干式變壓器繞組溫升計算方法分析

1、干式變壓器繞組溫升計算方法分析第 2 頁 共 8頁干式變壓器繞組溫升計算方法分析傅華強 20031 發(fā)熱與散熱的平衡繞組的穩(wěn)定溫升 繞組上的損耗功率是繞組溫升的熱源 ,這是比較好算的 .而繞組的散熱則 是一個比較復雜的問題 .在繞組內(nèi)部熱量通過傳導的方式傳到繞組的表面 ,在 表面則通過對流和幅射的方式傳到外界環(huán)境中去 .當繞組的發(fā)熱與散熱達到 平衡時,就是繞組的穩(wěn)定溫升。繞組的散熱是一個復雜過程。影響繞組散熱的主要因素：繞組溫度；絕緣 層厚；繞組外包絕緣厚：繞組外包絕緣材料的散熱性能；散熱氣道的寬度和 長度；氣流速度；鐵芯和相鄰繞組散熱的影響等。因而繞組溫升計算隨其所 用絕緣材料和結(jié)構(gòu)的不同而

2、不同。2 繞組溫升計算的數(shù)學模型繞組的穩(wěn)定溫升一般用一個簡化的公式進行計算 ,不同的結(jié)構(gòu)和絕緣材料的繞組所用系數(shù)是不同的。公式運用的溫度范圍也是有限定的。如Q = W/ SS = X a i Si式中：T 繞組溫升；K系數(shù)；X 與散熱效果有關的系數(shù)，散熱越好 X的值越小; Q 繞組的單位熱負荷W/m2W 參考溫度下的繞組損耗功率 W2S 等效散熱面 m2Si 繞組散熱面 m2ai 散熱系數(shù)2.1 不同結(jié)構(gòu)型式的變壓器所用的計算公式是不同的。干式變壓器的散熱主要是對流和幅射完成的，非包封變壓器的傳導溫升干式變壓器繞組溫升計算方法分析第 3 頁 共 8頁所占比例很小，因而有些計算公式將層絕緣與外絕

3、緣造成的傳導引起的溫升 計算省略了，有些公式還要加上傳導引起的溫升，如西歐樹脂絕緣干式變壓 器的計算公式。2.2 黑體面的熱量幅射與絕對溫度的 4 次方成比例的，在一個不大的溫度段，對流和幅射對散熱的綜合影響造成的溫升式中系數(shù)X與散熱效果有關的系數(shù),散熱越好X的值越小.如油浸變壓器層式繞組溫升X值取0.8，而強迫油循環(huán)時X取0.7 ,餅式繞組X取0.6。一般干式變壓器 X值取0.8，當溫升在80K 左右時，由于溫度高時散熱效率高，在一些計算公式中 X 取 0.75，因而當溫 升在100 125K時，X的取值應該再小些。2.3 當溫升范圍較大時，用一個計算公式會首尾不能兼顧，需要用兩個以上 的公

4、式，它們的 X 值不同，即斜率不同。實際上是由幾條直線組成的近似曲 線。2.5繞組的單位熱負荷 Q是指在無遮蓋的單位散熱面上的功率（W/吊），有氣道的散熱面，則要確定氣道的散熱系數(shù)。2.6 如果計算所得溫升離參考溫度很遠， 由于計算所用繞組損耗功率離實際功 率差得太大而誤差很大，則應調(diào)整計算繞組損耗功率所用的參考溫度。3 確定數(shù)學模型的工廠方法最實用的確定數(shù)學模型的方法是通過典型變壓器的溫升試驗。無氣道繞 組的溫升是最基本的，如繞在厚絕緣筒上的外線圈。線圈外部的面積大小就 是有效散熱面，先算出熱負荷 Q值，由試驗所得溫升與 Q值在雙對數(shù)座標紙 上打點，最少要有 3 個試驗數(shù)據(jù)，即可在對數(shù)坐標紙

