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表示从热交换器或散热器流出的油自由地流入油箱中，不强迫其流过绕组（绕组内部的油流可以在 垂直冷却通道中轴向流动，也可以在水平冷却通道中辐向流动，可以带或不带曲折形流动）。 3.15 导向油流directedoilflow OD 表示从热交换器或散热器泵出的油大部分是强迫地流过绕组（绕组内部的油流可以是在垂直冷却通 道中轴向流动，也可以在水平冷却通道中曲折形流动）。 3.16 设计环境温度designambienttemperature 用于规定允许绕组平均温升、顶层油温升及热点温升的环境温度，

表示从热交换器或散热器泵出的油大部分是强迫地流过绕组（绕组内部的油流可以是在垂直冷 中轴向流动给排水图纸，也可以在水平冷却通道中曲折形流动）。 16 设计环境温度designambienttemperature 用于规定允许绕组平均温升、顶层油温升及热点温升的环境温度

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正常预期寿命值通常是以设计的环境温度和额定运行条件下的连续工况为基础的。当负载超过铭 牌额定值和/或环境温度高于设计环境温度时，变压器将遭受一定程度的危险，并且老化加速。本部分 的目的是要确认这些危险，并指导变压器如何在限定条件下进行超铭牌额定值的负载运行。通过用户明 确地规定最大负载条件和供应方在变压器设计中考虑了这些最大负载条件，从而将此危险的程度予以降 低

变压器超铭牌额定值负载的后果如下： a）绕组、线夹、引线、绝缘及油的温度将会升高，且有可能达到不可接受的程度； b）铁心外的漏磁通密度将增加，从而使与此漏磁通耦合的金属部件由于涡流效应而发热

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c）随看温度变化，绝缘和油中的水分和气体含量将会发生变化； d）套管、分接开关、电缆终端接线装置和电流互感器等也将受到较高的热应力，从而使其结构和 使用安全裕度受到影响。 主磁通与增加的漏磁通合在一起，会使铁心过励磁能力受到限制[1]、[2]、[3]1]。 注：对于带有负载的心式变压器，当其能量由外绕组（通常为HV）流向内绕组（通常为LV）时，铁心中的由主磁 通和漏磁通合成的最大磁通密度出现于铁轭处。 试验已表明，此磁通小于或等于同一电压值施加于空载变压器的外部绕组端子上时所产生的磁通。对于施加 了负载的变压器，其心柱中的磁通由内绕组端子上的电压来决定，其值与空载下施加同一电压值时所产生的 磁通几乎相等。 对于能量由内绕组流向外绕组的心式变压器，最大磁通密度出现在铁心柱中。其值仅比空载下施加相同电压 时产生的磁通稍大。铁轭中的磁通密度则由外部绕组中的电压来确定。 因此，当施加的负载超过铭牌额定值时，应观察该变压器的两侧电压，只要其励磁侧的电压仍低于GB1094.1 第4章规定的限值，就不必限制励磁。当某些地区的电网在急救状态下仍能保持正常运行时，则在急救条件下 为保持负载电压而出现的过励磁，将使铁心件中的磁密绝不会超过铁心外部漏磁通的值（对于冷轧晶粒取向 硅钢片，当其大于1.9T时，这种饱和效应便迅速开始出现）。由于漏磁通中含有高频分量，故此漏磁通也可 能使铁心表面和附近的金属件（如绕组夹紧件，甚至在绕组内部）产生不可预计的高温，从而可能危及变压 器。通常，在各种情况下，绕组短时过载时间非常短，因此，铁心不能在这种过励磁下出现过热的现象，这 是由于铁心的热时间常数较大的原因。 因此，随着电流和温度的升高，增加了变压器过早损坏的危险性。这种危险可能是直接的短期性质： 能是由于变压器绝缘热老化多年积累造成的

