分界温度值，结合变压器的温度场分布，能确定混合固体绝缘材料分界位置及配置比例；该方法包括如下步骤：

(1)确定油浸式变压器固体混合绝缘系统相对老化率

以纤维素绝缘纸、矿物油常规绝缘系统的油浸式变压器在热点温度98℃下连续运行20年为油浸式变压器寿命基准；

根据固体混合绝缘系统变压器设计寿命要求，确定变压器设计寿命N；则该固体混合绝缘系统变压器的相对老化率V₁为：

(2)计算固体混合绝缘材料的分界温度值

固体混合绝缘系统采用新型耐高温绝缘纸与传统纤维素纸作为绝缘材料，新型绝缘纸耐热等级高于传统纤维素纸，所以确定固体混合绝缘系统油浸式变压器中两种绝缘纸的温度分界值，以耐热等级低的纤维素绝缘纸计算；

基于热点温度计算常规绝缘系统变压器相对老化率，计算式如式：

式中，θ_h为常规绝缘系统油浸式变压器热点温度；采用纤维素绝缘纸、矿物油常规绝缘系统的油浸式变压器在热点温度98℃下连续运行，预期寿命为20年，相对老化率为1；

将式1)代入式2)可得该固体混合绝缘系统变压器中纤维素绝缘纸允许承受的最高温度θ_h1，即固体混合绝缘材料的分界温度值：

θ_h1＝log₂(V₁)×6+98 3)

(3)确定固体混合绝缘材料的配置比例

油浸式变压器内部热量因热浮力和重力驱动形成自然对流，温度呈轴向阶梯分布，随着绕组轴向高度的增加变压器绕组温度非线性升高；

首先分析变压器绕组温度分布，确定变压器绕组温度分布的定量值与绕组结构的对应关系；再根据式3)得出的分界值温度确定分界温度值对应变压器绕组的具体位置，该位置即为固体混合绝缘材料的分界位置；

油浸式变压器绕组温度随着绕组轴向高度的增加呈非线性升高，所以在分界位置以下采用传统纤维素纸，分界位置以上采用新型耐高温绝缘纸；分界位置以下至绕组底部高度h₁与分界位置以上至绕组顶部高度h₂之比即为油浸式变压器固体混合绝缘系统固体混合绝缘材料的配置比，如式：

C为固体混合绝缘材料的配置比例。