特型变压器FR3油与矿物油温升试验对比与分析

庞建丽

（保定天威集团特变电气有限公司，河北 保定 071056）

0 引言

近年来，植物绝缘油以其绿色环保和不亚于矿物油的绝缘特性被广泛用于油浸式变压器领域。对新油的研究势必要走出试验室，慢慢在不同电压等级、不同类型的变压器上进行应用[1]。FR3油是该公司植物油实体产品应用中使用较多的油品。

变压器用FR3油的特性虽可参阅一些油品厂商提供的技术资料及部分研究文献，但其在产品应用中的温升实例介绍很少，且鲜有在特型产品中的应用实例，因此FR3油在特型产品中的温升试验及其结果数据更显珍贵[2]。

笔者所在公司在出口美国的2台同套图纸同批生产的ZSSI-18800/34.5产品上分别做了普通矿物油与FR3植物油的温升试验。并对FR3油特性以及产品结构、温升结果进行分析。

1 厂商提供的FR3油与矿物油温升相关特性对比

1.1 热传导性能

随着温度的升高，FR3油与普通矿物油的热传导性均有所下降，FR3油在相同温度下的热传导性能优于普通矿物油，约为1.5倍，如图1所示。

图1 热传导性能曲线图

1.2 运动黏度

随着温度的升高，FR3油与普通矿物油的运动黏滞度均有所下降，更易流动。但FR3油的黏度在相同温度下还是比普通矿物油大。例如在40℃时，FR3油黏度34 mm2/s，而普通矿物油的黏度9.2 mm2/s。

2 特型产品的基本情况

2.1 产品基本信息

产品型号：ZSSI-18800/34.5

额定容量：18800/ 6×3133 kVA

电压组合：34.5±2×2.5%/ 6×1.69 kV

连接组别：Yd（10：20）d（11：00）d（11：40）+ Dd（11：20）d（0：00）d（0：40）

额定频率：60 Hz

冷却方式：KNAN

温升限值：油面55K，绕组65K

2.2 产品基本结构简介

该产品为双器身共箱结构，两器身高压并联，每个器身低压分为轴向三裂解。高压引出ABC，低压侧基本线圈与移相线圈（或串联线圈）通过线圈匝数和引线连接实现移相出不同角度，3 低压器身Ⅱ引出另3组B1（abc）B2（abc）B3（abc）组成单机36脉波整流变压器。

2.3 产品影响温升的相关结构

铁心直径 Ф390 mm；窗高Hw=1 865 mm；中心距Mo=730 mm。线圈排布及尺寸示意见表1（单位mm）。

表 1 线圈排布示意表

器身排布简图如图2所示。

图2 单个器身各绕组辐向排布图

3 试验结果及分析

3.1 产品温升试验数据对比

产品温升试验数据对比见表2。

表 2 温升实测值对比

3.2 数据分析

针对表2各部分进行分析如下。

3.2.1 油平均及油顶层温升（单位K）

从试验表3结果实际差值看，FR3油平均温升比矿物油低3.1 K，油顶层温升却高出2.8 K，充分体现了FR3油导热性好，但运动粘滞度高，不易流动的两大物理特性。

表 3 油平均及油顶层温升（单位K）

3.2.2 绕组铜油温差及绕组平均温升

由表2试验数据可知在2种油中自下而上的各二次绕组温升由低到高，图2中各绕组符合在油中位置与散热及温升的普遍规律。

3.2.2.1 处于器身下部的A3、B3线圈温升（单位K）

从表4中得知，处于器身下部的A3、B3线圈在FR3油中其铜油温差比在矿物油中略高1 K左右，但其线圈平均温升却均低2 K左右。

表 4 处于器身下部的A3、B3线圈温升（单位K）

3.2.2.2 处于器身中部的A 2、B 2线圈温升（单位K）

从表5中得知，处于器身中部的A2、B2线圈在FR3油中其铜油温差比在矿物油中高5 K以上，线圈平均温升高2 K左右。

表 5 处于器身中部的A2、B2线圈温升（单位K）

3.2.2.3 处于器身上部的A1、B1绕组线圈温升（单位K）

从表6看，处于器身上部的A1、B1线圈在FR3油中其铜油温差比在矿物油中高10 K以上，其绕组平均温升高出7.3 K及8.8 K，相当可观，其运动黏滞度比矿物油大的物理特性，对处于该位置的绕组散热很不利。处于该位置的绕组在FR3油中，其铜油温差需要按常规设计+5 K以上的余量，或根据更多试验数据调整计算系数。

表 6 处于器身上部的A1、B1线圈温升（单位K）

3.2.3 低压上中下绕组同油温差对比（单位K）

由表7可见，在FR3油中，绕组沿高度方向，其铜油温差较大，最顶部的线圈比最底部的铜油温差大15/14.4K，而在矿物油中，差值仅为5.9/3.2。

表 7 低压上中下线圈铜油温差对比（单位K）

由此可见，油箱内处于较低位置的较冷的冷却油并不能很完全顺利推送到顶部，FR3油运动黏滞度比矿物油大的物理特性对处于较高位置的绕组散热很不利。因此，建议该处绕组的纵向及辐向油隙应适当加大。

3.2.4 高压绕组

与矿物油相比较，高压绕组在FR3油中的铜油温差需要提高5 K的余量，或根据更多试验数据调整。

3.2.5 绕组温升

绕组温升为限值，不允许有正偏差，故温升计算当以上述各组绕组数据中最为恶劣的数据为计算依据。

绕组平均温升=铜油温差+油平均温升

油平均温升高出部分+0.7K，铜油温差最大差值+5.3K，绕组平均温升应在常规矿物油计算基础+6K，或根据更多试验数据调整计算系数。

4 结论

FR3油的运动黏度较大，对绕组的散热不利，设计时需要格外关注绕组的辐向、纵向油隙。

基于本产品的结构特点，施加工况与计算结果相差不大的情况下，从试验结果分析，FR3油对油顶层及油平均温升的影响略小于对绕组的温升。油平均温度基本与常规计算一致，油顶层温升按常规计算后另留3 K欲量应可满足要求。绕组温升应加大裕度。根据本产品顶部低压绕组试验结果，计算上留6 K欲量为宜。

鉴于FR3油运动黏滞度较大的特性，在变压器器身结构设计时，需要对绕组的油道结构进行适当修正，增大油流通道，确保温升满足要求。因此建议产品器身结构设计时注意以下几点。1）加大饼间油隙，尤其产品辐向较大时更需注意。2）关注各线圈内外侧的第一油。3）合理布置油道导向通路。4）适当扩大器身底部、顶部的端圈处有效进出油口。5）与油路相关的线圈、端圈注意控制理论直径尺寸。