5.3短期急救负载的影响和危害

开，能收 色缘强度呈暂时性的降低。但是，接受这种短时过载条件可能比失去供电更好些。这类过负载预计是很 >发生的，然而，一旦出现时，应在短时间内迅速降低负载或切除变压器，以免发生故障。这种负载允 干时间小于整个变压器的热时间常数，并且它也与过负载前的运行温度有关。一般来说，它小于半小时。 a）短期故障的主要危险是由于在高场强区域内（即在绕组和引线处）内可能出现气泡，使其绝缘 强度下降。对于绕组绝缘含水量约为2%的变压器，在热点温度超过140℃时，很可能产生气泡。 当水分含量增加时，此温度限值将会降低； b) 当大金属结构件由于漏磁发热时，在其表面处（油中或固体绝缘内）会出现气泡，或者当油过 饱和时也会出现气泡。然而，这种气泡通常是在场强低的区域中产生，且只当它向高场强区域 流动时，才会引起绝缘强度明显降低。 变压器内部的裸金属部件（除绕组外），若不是与纤维绝缘材料有直接的热接触，而是与非纤 维绝缘材料（如芳族聚酸胺纸、玻璃纤维）和油接触，则其温度可能迅速升高，但它不应超过 180℃; c）在较高温度下，变压器的机械特性会出现暂时的变劣，这可能降低其短路强度； d): 套管内部的压力升高可能会漏油，从而引起故障，如果绝缘的温度超过140℃，电容式套管内 部也将产生气泡； e) 储油柜中的油因油膨胀可能会溢出； f）分接开关在很大电流下可能无法切断。 绕组、铁心和结构件中的最大热点温度限值是按短期危险进行考虑的（见第7章）。 当负载降到正常水平时，短期危险一般会消失。但是，它们应当被所有当事人（包括计划员、资产 斤有者和操作员）确认并接受。

5.4长期急救负载的影响

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它不是正常工作条件，这类过负载预计是很少发生的，然而，一旦出现时，它可能持续数周甚至几 个月的时间，并能导致相当可观的老化，

a）导线绝缘机械特性在较高的温度下，热劣化过程将加快，如果热劣化到一定程度时，变压器的 有效寿命将缩短，若此时遇到系统短路或运行事故，变压器的寿命损失将更加严重； b）其它绝缘件，特别是承受轴向压力的绕组压板，老化率在较高温度下也可能加快； c）由于电流大和温度高，分接开关的接触电阻可能增加，在严重的情况下，可能会出现热失控现 象； d）变压器的密封材料在高温下，可能发脆。 相对老化率和寿命损失百分数的计算准则是按长期危险进行考虑的。 5.5变压器容量的大小 变压器超铭牌额定值负载的效应与其容量大小有关，若容量增加，则： · 漏磁密度增加； · 短路力增加； · 承受高场强作用的绝缘质量增加： 确定热点温度的难度更大。 因此，大型变压器超铭牌额定值负载时，较小型变压器更易遭受损坏，故障的后果也比小型变压器 更加严重。 为了使变压器在预期负载条件下运行，且把运行危险控制在适当的程度中，本部分将变压器分三种 类型进行考虑： a）配电变压器应只考虑绕组热点温度和热劣化； b）中型变压器应考虑各种不同的冷却方式； c）大型变压器的漏磁通影响很大，且故障的后果很严重。

5.5变压器容量的大小

6非热改性和热改性绝缘纸

6相对老化率和变压器绝缘寿命

尽管绝缘的老化或劣化是温度、含水量、含氧量和含酸量的时间函数，但是，本部分所展示的模式 只是将绝缘温度作为控制参数。 由于温度分布不均匀，在最高温度下运行的那部分一般将遭受最严重的劣化，因此，老化率是以绕 组热点温度为基准的。此时，非热改性纸的相对老化率V按式（2）确定，热改性纸的相对老化率V按式 (3)确定[4]。

?h一热点温度，℃。 式（2）和式（3）表明了V对热点温度非常敏感，如表1所示。

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表1由热点温度引起的相对老化率

在一定时期内的寿命损失L等于：

V一按式（2）或式（3），为第n个时间间隔内的的相对 一第n个时间间隔的时间； 1一所考虑期间内每个时间间隔的序数； N一所考虑期间内的时间间隔的总数，

L={vdt 或 L=V,×t]

L=[vdt 或 L=ZV,×t

表2在110℃参考温度

提出， 如表2所示。 在110℃参考温度下充分干燥、 的热 绝缘系统的正常绝缘寿命

表2在110℃参考温度下充分干燥、无氧气的热改性绝缘系统的正常绝缘寿命

表2中的寿命时间仅供参考，因为大部分电力变压器在其实际寿命期限内都是低于满负载运行。热 点温度只要比额定值低6℃，其额定寿命损失就会减半，变压器绝缘的实际寿命时间就会成倍增加。 注：对于连接到作为基本负载发电机的发电机变压器、向不变负载供电的其它变压器或运行在相对恒定环境温度 下的变压器，它们的实际寿命需要特殊考虑

