油浸电力变压器温升计算设计手册.docx

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1、设计手册油浸电变压器温升计算版日签次|期|字 旧底图总号第01页1概述SB 1-007.71.1热的传导过程SB1-007.71.2温升限值SB1-007.71.2.1连续额定容量下的正常温升限值SB 1-007.71.2.2在特殊使用条件下对温升修正的要求SB 1-007.71.2,2.1正常使用条件SB 1-007.71.2.2.2安装场所的特殊环境温度下对温升的修正SB 1-007.71.2.2.3安装场所为高海拔时对温升的修正SB 1-007.7SB1-007.7页 页页页页页页页 1 1 2 2 2 2 2 3 際 傑鐸傑傑聲堂秀层式绕组的温差计算2.1层式绕组的散热面（Sqc）计算

2、SB1-007.72.2层式绕组的热负载（qqj计算SB1-007.72.3层式绕组的温差（T qc）计算SB 1-007.72.4层式绕组的温升（町）计算SB1-007.73饼式绕组的温升计算SB1-007.7页 页页页页 页 3 3 3 4 4 4 劣 劣劣劣 劣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3.1.2饼式绕组的横向散热面（Sqbh）计算3.2饼式绕组的热负载（qqb）计算3.3饼式绕组的温差（Tqb）计算3.3.1高功能饼式绕组的温差（1 q J计算3.3.2普通饼式绕组的温差（T ,）计算3.4饼式绕组的温升（Gqb）计算4油温升计算

3、4.1箱壁几何面积（Sb）计算4.2箱盖几何面枳（SJ计算4.3油箱有效散热面（SQ计算4.3.1平滑油箱有效散热面（Syx）计算4.3.2管式油箱有效散热面（Syx）计算4.3.3管式散热器油箱有效散热面（svx）计算4.3.4片式散热器油箱有效散热面（Svx）计算SB1-007.7SB1-007.7SB 1-007.7SB1-007.7SB1-007.7SB1-007.7SB1-007.7SB1-007.7SB 1-007.7SB1-007.7SB1-007.7SB 1-007.7SB1-007.7SB 1-007.7SB1-007.7SB 1-007.7页页页页页页页页 4 4 5 5

4、5 5 6 7 多劣考考劣劣页 页页页页页页页8 8999101214劣 考考考負劣页页页页 页 页页页页页页页页页页页页页页页页页页页页页页页页页页页页页页页21222222 2 2 2 2 2222222222282829292929303031384.4油平均温升计算SB1-007.74.4.1油箱的热负载（qx）计算SB 1-007.74.4.2油平均温升（6 v）计算SB1-007.74.5顶层油温升计算SB1-007.75强油冷却饼式绕组的温升计算SB1-007.7&P 劣劣劣a5.1 强油导向冷却方式的特点SB1-007.75.1.1线饼温度分布SB 1-007.75.1.2横向

5、油道高度的影响SB 1-007.75.1.3纵向油道宽度的影响SB 1-007.75.1.4线饼数的影响SB 1-007.75.1.5挡油隔板漏油的影响SB 1-007.75.1.6流的影响SB1-007.75.2强油冷却饼式绕组的热负载（qqP）计算SB 1-007.75.3强油冷却饼式绕组的温差（Tqp ）计算SB 1-007.75.4强油冷却饼式绕组的温升（Bqp）计算SB 1-007.75.5强油风冷变压器本体的油阻（AHt）计算SB1-007.75.5.1油管路的油阻（ Hg）计算SB 1-007.75.5.1.1油管路的摩擦油阻（AHm）计算SB 1-007.75.5.1.2油管路

6、特殊部位的形状油阻（AHx）计算SB 1-007.75.5.1.3油管路的油阻（AHg）计算SB 1-007.75.5.2线圈内部的油阻（ Hq）确定SB 1-007.75.5.2.1线圈内部的摩擦油阻（AHqm）计算SB 1-007.75.5.2.2线圈内部特殊部位的形状油阻（AHqT）计算SB 1-007.75.5.2.3线圈内部的油阻（ Hq）计算SB 1-007.75.5.3额定油流量（Qr）下的变压器本体的油阻（AHt）计算SB1-007.75.6强油风冷的实际油流量（Q）计算SB 1-007.75.6.1冷却回路的总油阻（AHz）计算SB 1-007.75.6.2强油风冷的实际油流

7、量（Q）计算SB 1-007.75.7强油风冷冷却器的冷却容量（Pfp）计算SB 1-007.75.7.1强油风冷油平均温升（0 yp）的初步确定SB1-007.75.7.2单台冷却器的冷却容量（P、P）的初步确定SB1-007.75.7.3风冷却器工作的数量（Nfp）确定SB 1-007.75.7.4强油风冷却器单台实际冷却容量（Pfp）计算SB 1-007.75.8强油风冷油平均温升（ yp）计算SB 1-007.75.9强油风冷冷却器的技术数据SB 1-007.75.10强油水冷冷却器工作的数量（Nsp）确定SB 1-007.7第第第第第第第第第第第第第第第第第第第第第第第第第第第第第第

