電力變壓器 第7部分：油浸式電力變壓器負(fù)載導(dǎo)則

ICS29.180

CCSK41

中華人民共和國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)

GB/T1094.7—XXXX

代替GB/T1094.7—2008

電力變壓器第7部分：

油浸式電力變壓器負(fù)載導(dǎo)則

Powertransformers–Part7:Loadingguideformineral-oil-immersedpower

transformers

（IEC60076-7:2018，MOD）

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GB/T1094.7—XXXX

目次

前言................................................................................IV

引言................................................................................VI

1范圍..............................................................................2

2規(guī)范性引用文件....................................................................2

3術(shù)語(yǔ)和定義........................................................................2

4符號(hào)和縮略語(yǔ)......................................................................4

5超銘牌額定值負(fù)載效應(yīng)..............................................................7

5.1概述..........................................................................7

5.2一般后果......................................................................7

5.3短期急救負(fù)載的影響和危險(xiǎn)......................................................8

5.4長(zhǎng)期急救負(fù)載影響..............................................................8

5.5變壓器容量的大小..............................................................8

6相對(duì)老化率和變壓器絕緣壽命........................................................9

6.1概述..........................................................................9

6.2絕緣壽命......................................................................9

6.3相對(duì)老化率...................................................................13

6.4壽命損失計(jì)算.................................................................14

7限值.............................................................................15

7.1溫度限值.....................................................................15

7.2電流限值.....................................................................15

7.3小型變壓器的特定限值.........................................................16

7.4中型電力變壓器的特定限值.....................................................16

7.5大型電力變壓器的特定限值.....................................................17

8溫度測(cè)定.........................................................................18

8.1穩(wěn)態(tài)下的熱點(diǎn)溫升.............................................................18

8.2在變化的環(huán)境溫度和負(fù)載條件下的頂層油溫和熱點(diǎn)溫度.............................23

8.3環(huán)境溫度.....................................................................30

9分接開(kāi)關(guān)的影響...................................................................32

9.1概述.........................................................................32

9.2負(fù)載損耗.....................................................................32

9.3損耗比.......................................................................33

9.4負(fù)載系數(shù).....................................................................33

附錄A（資料性）考慮氧和水分作用的預(yù)期絕緣壽命和相對(duì)老化率.........................34

I

GB/T1094.7—XXXX

A.1預(yù)期絕緣壽命.................................................................34

A.2考慮氧和水分影響的相對(duì)老化率.................................................36

附錄B（資料性）鐵芯溫度...........................................................39

B.1總則.........................................................................39

B.2鐵芯熱點(diǎn)位置.................................................................39

附錄C（資料性）過(guò)負(fù)載的規(guī)范.......................................................40

附錄D（資料性）Q、S和H系數(shù)的描述................................................42

附錄E（資料性）繞組和油時(shí)間常數(shù)計(jì)算...............................................44

附錄F（資料性）熱模型參數(shù).........................................................46

F.1概述.........................................................................46

F.2熱常數(shù)估算：實(shí)驗(yàn)方式.........................................................46

F.3動(dòng)態(tài)熱模型：進(jìn)一步發(fā)展.......................................................47

附錄G（資料性）油和繞組指數(shù).......................................................49

G.1概要.........................................................................49

G.2歷史背景.....................................................................49

G.3理論方式.....................................................................51

G.4延長(zhǎng)的溫升試驗(yàn)方法...........................................................52

附錄H（資料性）指數(shù)方程實(shí)例.......................................................55

H.1概述.........................................................................55

H.20分鐘到190分鐘..............................................................55

H.3190min～365min時(shí)間段.......................................................56

H.4365min～500min...........................................................57

H.5500min～705min...........................................................57

H.6705min～730min...........................................................58

H.7730min～745min...........................................................58

H.8與測(cè)量值對(duì)比.................................................................58