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当超铭牌额定值负载运行时，不应超过表3中规定的所有的限值，此时，也要考虑7.2至7.4规 定限制。

表3超铭牌额定值负载时的电流和温度限值

7.2配电变压器的特定限制

负载电流、热点温度、顶层油温及除绕组和引线外的金属部件的温度，均不应超过表3规定的限值， 表中未规定配电变压器短期急救负载的顶层油温度和热点温度限值，这是因为要在配电变压器上控制急 救负载的持续时间，通常是不现实的。应当注意到，当热点温度超过140℃时，可能产生气泡，从而使 变压器的绝缘强度下降（见5.3）

7.2.2附件和其它考虑

除绕组外，变压器的其它部件（如套管、电缆终端连接件、分接开关和引线等）在负载电流超过1.5 倍额定电流时，可能会对运行有限制。油膨胀及油压力也会使变压器运行受到限制。

7.2.3户内式变压器

当变压器在户内使用时，由于包围体的影响，应对额定顶层油温升进行修正，这一附加的温升 通过试验（见8.3.2）来确定。

7.2.4户外环境条件

7.3.1电流和温度限制

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负载电流、热点温度、顶层油温及除绕组和引线外的各种金属部件的温度，均不应超过表3规定的 限值。此外，还应当注意，当热点温度超过140℃时，可能产生气泡，可能使变压器的绝缘强度下降（见

7.3.2附件、配套设备和其它考虑

除绕组外，变压器的其它部件（如套管、 倍额定电流时，可能会对运行有限制。油膨胀及油压力也会使变压器运行受到限制。对于与变压器配套 用的设备（如电缆、断路器和电流互感器等）也有必要进行考虑

7. 3. 3承受短路的要习

变压器在超铭牌额定值负载运行期间或紧接其后的期间，可能不满足短路的热要求，GB1094.5规 定的是以2s短路持续时间为基准。但是，运行中的短路电流持续时间，在大多数情况下小于2s。

7. 3. 4电压限制

除了已知的对变磁通调压的其它限制（见GB1094.1）外，应使所施加的电压不超过变压器任 额定电压（主分接）或分接电压（其它分接）的1.05倍，

7.4大型电力变压器的特定限制

对于大型电力变压器，主要是重视与漏磁通有关的附加限制。因此，在询价或订货时应明确在特定 运行条件下所必须的负载能力值。 至于绝缘的热劣化，对所有的变压器都可用相同的计算方法来计算。 根据目前变压器的技术状况，大型变压器最好采用比小型变压器更保守且独特的负载方案，从故障 的后果而言，对于大型变压器采用可靠度高的负载方案是非常重要的。因而，应充分重视下述各点： 漏磁通和铁心柱或铁轭中主磁通相结合（见5.2），使大型变压器较小型变压器更易受到因过 励磁而引起的损坏，特别是当负载超过铭牌额定值时更是如此。漏磁通的增加，使其它金属部 件因附加涡流而发热； ·绝缘材料机械性能劣化（是温度和时间的函数）的后果，其中包括热膨胀造成的磨损，使大型 电力变压器可能比小型变压器更加严重； ·由正常温升试验得不到绕组以外其它部分的热点温度，即使变压器在额定电流下的试验未出现 异常现象，也不能得出在更大电流下的任何结论，因为，这种外推法在设计阶段可能不会予以 考虑； ·根据额定电流下的温升试验结果算出的超过额定电流的绕组热点温升值，对于大型变压器而 言，其可靠性要比小型变压器低。

7. 4. 2电流和温度限制

负载电流、热点温度、顶层油温及除绕组和引线外的金属部件的温度，均不应超过表3规定的 外，还应注意，当热点温度超过140℃时，可能产生气泡，从而使变压器的绝缘强度下降（见5. 4. 3附件、设备和其它考虑