8、第版II签次期字旧底图总号底图总号日期签字1概述1.1热的传导过程会签描图卷 号旧底图总号底图总号签字II期设计手册油浸电变压器 温升计算代替共39页第1页变压器运行时,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

9、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。a）层式线圈两面散热b）层式线圈一面散热c）饼式线圈四面散热Bg -图7.1沿线圈辐向方向的温差分布（箭头表示传热方向）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,从面使油温逐渐上升。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,从面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

10、壁时,将部分热量传给它们,使油温下降面箱壁或油管壁 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,面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SB 1-007.1 资料来源标记处数更改文件号提出部门

11、实施口期油浸电变压器温升计算 共39页第2 页 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

12、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?.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

13、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正常使用条件版日 签 次|期|字 旧底图总号海拔不超过1000 m。底图总号日期 签字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油浸电变压器温升计算共39页第3页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

14、按冷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；最咼年平均温度+ 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1.2.2.3安装场所为高海拔时对温升的修正安装场所海拔高于1000m,而试验场地海拔低于1000m时,自冷式变压器（AN） 绕组平均温升限值应按海拔每增加400m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。试验场地海拔高于1000m,而安装场所海拔却低于1000m时,温升限值应作相应 的增加值

15、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（SqJ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:Sqc = mzh27rKSJRsj HkjxlQ-6 m2（7.1）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

16、;Ksj 一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Kq = 0.8, 1.0 mm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 （ Nj bctj / 2兀 Rsj ）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（SB1007.2）。2.2 层式绕组的热负载（qq）计算qqcPr

17、 1 +Kf %100 )SqcW/m2（7.2）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;Kf% -被计算绕组的附加损耗系数（）,见负载损耗计算（SB 1-007.6）;Sqc 一被计算绕组的散热面（m2）,按公式（7.1）算。油浸电变压器温升计算共39页 第4页2.3 层式绕组的温差（t qc）计算Tqc = 0.065 qc8 + ATt+ATcm 25

18、K（7.3）式中:qqc -高压或低压绕组的热负载（W/n?）,按公式（7.2）计算;- -被计算线圈的层间绝缘校正温差（K）,当6 cm0.64rnrn,按0.64mm计算; cm= 0.002 8 cm （me -2 ms） qqc K （7.5）其中:8 cm -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（0 qc）计算9qc = qc + 9y 63 K（7.6）式中:Tqc -高压或低压绕组的温差（K）,按公式（7.3）计算;0 y -油平均温升（K）,按公式（7.46）计算

19、。3饼式绕组的温升计算2.1 饼式绕组的散热面（Sqb）计算2.1.1 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1.0 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下式计算:s廿 mzh 2兀 KSjRSj% Btjxl0-6 m2（7.7）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

20、般按下列选取: 瓦楞纸板取 1=0.85,撑条帘取Kj = 0.8, 1.0 mm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 - （ Nj bctj/ 2Tl Rsj ）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 一被计算轴向散热面处与线圈表面直接接触的撑条数;bp -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;Bj 一被计算绕组的线饼中绝缘导线宽度（mm）。油浸电变压器温升计算共39页 第5页2.1.2 饼式绕组的横向散热面（S

21、qbh）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L5mm 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:Sqbh= mzh（2n Rp -Ndk bdk ） m A,nd x2 x IO-6 m2 （7.8）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-OO7.2）;Ndk 一被计算绕组的线饼中横向油道垫块数;bdk 一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

22、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。2.2 饼式绕组的热负载（qq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;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 一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（

23、m2）,按公式（7.8）计算;a t 一被计算绕组的导线绝缘校正系数,当 1.75a时，取a t=1.0, 当 A（1.75a 时，取a 尸 A 1.75 a ;其中: -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 =6 t8 t -被计算绕组的导线绝缘（两边）厚度（mm）。2.3 饼式绕组的温差（计算3. 3.1高功能饼式绕组的温差Gqg）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。Tqg = 0.065 q；b8 2

24、5 K（7.10 ）式中：qqb 一高功能饼式高压或低压绕组的热负载（W/n?）;按公式（7.9）计算。共39页|第6页3. 3.2普通饼式绕组的温差（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UOkV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:自冷式内线圈:%=0.410+ a% 25 K(7.11)自冷式外线圈:%=0

25、.358+ ATh 25 K(7.风冷式内外线圈:%=0.159qb +厶+ a7 25 K（7.13）式中:qqb -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 （8 t-0.45） qqbK（7.14）其中：8 t 被计算绕组的导线间绝缘厚度（mm）, 一般8 t = Ata当线饼有附加绝缘时,应考虑其附加绝缘包不紧,8 t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8 t图例Bq 280 ;在4个吊拌处4X2歹(共8歹)的 油管也应缩短,即当变压器

