一种新型组合式绝缘变压器

孟春旅+豆文政+吉才芳

【摘 要】通过分析农网配电变压器负荷特点，线圈发热过程，介绍了组合式绝缘变压器在农网中的应用。

【关键词】农网配电变压器；过载；组合式绝缘

中图分类号： TM772 文献标识码： A 文章编号： 2095-2457（2017）23-0092-002

【Abstract】By analyzing the load characteristics of power distribution transformer and the heating process of the coil， the application of the combined insulation transformer in the agricultural network is introduced.

【Key words】Agricultural network distribution transformer；Overload；Composite insulation

0 概述

目前农网配电变压器全年大部分时间处于轻载运行状态，年平均负荷率偏低，但爆发性负荷较强，春节、农忙时期用电量急剧增长。变压器短时严重过载运行，导致停电、变压器烧毁等事故发生。

解决配电变压器过载问题的方法有：1）变压器增容。缺点：投资成本高，增加空载损耗，电网运行效益降低。变压器基本电费按铭牌标称容量收取，运营费用高。2）采用调容变压器。缺点：投资成本高，调容变压器可靠性低，故障频发。

鉴于此，有必要利用新型材料和技术，研制具有高过载能力的配电变压器，实现降低损耗，减少运营费用，同时提高产品运行的可靠性。

1 变压器发热与散热原理

变压器运行时绕组和铁心是发热体，即变压器在某一负载下产生的损耗全部转化为热量，在油浸式变压器中热量传导给变压器油，再通过油箱以对流和辐射的方式向外传出热量。经过一段时间后，当向外散出的热量等于变压器损耗所产生的热量时，发热和散热达到平衡。绕组温升和油面温升不再升高，这时的温升称为稳定温升。

由以上数据可以看出，变压器在短时过负荷情况下，虽然油面温升较低，但绕组温升已经很高。

2 变压器热老化率

变压器绕组的“热点”或最热点的温度，一般认为比绕组的平均温度高13℃。普通油浸式变压器是A级绝缘，允许把105℃作为允许运行平均温度，118℃作为最高允许运行温度。

GB/T15164《油浸式电力变压器负载导则》中规定，热点温度98℃是计算变压器热老化的基准值，在此温度下热老化率等于1，在80-140℃范围内，温度每增加6K，热老化率增加一倍[2]。

油浸式变压器绝缘主要是绝缘纸、绝缘纸板和变压器油，绝缘纸和绝缘纸板受温度和氧的作用引起老化，而老化的程度主要取决于温度和氧的持续作用时间。在外部条件不变的情况下，温度主要决定了变压器绝缘材料的老化。由发热散热原理可知，变压器在过载时运行，绕组温度急剧升高，热老化率成倍增加，严重影响变压器运行寿命。

3 组合绝缘

由发热散热原理急变压器热老化率可知，要提高变压器过负荷能力就必须降低热点温度，或者提高变压器绝缘材料，变压器油耐热等级。

3.1 高燃点变压器

由Nomex纸代替普通纤维素纸板，α油代替矿物油，可组成高温绝缘系统的高燃点变压器。普通纖维素纸板额定运行温度105℃，Nomex纸额定运行温度可提高到220℃[3]。普通矿物油的闪点为145℃，α油的闪点为265℃。高燃点变压器能够提高变压器过负荷能力，降低变压器体积。缺点：成本较高，变压器油与A级系统不兼容，维护困难。

3.2 组合式绝缘

由以上分析可知，变压器热点温度在发热点线圈部分，在铁心、器身等部位温度较低。如果在变压器发热区采用高绝缘耐高温材料，在其他低温区域采用普通A级绝缘材料，同时保证油面温升55K，使用普通矿物油。由此做成的组合式绝缘变压器，能够在成本变化不大的情况下，有效提升变压器过负荷能力。

具体方案如下：

1）端部绝缘使用普通绝缘制成的斜端圈；

2）电磁线采用F级绝缘等级漆包扁/圆铜线；

3）层间绝缘使用Nomex纸；

4）油道撑条采用F级绝缘等级环氧玻璃布板。

4 组合绝缘在农网配电变压器中的应用

根据农网变压器负荷特点，采用组合绝缘系统，设计时保证变压器在过负荷运行时油顶层温升不超过80K，绕组温升不超过85K，热点温升不超过95K。

按以上规范设计的动态高过载变压器S13-M-200/10DZ绝缘等级可达F级。能够保证在1.8倍额定负荷下长期过负荷运行，且不影响变压器运行寿命。具体参数如下表：

【参考文献】

[1]《农网高过载能力配电变压器技术导则》Q/GDW11190-2014.

[2]《油浸式电力变压器负载导则》GB/T15164.

[3]《NOMEX？誖电工应用》杜邦公司资料.endprint