4.3附件、设备和其它

.4.4承受短路的要求

8.1稳态下的热点温升

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为了严格准确，热点温度应以其邻近的油温为基准，此处假设是绕组内的顶层油温。测量表明，绕 组内的顶层油温可能比油箱内的混合顶层油温高达15K，此差值大小与冷却方式有关。 对于运行中的大部分变压器而言，绕组内的顶层油温不是一个准确已知的。从另一方面看，其中 大多数变压器油箱顶部处的顶层油温可通过测量或计算得到。 本部分的计算原则如下： ·△r一额定损耗下油箱内顶层油温对环境温度的温升，K； ·△hr一额定电流下热点温度对油箱内顶层油温的温升，K。 法来确定

8.1.2由正常温升试验数据计算热点温升

图1所示的热分布图是假设的，它是一个本来很复杂的热分布的简化图。在简化中作了如下假设： a）不论冷却方式如何，油箱内的油温从底部到顶部均是按线性增加； b 作为初始的近似，在绕组任何位置处绕组导线的温升，从下到上呈线性增加，此直线与油的温 升直线平行。两平行线之间的差值为常数gr（gr为用电阻法测出的绕组平均温度与油箱中油平 均温度的差值）； C 热点温升比8.1.2b所述的绕组顶部导线的温升高，这是因为必须就杂散损耗的增加、各局部油 流的差别和导线上可能附加的纸层等给出一些裕度。考虑到这些非线性的因素，令热点温度与 注：在很多情况下，已观察到油箱出口处的油温高于油箱温度计座中的油温，这时，油箱出口处的油温应作为负 载时的温度。

注：在很多情况下，已观察到油箱出口处的油温高于油箱温度计座中的油温，这时，油箱出口处的油温应 载时的温度。

图中; A一由油箱出口处油温和油箱温度计座中油温得出的顶层油温： B一绕组顶部的混合油温（通常假设与A的温度相同）： C一油箱内平均油温； D一绕组底部油温； E一油箱底部： gr一额定电流下绕组平均温度对油（油箱内）平均温度的梯度： H一热点系数： P一热点温度： Q一用电阻法测得的绕组平均温度：

X轴一温度； Y轴一相对位置： ■一测量点； ·一计算点。

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在上世纪80年代中期已经可以用光导纤维探头直接进行测量了，从那时起到现在，一直在所选择 的变压器上进行实际测量。 经验表明在正常绕组顶部不同位置处可能会有大于10K的温差[5]。因此，不大可能只插入1至3 个传感器就能检测出真正的热点。这就需要在大量插入探头以发现最佳位置的必要性与由光纤探头引 起附加劳力和费用之间进行折衰。建议在每个需要直接测量热点温度的绕组上都安装这种传感器。 通常，靠近绕组顶部的导线处于最大的漏磁场和最高的周围油温区域。因此，很自然地认为顶部 导线存在着最热点。但是，测量表明最热点可能移到更低的导线处。因此，建议从绕组顶部处开始， 在开头儿根绕组导线中安装传感器5」。制造方应通过单独的损耗或热计算值来确定这些传感器的位 置。 关于绕组顶部温度变化的例子如图2和图3所示[5]。光纤探头安装在400MVA、0NAF冷却的变压 器上。所示的值是在经过15h过负载试验结束时的稳态值。107K和115K是各绕组的热点温升值。试验 结束时的顶层油温升为79K，即对于120kV绕组，△0，=28K，对于410kV绕组，△0，=36K。

图2一个120kV绕组在1.6负载系数下高于空气温度的局部温升

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图3 本410kV绕组在16载系数下高于空气温度的局部温升 器置于辐向垫块的长槽内，这样在传感器和导线金属之间只有导线绝缘和附加的薄纸层（参见 交准值表明用这种方式得到的数值相当精确[6]

垫块未装入120kV绕组之前装在该垫块上的二吊

例的测量中，对于120kV绕组，g值为23K，对于410kl

热点系数H是绕组特有的一个参数，需要时应当按实际情况确定。研究表明热点系数H与变压器的容 量大小、短路阻抗和绕组结构有关，在1.0～2.1之间变化[7]。热点系数H可由直接测量（参见8.1.3) 来确定，也可由以基本损耗和热传递规律为基础的计算方法来确定，并通过在产品上或在变压器模型或 绕组模型上直接测量来验证。对于短路阻抗≤8%的标准配电变压器，H取1.1对负载研究来说就足够精确 了。在附录B的计算实例中，对配电变压器，假设H=1.1；对中型和大型变压器，假设H=1.3。 以基本损耗和热传递规律为基础的计算方法应考虑下述内容[8」： a）绕组油道内的油流。对每个冷却油道，都要模拟热传递、流速和由此产生的油温：