附錄I（資料性）微分方程解法的例證.................................................61

I.1引言.........................................................................61

I.2舉例.........................................................................61

I.3使用測(cè)得的頂層油溫...........................................................66

附錄J（資料性）附錄H中示例的框圖.................................................67

附錄K（資料性）計(jì)算和呈現(xiàn)過(guò)負(fù)載數(shù)據(jù)的實(shí)例.........................................69

附錄L（資料性）地磁感應(yīng)電流.......................................................73

L.1背景.........................................................................73

L.2電力變壓器的GIC能力[54]，[55]...............................................73

附錄M（資料性）替代油.............................................................74

參考文獻(xiàn)............................................................................75

II

GB/T1094.7—XXXX

圖1纖維素分子式....................................................................9

圖2抗拉強(qiáng)度和聚合度(DP)值之間的相互關(guān)系...........................................10

圖3在溫度為140℃、氧氣和含水量分別＜6000uL/L和5000mg/L的礦物油中加速老化........11

圖4非熱改性紙的預(yù)期壽命，與水分、氧氣和溫度的依存關(guān)系.............................12

圖5熱改性紙的預(yù)期壽命及其與含水量、氧和溫度的依存關(guān)系.............................13

圖6熱分布圖.......................................................................19

圖7400MVAONAF冷卻3相變壓器的曲折形冷卻HV繞組在1.0p.u.分接（-）時(shí)高于油面溫度（油箱

中）65.8℃的溫升....................................................................20

圖8線圈邊緣，其中傳感器應(yīng)放置在計(jì)算溫升更高的邊緣.................................21

圖9施加110%額定電壓下，8小時(shí)熱空載試驗(yàn)結(jié)束時(shí)相對(duì)油面溫度的溫升...................22

圖10各段之間距離均等的曲折形冷卻的繞組，導(dǎo)流圈放在各段之間的油道處................23

圖11鐵軛下具有呈“收縮性冷卻油道布置”的矩形繞組俯視圖............................23

圖12表示微分方程的方框圖..........................................................24

圖13與負(fù)載電流階躍變化相對(duì)應(yīng)的溫度響應(yīng)............................................26

圖14由表4中的數(shù)值得出的函數(shù)h(t)/hr的曲線....................................29

圖15與分接位置呈函數(shù)關(guān)系的損耗計(jì)算原理............................................33

圖A.1老化過(guò)程的Arrhenius曲線.....................................................35

圖F.1熱點(diǎn)和油面總體模型...........................................................48

圖G.1延長(zhǎng)的溫升試驗(yàn)...............................................................53

圖G.2變壓器指數(shù)評(píng)估圖.............................................................54

圖H.1負(fù)載電流按級(jí)變化時(shí)的熱點(diǎn)溫度值...............................................59

圖H.2負(fù)載變化階段頂層油溫.........................................................59

圖I.1舉例用的輸入數(shù)據(jù)繪圖.........................................................63

圖I.2舉例用的輸出數(shù)據(jù)繪圖.........................................................66

圖K.1OF大型電力變壓器：正常壽命損失的允許負(fù)載工況。..............................72

圖L.1GIC流入電力變壓器...........................................................73

表1與熱點(diǎn)溫度對(duì)應(yīng)老化率...........................................................14

表2適用于超銘牌額定值負(fù)載的最大允許溫度限值.......................................15

表3表3適用于超銘牌額定值負(fù)載的推薦電流限值.......................................16

表4用于指數(shù)方程的熱特性參數(shù)推薦值.................................................27

表5包圍體引起的環(huán)境溫度增加的修正.................................................32

表A.1氧化、水解的活化能（EA）和環(huán)境系數(shù)（A）......................................35

表A.2不同條件下紙的預(yù)期壽命.......................................................36

表A.3熱點(diǎn)溫度、氧氣和含水量對(duì)非熱改性紙相對(duì)老化率的影響...........................37

表A.4熱點(diǎn)溫度、氧氣和含水量對(duì)熱改性紙相對(duì)老化率的影響.............................37

表H.1250MVA變壓器的負(fù)載級(jí)數(shù)......................................................55

