风机与外壳对环氧树脂浇注干式变压器温升的影响
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摘 要：环氧树脂浇注干式变压器的运行可靠性与安全性，在很大程度上决定于它的绝缘性能，而其绝缘性能又与变压器的散热和产热密切相关。文章结合实际工作经验，分析了环氧树脂浇注干式变压器在有无风机、外壳的情况下分别对变压器温升的影响，以此希望对干式变压器温升情况和相关优化设计的研究提供一定的参考与借鉴。
关键词：风机；外壳；干式变压器；温升
随着我国城市化进程的加快，以及电网对供电可靠性要求的不断提高，深入城镇与居民区的城网变电站正日益增多。由于环氧树脂浇注干式变压器具有环境性能优越、运行噪声低以及绝缘强度高等特点，在当前得到了广泛的应用与普及。然而如果变压器内部产热和散热情况不佳，不仅会造成绝缘加速老化而影响到变压器的正常使用寿命，甚至会导致起火、爆炸等恶性事故的发生，带来严重的经济损失。为此，加强对环氧树脂浇注干式变压器在不同条件下，温升影响情况的研究，并以此作为对变压器实现优化设计的重要理论依据，对确保变压器和整个电网的安全、稳定运行都有着重要的现实意义。
1 无风机和外壳条件下的温升情况
1.1 变压器的温升情况
环氧树脂浇注变压器的温升产生，主要是由于变压器在运行中所引发的能量损耗所引发的，其中环氧树脂浇注干式变压器的温升主要包括了绕组和铁芯的温升。其过程是变压器在运行中所产生的损耗而转换为能量，使得温度升高，而热量则以传导、辐射和对流的方式进行扩散，当变压器在发热与散热的能量达到一定的平衡以后，则变压器各部分零部件的温度则会趋于稳定，此时变压器绕组的温度和周围空气温度的温差值，即被称为变压器绕组的温升值。我们通常意义上所说的变压器温升，均是指不含有风机与外壳条件下的变压器绕组温升值。
在《电力变压器》（GB1094.11-2007）中对变压器温升的计算与测量方法有着详细的规定，并限定了不同等级干式变压器的平均温升限值。标准中要求，对于绝缘系统温度为H级的干式变压器，在额定电流下的绕组平均温升限值为125K；绝缘系统温度为F级和B级的干式变压器，在额定电流下的绕组平均温升限值分别为100K和80K。
1.2 具体测量情况
对环氧树脂浇注干式变压器的温升测量，可通过电阻法进行。在实验过程中，应确保实验室温度和变压器温度的稳定性，并对变压器高、低压绕组的电阻值先测量，然后利用快速电阻测试仪对高、低压绕组在冷态时以及实验结束时的热态时电阻值进行测量，并将上述所测得的准确值作为计算绕组温升的基准值。
其具体的测量过程为，首先将温度传感器放置在变压器中心的铁心柱上方，实验中的所测变压器应在周围空间没有杂物存在的实验场所，以确保温升值测量的稳定与准确。然后在距离变压器1～2米的范围内，分四个方向设置4个对周围环境稳定测量的温度计，要求所放置的位置应避开被变压器风扇热风所吹到的位置，并每隔一小时对电压器的电压、电流、功率以及各部分温度都进行一次温度。当测量过程中柱顶层温升在每小时的变化率低于1K，且稳定维持三小时后，则可认为温升趋于稳定，即可结束实验。实验结束后应快速断开电压，并对短路线拆除，应在2分钟时间以内对第一组的电阻值准确记录，然后每隔30秒记录一次，供记录断电10分钟以内的电阻值。在图1、图2中即为本次实验中一台SCB10-400/10的环氧树脂浇注干式变压器在进行温升过程中，对断电后高、低压绕组的热态电阻值的记录。
通过图1、图2中的曲线可以分析得出在断电瞬间的热态电阻值，并结合冷态电阻值与周围温度，即可计算得到该变压器绕组温升。在下表1中即为该环氧树脂浇注干式变压器分别在高、低压绕组的温升值。
表1 无风机和外壳条件下变压器绕组的温升值
2 有外壳条件下的温升情况
环氧树脂浇注干式变压器可按照不同的防护要求和环境特征，进行不同外壳的选择。一般情况下通常采用IP20防护外壳，其可以避免蛇、鼠、雀等小动物或者直径大于12mm的固体异物的进入，从而为变压器带电部分提供了安全屏障，有效避免了短路、断路等恶性停电事故。同时，在IP20防护外壳门内还设置有限位开关、控制回路和外接高压断路器，当出现带电打开防护外壳时，会自行切断高压电源，从而保证了配电室人员和操作人员的人身安全，有效避免了触电伤亡事故的发生。
环氧干式变压器在采用防护外壳后，在散热和通风性能上必然会受到一定的影响，其中外壳的防护等级越高，其散热面积会越小，变压器在运行中的温升也会相应升高。因此在对干式变压器进行优化设计时，必须要考虑到不同防护外壳对变压器温升的影响，并可通过对变压器降容使用或加大防护外壳的通风面积，以消除不利的影响。本文实验中，对SCB10-400/10、SCB10-1000/10和SCB10-1600/10这三种不同额定容量的干式变压器，在带有IP20防护外壳的情况下实施温升测量，具体实验结果见下表2所示。
表2 三种干式变压器在带外壳条件下绕组的温升值
通过表2可以看出，干式变压器在有防护外壳的条件下，会导致变压器在散热和通风上受到一定的影响，变压器绕组的温升相比没有防护外壳的情况会高出6～10K左右，其具体数值的影响主要受到外壳防护等级、变压器容量大小以及外壳通风面积等多种因素影响。
3 有风机条件下的温升情况
环氧树脂浇注干式变压器在运行过程中，通过对风机的启动能够加快变压器周围空气的流动，从而对变压器绕组的温升也有着极大的影响。本文实验中对SCB10-400/10、SCB10-1000/10和SCB10-1600/10这三种不同额定容量的干式变压器，在有风机启动条件下的温升情况，其实验结果见表3所示。
通过表3我们可以看出，干式变压器由于风机的启动，极大降低了变压器在运行过程中绕组的温升，其低压绕组和高压绕组的温升分别降低25K和30K左右。其具体的温升的降低数值主要受到风机风量、变压器散热量以及风机结构等多种因素影响。通常在容量低于2500kVA的干式变压器设置风机后，可将变压器的容量提升50%运行。
4 结束语
本文主要探讨了环氧树脂浇注干式变压器在有无风机、外壳的条件下对温升的影响情况，通过对相应实验数据的研究分析可以得出，干式变压器在有防护外壳后其绕组温升通常会增大5～10K左右，在有风机启动的情况下变压器绕组温升会普遍降低25K以上。由于干式变压器实际运行工况较为复杂，且有无风机、外壳的情况下变压器的温升也受到多种因素的影响，本文主要提供了一些实例和相关数据，希望以此能对当前环氧树脂浇注干式变压器的使用选择和优化设计方面能起到一定的参考与借鉴。
参考文献
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