5、上連成一條合理的直線， 從這條直線上確定公式的兩個系數(shù) K和X。Xt = K QQ1Lgt2/t1Lg Q2/Q1Lgt2 - Lg t1X =Lg Q2 - Lg Q1式中：X干式變壓器繞組溫升計算方法分析第 4 頁 共 8頁干式變壓器繞組溫升計算方法分析第 # 頁 共 8頁T 1,T 2取直線上兩產(chǎn)品的溫升Q1 , Q2相應的單位熱負荷T所求產(chǎn)品的溫升Q 所求產(chǎn)品的單位熱負荷確定內(nèi)線圈和有氣道面的等效散熱面，先要確定氣道的散熱系數(shù)。算出熱負荷Q值，由試驗所得溫升與 Q值在雙對數(shù)座標紙上打點，最少要有3個試驗數(shù)據(jù)，做法與上同。應注意的是這條直線只能在一定的溫度段中誤差才是可以接受的。超出范

6、圍直線的斜率是不同的，實際上是由很多的折線組成的曲線。另一要注意的是計算的散熱面積一定要與實際制造的相符。4 一些干式變壓器溫升計算公式4.1 我國干式變壓器溫升計算方法（不進行傳導溫升計算）內(nèi)繞組的溫升（T）t= 0.33 Q計算公式0.8干式變壓器繞組溫升計算方法分析第 # 頁 共 8頁干式變壓器繞組溫升計算方法分析第 # 頁 共 8頁外繞組的溫升（T）計算公式t = 0.30 Q0.8干式變壓器繞組溫升計算方法分析第 # 頁 共 8頁干式變壓器繞組溫升計算方法分析第 9 頁 共 8頁4.2 西歐樹脂絕緣干式變壓器的計算公式（進行傳導溫升計算，不分內(nèi)外繞組）大，以溫升 80K 時溫升為基礎

7、計算的，（溫升超過80K過多時，可能誤差較）經(jīng)換算后公式如下t= 0.475 Q0.75此外，兩者的氣道散熱系數(shù)不同4.4我國外繞組餅式繞組的溫升（T）計算公式程序中散熱面積計算公式SX1W = 3.14159 * D33 * (B1 + 0.3) * M1 * 0.000001SX1N = (3.14159 * D11 - CTG * CBG) * (B1 + 0.3) * M1 * 0.000001SX1S = (6.28318 * R1 - CTG* CBG) * (A1 + 0.3) * N9 * 2 * M1* 0.000001 程序中氣道散熱系數(shù)計算公式內(nèi)表面散熱KS1W = 1外

8、表面散熱系數(shù)KS1N = 0.56 * (CZ / 2 - 1.5) A 1.6 / H1) A 0.25系數(shù)KS1S = 1.73 * (1 + C1 / (A1 + 0.3) * N9) - (1 + (C1 / (A1 + 0.3)* N9) A 2) A 0.5) 橫向氣道寬度散熱系數(shù) 等效散熱面計算公式SY1W = SX1W * KS1WSY1N = SX1N * KS1NSY1S = SX1S * KS1SSY1 = SY1W + SY1N + SY1S單位熱負荷 Q = W/S ,具體計算公式為Q1 = (P1 * 1.2258 + PELD / 1.2258) / 3 / SY

9、1 程序中的溫升計算公式為T1S = Int(0.31 * Q1 A 0.8 * 10) / 10附：兩種溫升計算方法比較1 我國干式變壓器溫升計算方法我國現(xiàn)使用干式變壓器溫升計算方法是解放初期沈變所從蘇聯(lián)翻譯過來的，以后經(jīng)過國內(nèi)的實踐對計算公式進行了改進，比較明顯的是將溫升T0.36 q0.8 的系數(shù) 0.36 改為內(nèi)繞組為 0.33 ，外繞組為 0 . 30 。另外取消了溫升 校正，即忽略了鐵芯和繞組間相互的影響，計算簡化，當然計算誤差也會大1.1內(nèi)繞組的溫升（T）計算基本公式t= 0.33 q0.8q = W/ S式中： q 鐵心或內(nèi)繞組的單位熱負荷W 損耗功率 W2S 等效散熱面m2W

