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摘 要：介绍了大型变压器在急救负载或冷却器停运两种特殊情况下绕组热点温度的变化情况，验证了GB/T15164—1994《油浸式电力变压器负载导则》的有关内容。
关键词：变压器；特殊温升试验；热点温度；标准
1 概述
按照GB1094.2—1996《电力变压器 第2部分 温升》的规定，大型变压器温升试验是在额定运行状态(严格讲应该是在模拟的额定运行状态)下进行的，该试验为变压器的型式试验内容之一。试验中所测得的绕组温升为平均温升。这个绕组平均温升，以及变压器油的温升等是考核变压器热特性的重要指标。若温升不合格，变压器就不能作为合格品出厂。但对变压器的运行来说，只知道绕组的平均温升是不够的。因为变压器能否安全运行以及寿命的长短，不仅与绕组的平均温升有关，而且与绕组中某一局部区域所达到的温度有关。变压器绕组最热区域的温升可能比绕组平均温升高出很多，并可能使该区域的绕组绝缘产生累积性的老化，进而损坏，导致变压器故障。GB/T15164—1994《油浸式电力变压器负载导则》(以下简称《负载导则》)第6节指出，绕组最热区域所达到的温度，是变压器负载最关键的限制因数，故应尽一切努力来准确地确定这一温度值。
如果说变压器在额定运行状态下绕组最热区域的温度(即最热点温度)的升高对变压器安全运行和使用寿命的影响还不是十分明显的话，那么在故障状态运行时，这种影响就可能比较突出了。这里说的故障状态，主要仅指两种情况，一是变压器的超铭牌容量运行，即所谓急救负载(包括长期急救负载和短期急救负载)；二是变压器的负载情况(如额定负载)正常，但冷却系统(指强迫油循环风冷却变压器)因故障停止运行。这两种情况都将导致绕组局部过热加剧，即最热点温度升高，影响变压器的安全运行。
对于变压器在额定运行状态下绕组热点温度的变化情况，我公司产品在做温升试验时(应用光纤测温技术)对不同电压等级的多台变压器绕组的热点温度进行了测量，找出了最热点温度的位置和数值，《变压器》杂志1995年第11期已有专文对其作过介绍。此后，为了验证大型变压器在故障状态下运行时绕组的热点温度的变化情况，检验大型变压器在故障状态下的热特性，公司又对一台220kV级大型变压器进行了模拟其故障运行状态下的温升试验，测量绕组热点温度。由于这种试验不是标准规定的试验项目，故本文称之为特殊温升试验。以下就这次试验情况作一些扼要的介绍。
2 试验产品的主要技术数据
型号：OSFPS8-120 000/220
额定容量：120 000/120 000/60 000kVA
额定电压：(230±2×2.5%)/121/38.5kV
额定电流：301.2/572.6/899.8A
负载损耗(计算值)：高中运行301kW
高低运行269kW
中低运行265kW
空载损耗(计算值)：59.2kW
频率：50Hz
联结组别：YNa0d11
冷却方式：ODAF
3 试验方法与试验结果
3.1 试验方法
此次试验仍使用OFTM-8A型光纤温度测量仪测量绕组热点温度。8个光纤温度传感器沿B相高压绕组高度方向埋设在不同线段(饼)下的油道中，使传感器处于线段(饼)中间偏向铁心一侧，紧贴被测导线。从横向看，8个传感器都处于绕组2、3撑条间(见图1)。
埋设传感器前用计算机预先对绕组各段的温度进行计算，大致确定最热点所在位置和数值。
试验分以下3个步骤进行：
(1)按常规程序进行温升试验，加相当于额定总损耗的负载电流(大约为额定电流的1.06倍，即I=1.06IN,IN为额定电流)。待温升稳定(约8h)后再降为额定电流运行1h，测量绕组热点温度(此时绕组最热点温度为80.8℃，顶层油温为60.6℃)。
(2)9h后仍加额定电流，但停开冷却器的风扇和循环油泵，保持额定电流运行约2.5h，然后切断变压器的负载电流，重新开启风扇和循环油泵，使变压器冷却。待变压器顶层油温降至60℃左右(即额定电流运行时的油温)时，开始进行第三步试验，即超铭牌容量试验。
(3)先加额定电流，使最热点的温度重新达到81℃(接近额定电流运行时的最热点温度为80.8℃)时，再加1.5倍额定电流运行约2.5h。
在整个试验过程中，最热点温度的变化情况如图2所示。