26、总重V 10 t时,hi 260,变压器总重120 t时,320, 以便于操作。图7.5扁管不意图表7.4 1.6X18X55扁管数据表直线长 1 tz (mm)中心距 a (mm)弯曲 半径 R( (mm)至箱盖 距离 h (mm)至箱底 距离 h? (mm)两排管间 中心距 aIn(mm)两列管间 中心距 bti(mm)每米散 热面S, (m m)每米扁管 重量g, (kg / m)每米油 重量 (kg / m)55451950140858075350.12561.520.53811545019501508590753519075019501508511075352651250195015

27、0851207535注:扁管中心距Ct为50 mm级。扁管式油箱有效散热面(Syx)按下式计算:Syx= Kg Sg + (Sb-Stzg) + (ESt+StZg) KtbKtp m2(7.25)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 ;Sg -箱盖几何面积(n?),按公式(7.20)计算;Sb -箱壁几何面积(n?),按公式(7.18)计算;Stzg -扁管在箱壁上遮盖面积(m2),按下式计算:Sug - (mtm - 1) btl Hb X10m2(7.26)版次II 期签字旧底图总号底图总号日期签字油浸电变压器 温升计算共39页第1

28、1页mtm -扁管每排根数;bn 两列管间中心距（mm）,扁管取%| = 35 ;Hb 一油箱壁高度（mm）;ESt -扁管总的几何面积（in?）,按下式计算:ESt = st m2 其中:s,-每米几何散热面（n?）,见表7.4 Lt -扁管总长度（m）,按下式计算:Lt = mt （lt -12） X10-3 mm, 一扁管根数;It 一扁管每根展开长（mm）,按中心线展开尺寸计算后减去f（/M911 - Ct + 2 1 tz-2 Rt-dtn+北（Rt + dtn/2） / mm如1.6X18X55扁管每根展开长计算如下:当 Rt=140 时：/； = Ct + 21 tz + 172

29、当 Rt=15O 时：lt = Ct + 2ltz + 184其中:Ct 扁管中心距（mm）,见表7.4及图7.5;Itz -扁管端部直线部分长度（mm）,见表7.4及图7.5;Rt 扁管弯曲半径（mm）,见表7.4及图7.5;dtn-圆管直径或扁管宽度（mm）,扁管取dtn = 55 ;1 -扁管按中心线展开尺寸计算的修正量（mm）,当 Rt=140 时,1= 19, 当 Rt=15O 时,r= 18Ktb-扁管表面系数,按下式计算或见表7.5 ;u45 丄 Sd + 55 Sf _ 45 gr （nd, nIn+btl ）+55 bd(7.27)(7.28)或 18 )；(7.29)? Q

30、nl70 SD-70 （ndtnln+btl ）Sd-扁管对流散热面（n?）,按下式计算:SD = Ct（7i dt ntn + bti）X10-67.31Sf-扁管辐射散热面（?）,按下式计算:SF = Ct bt, X 10今7,32Ct -扁管中心距（mm）,见表7.4及图7.5;g痢土j宀城亠土 , , 表7.5扁管系数表版次II 期签字旧底图总号Qt阳目寺双旦 , Qt -4u,ntn 扁管排数;bn 两列管间中心距（mm）,扁管取bti = 35;M r仝气阻系数,ntn 3： R r-LO ；ntn = 4:卩 r=0.9;Ktp 一扁管排列系数,见表7.5 排数 n t n表面

31、系数 Klb排数系数 Ku,10.8141.00底图总号20.7390.9630.7110.94日期签字40.6300.91共39页第12页4.3.3 管式散热器油箱有效散热面(Syx)计算Syx= KgSg + KbSb+ ESlsm2(7.33)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 ;Kb 一箱壁有效散热系数,自冷式取Kb=1.0 ,风冷式取Kb=1.05 ;Sg 一箱盖几何面积(n?),按公式(7.20)计算;Sb -箱壁几何面积(n?),按公式(7.18)计算;汇S扁管散热器总有效散热面积(n?),按下式计算:ZjSts = mt

32、s sts m (7.34)式中:ms扁管散热器只数;s,s每只扁管散热器有效散热面积(m2),单面扁管式散热器见表7.6 ,双面扁管式散热器见表7.7a) 88、10、120管双面b) 44管里面图7.6扁管式散热器表7.6单面扁管式散热器数据表(如图7.6 b)名称代号 5ET.423.中心距CK(mm)总高Hts(mm)H1(mm)厚 3(mm)几何面 (m2)有效散热面s,Amr)散热器重Sts (kg)油重(kg)总重“ (kg)版次II 期签字自冷风冷44管单面扁管 散热器.309.11650206080011.78.320576281旧底图总号底图9号.309.21880229090012.99.1522081301.309.320002410100013.69.6522983312.309.422852695120015.110.724789336.309.524852895130016.211.526193354日期签字油浸电 变压器 温升计算共39页第13页表7.7双面扁管式散热器数据表(如图7.6 a)名称代号 5ET.423.中心距 Cts(mm)总咼厚 ls (mm)儿何面 *)有效散热面s“(m2)散热