10、/m21.2外繞組的溫升（T）計算基本公式t= 0.30 q0.81.3 散熱表面的散熱系數(shù)1.3.1 繞組內(nèi)部豎直表面散熱系數(shù)4a i = 0.56 2 a 6/ H 式中： ai 繞組平均氣道寬Hi 繞組高1.3.2 內(nèi)部繞組水平表面散熱系數(shù)2p n= 1.11+LN/F22 1+(Ln/Fn) 式中： LN 水平氣道高度FN 繞組輻向尺寸1.3.3 外部繞組水平表面散熱系數(shù)2p w= 1.731+L WFw 2 1+(LvWF v) 式中： LW 水平氣道高度Fw 繞組輻向尺寸1.4 繞組有效散熱面積1.4.1 層式繞組等效散熱面 SYiSYi =E a i Si式中： Si 繞組散熱面

11、ai 散熱系數(shù)1.4.2 餅式繞組等效散熱面 SYiS = a i Si + p i Si2 西歐樹脂絕緣干式變壓器溫升計算方法按熱交換的熱傳導和對流、輻射的方式分別進行溫升計算。2.1 熱傳導熱傳導是假設每層銅導線的溫度一樣，通過絕緣層逐層將熱量傳遞到表面。從內(nèi)向外絕緣層傳遞的熱量是逐層增加，為此要算出絕緣層的等效厚度。2.1.1 絕緣層等效厚度 Jd層數(shù) n 為偶數(shù)時Jd = J w+ J (2+4+6+? ? ? + (n-2) ) /n層數(shù)n為奇數(shù)時Jd = J w+ J (1+3+5+? ? ? + (n-2) ) /n2.1.2熱傳導溫升 t 1(K)115K (W)2( cm)K

12、=50 (C mnfW)T 1 = W/S K Jd式中：W繞組中產(chǎn)生損耗S 繞組總的散熱面K 傳導系數(shù)的倒數(shù)Jd 絕緣等效厚度 ( mm)2.2 對流/輻射給出繞組溫升 80K 時的外表面的單位熱負荷為 9.3 W/dm2 (930 W/m2 )。 同時給出一組曲線族，可查到不同繞組高度和氣道寬度下在 80K 的單位熱負 荷。首先算出各散熱面在 80K時的熱負荷之和，然后與繞組損耗功率比較算出繞組的溫升。t 2=( W/Wb) 0.75 X 80(K)式中：W 繞組中產(chǎn)生的損耗(115K( WW 80-各散熱面在80K時的熱負荷之和(W2.3 繞組溫升 tt=t 1+t2(K)3 兩種計算方

13、法比較3.1 中國的計算方法有溫升校正，即對鐵心、內(nèi)外繞組溫度的相互影響進行 校正，西歐的沒有。3.2 西歐的計算方法有層絕緣造成的傳導溫升計算，將傳導溫升與對流 /輻射 溫升兩部分相加得出總溫升。中國的計算公式中沒有考慮絕緣厚度的影響， 傳導溫升與對流 /輻射溫升沒有分開計算。3.3外繞組外表面(無遮蓋)在 80K時的表面熱負荷西歐計算為 930 W/m2,中 國按0.36 q0.8公式計算為860W/m.反之，根據(jù)西歐繞組溫升 80K時的外表面 的單位熱負荷為 9.3 W/dm2 (930 W/m2 ) 換算公式為干式變壓器繞組溫升計算方法分析第11頁共8頁0 7580 = KX 930K

14、 = 80/930 5 = 0.475t = 0.475 q0.75據(jù)沈變所技術權威人士劉裕華說：對于大容量產(chǎn)品(750kVA以上)計算值偏高，實測值偏低。如一臺2000 kVA干式變壓器計算值為 110K，實測值為80-90K。0 8為此，現(xiàn)在已修改公式，據(jù)崔立君說：外繞組改為0.32 q .，內(nèi)繞組改為0.340.8q。3.4氣道寬度散熱系數(shù)4中國計算公式為0.56 V ai1.6/Hi，西歐的計算是根據(jù)氣道寬度(a)與繞組高 度(H)查曲線族。將兩者經(jīng)換算后的比較列于下表，從表中可看出，西歐的氣 道散熱系數(shù)比中國公式大。繞組高氣道寬中國系數(shù)西歐系數(shù)兩者差(%)1500150.2750.295.41500200.280.387381500250.390.45