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b）绕组内的损耗分布。绕组导线内的额外的局部损耗，其产生的一个主要原因是绕组端部的辐向 涡流损耗，这是由于在端部处漏磁通与导线截面相交而引起的。在这些受影响的导线内的总损 耗，应由涡流损耗、环流损耗和直流电阻损耗来确定。承受漏磁发热的接线头也应进行考虑， 如线圈与线圈的接线头及一些绕组分接黄铜头。 c）由整个绕组中所使用的各种厚度的绝缘使绕组内的热传导受影响； d）局部设计特点或局部油流的限制 ·层式绕组中的层绝缘厚度可能不同，且邻近冷却油道的绝缘影响热传递； 在具有曲折形冷却的绕组中，导流圈使进入油中的热传递能力降低（参见图5）

间距离均相等的曲折形冷却的绕组，导流圈放在

端部匝上和穿越端绝缘的绕组出线上的可能的额外绝缘： 在配电变压器和小容量电力变压器中，不是所有的冷却油道都伸到绕组周围。有些冷却油 道只位于铁心外侧绕组的一部分处（参见图6）。这种“收缩性油道布置”便形成了一种 环绕的温度梯度，从铁轭下方无冷却油道的绕组中心到铁心外部有冷却油道的绕组中心。

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图6铁轭下具有呈“收缩性冷却油道布置”的矩形绕组俯视图 2在变化的环境温度和负载条件下的顶层油温和热点温度

8.2在变化的环境温度和负载条件下的顶层油温和热点温度

8.2.2指数方程解法

按阶跃函数变化的负载例子如图7所示（有关本例的详细内容参见附录B），每一个增加负载级 个降低负载级。

图中： ah一绕组热点温度： 00一油箱内的顶层油的温度

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图7与负载电流级变化相对应的温度响应

图7与负载电流级变化相对应的温度响应

热点温度等于环境温度、油箱内顶层油温升和油箱内热点温度与顶层油温之间的温差三者之 对应于负载系数K的温度增加值由下式给出：

应地，对应于负载系数K的温度降低值由下式给！

顶层油指数x和绕组指数y由表4给出L11

k11一表4中给出的常数； To一平均油时间常数，min。 函数f2（t）表示了按稳态值为1时热点对顶层油温度梯度的相对增加量。它模拟了油循环的速度适应 增加后的负载水平需要一段时间这一事实。

指数方程解法的应用实例见附录C。

8.2.3微分方程解法

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图8由表4中的数值得出的函数f（t）

本条阐述了热传递微分方程的使用，它适用 任意的时变负载系数K和时变坏境温度a。它们是 数据处理软件的基础，以确定作为时间函数的热点温度及相应的绝缘寿命损失量。图9表示了微分方程 的方框图。 图9的左边列出了输入的负载系数K和环境温度θa。输出为热点温度θh，列于图的右边，拉氏变 量s实质上就是微分算子d/dt。

图9表示微分方程的方框图

出于动态考虑，例如监视或短时急救负载，应直接使用实际的温度分布图。 出于设计和试验考虑，下述等效的温度可作为环境温度， a）热老化计算采用年加权环境温度； b）最高热点温度计算采用最热月的月平均温度。 注：关于环境温度，也可见GB1094.2一1996。

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如果在负载周期内，环境温度有明显的变化，则加权环境温度就是一个设想的恒值环境温度，它在 某一段时间内所引起的老化等效于同一时间内由实际变化的环境温度所引起的老化。对于温度每增加 6K，老化率加倍高速公路标准规范范本，且环境温度可认为是按正弦曲线变化时，其年加权环境温度E等于：

8.3.2变压器在包围体内的环境温度修正

变压器在包围体内运行时，其温升将增加一个附加值，此值约是包围体内空气温升的一半。 因此，安装在金属或混凝土包围体内的变压器，式（5）和式（6）中的△。应由如下的△。

式中：△(△。）是额定负载下的附加顶层油温升。 推荐此附加温升值由试验来确定。当无试验结果可用时，可用表5中不同包围体形式的推荐值，将 这些值被2除后，便可得到近似的附加顶层油温升。

表5包围体引起的环境温度增加的修正

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