这里需要说明一点，在第二步试验结束，第三步开始之前，变压器顶层油温已降至60℃左右，但此时绕组的最热点温度已降至80.8℃以下，故第三阶段试验开始时先加额定电流运行，
使绕组最热点的温度接近原来的80.8℃后，再加1.5倍额定电流运行。这个过程很短，只几分钟时间，故在图2中略去。
根据《负载导则》，大型变压器在长期急救负载下运行时，负载电流的最大允许值为额定电流的1.3倍，热点温度不超过130℃。在这个条件下，变压器应能持续运行几周甚至几个月。在短期急救负载时，负载电流最大允许值为额定电流的1.5倍，热点温度不超过160℃，允许运行时间一般应小于0.5h。由于受生产进度限制，此台变压器在额定负载状态下的温升试验完成后，不允许再做长时间的超铭牌容量运行试验，只做了1.5倍额定电流下的短期急救负载试验，时间为2.5h。
3.2 试验结果
整个试验过程都采用光纤温度测量仪跟踪测量各测点温度，自动显示并打印出测量结果。
表1为额定电流运行时各测点的温度，表2、表3、表4为最热点(第9段)温度的变化情况。图2为根据表2、表3、表4数据绘出的最热点温度变化情况的曲线。
4 试验结果的简要分析
(1)从表4可以看出，当变压器绕组中电流从额定值(此时绕组的最热点温度为81℃，接近80.8℃)增加到1.5倍额定电流后，最热点的温度快速上升，20min内从81℃增加到97.2℃，增加了16℃左右，40min后温度上升到了103.6℃。到2.5h后试验结束时，最热点温度上升到了115.5℃，此时温度上升的速度已大为减缓。
同样，当变压器保持额定电流运行，冷却系统突然停止工作时，绕组的热点温度也会迅速上升，2.5h后热点温度达到了116.2℃，但此时温度上升的速度已同样减缓，基本上只随油温的上升而上升了。
(2)根据《负载导则》，绕组热点温度为98℃时，绝缘的相对老化系数为1(老化系数的计算方法参见《负载导则》第9节)。变压器在额定负载下运行时具有预期的正常寿命。绕组热点温度低于98℃时，温度每降低6K，老化系数降低一半，变压器的寿命将增加一倍；绕组的热点温度如高于98℃，则温度每增加6K，老化系数增加一倍，变压器的寿命降低一半。以98℃为基准，运行时增加和降低热点温度对变压器寿命的影响可以相互弥补，即增加温度变压器寿命的损失可由降低温度寿命的延长来抵消，一般称此为6度法则。但热点温度不能超过140℃，超过140℃时变压器油要发生裂解。
《负载导则》规定，变压器在1.5倍额定电流下的运行时间一般应小于0.5h；变压器在额定负载电流下运行，强油循环风冷却的变压器的冷却系统突然停止工作时，有的运行部门规定只允许运行20min。对运行部门来说，要在这么短的时间内妥善处理变压器或电力系统的故障是很紧张的。根据此次试验结果，无论是在1.5倍额定电流(即短期急救负载)下运行，还是在额定电流下冷却系统突然停开，2.5h后热点温度都在115℃左右，距140℃尚远。单从这台产品来看，把运行部门紧急处理故障的时间延长到1～2h，是不会有大的风险的。当然，这只是一台产品的试验结果，这种情况是否具有普遍性，还需做更多的试验。
还有一点需加以说明，此台及以前做过热点温测试验的几台产品，都只测了高压绕组的热点温度，所谓的最热点也只是高压绕组的最热点。但根据理论上的分析，绕组中发热最严重的部位一般应在低压绕组，但由于一些客观原因，一直未对低压绕组的热点温度进行过实际测量。 (3)作为变压器的特殊温升试验，除了在急救负载和冷却系统停运条件下的试验外，还应有其它一些内容。例如有的运行部门就提出，在变压器施加额定电压的情况下，低负荷(额定值30%以下)或空载时作温升试验(冷却系统停开)，目的在于考核变压器在低负荷时是否可以停开冷却系统。当然，此时试验的目的已不是考核绕组的温升而主要是考核铁心的发热了。
随着输变电技术的发展，特别是一些高新技术的采用，过去不曾考虑过的一些温升方面的特殊要求已开始由用户提了出来，今后这项工作如何开展，需要做哪些特殊温升试验项目，只能由变压器生产厂家和用户根据实际需要共同协商确定。
参考文献：
［1］朱英浩. 探测绕组低温过热的方法［J］. 变压器，1995，32(1)，2-5.
［2］GB/T 15164—1994，油浸式电力变压器负载导则［S］.
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