表H.2每個(gè)負(fù)載級(jí)結(jié)束時(shí)的溫度值.....................................................60

表I.1舉例中的輸入數(shù)據(jù).............................................................62

表I.2示例輸出的數(shù)據(jù)...............................................................65

表K.1與變壓器負(fù)載能力相關(guān)參數(shù)實(shí)例.................................................69

表K.2負(fù)載周期內(nèi)的允許負(fù)責(zé)工況和相應(yīng)的日常壽命損失（以“正常”日計(jì)），及最大熱點(diǎn)溫升舉例

....................................................................................71

III

GB/T1094.7—XXXX

引言

電力變壓器標(biāo)準(zhǔn)的制定，是為了給電力變壓器建立一套最佳的評(píng)價(jià)準(zhǔn)則，為電力變壓器從生產(chǎn)材料

選擇、產(chǎn)品設(shè)計(jì)、產(chǎn)品生產(chǎn)、產(chǎn)品檢驗(yàn)、產(chǎn)品選用及運(yùn)行維護(hù)等方面所需的注意事項(xiàng)提供指導(dǎo)。GB/T1094

旨在確立適用于電力變壓器的設(shè)計(jì)、制造、試驗(yàn)方法、運(yùn)行維護(hù)等方面的遵循原則和相關(guān)規(guī)則，擬由

16個(gè)部分構(gòu)成。

——第1部分：總則。目的在于確立適用于各類電力變壓器設(shè)計(jì)制造和生產(chǎn)試驗(yàn)等所需要遵循的總

體原則和相關(guān)規(guī)則；

——第2部分：液浸式變壓器的溫升。目的在于確立適用于各類液浸式電力變壓器有關(guān)溫升方面的

技術(shù)要求和試驗(yàn)方法；

——第3部分：絕緣水平、絕緣試驗(yàn)和外絕緣空氣間隙。目的在于確立適用于各類液浸式電力變壓

器有關(guān)絕緣水平、絕緣試驗(yàn)和外絕緣空氣間隙方面的技術(shù)要求和絕緣試驗(yàn)方法；

——第4部分：電力變壓器和電抗器的雷電沖擊和操作沖擊試驗(yàn)導(dǎo)則。目的在于確立適用于各類各

類電力變壓器和電抗器有關(guān)雷電沖擊試驗(yàn)和操作沖擊試驗(yàn)方面的技術(shù)要求和試驗(yàn)方法；

——第5部分：承受短路的能力。目的在于確立適用于各類電力變壓器有關(guān)承受短路能力方面的技

術(shù)要求和承受短路能力試驗(yàn)方法；

——第6部分：電抗器。目的在于確立適用于各類各類電抗器的技術(shù)要求和試驗(yàn)要求；

——第7部分：油浸式電力變壓器負(fù)載導(dǎo)則。目的在于對(duì)各類油浸式電力變壓器有關(guān)帶負(fù)載運(yùn)行時(shí)

提供指導(dǎo)；

——第10部分：聲級(jí)測(cè)定。目的在于確立適用于各類電力變壓器和電抗器有關(guān)聲級(jí)方面的技術(shù)要

求和聲級(jí)測(cè)定試驗(yàn)方法；

——第10.1部分：聲級(jí)測(cè)定應(yīng)用導(dǎo)則。目的在于對(duì)各類電力變壓器和電抗器有關(guān)聲級(jí)測(cè)定方面

提供指導(dǎo)；

——第11部分：干式變壓器。目的在于確立適用于各類干式電力變壓器的技術(shù)要求和試驗(yàn)要求；

——第12部分：干式電力變壓器負(fù)載導(dǎo)則。目的在于對(duì)各類干式電力變壓器有關(guān)帶負(fù)載運(yùn)行時(shí)提

供指導(dǎo)；

——第14部分：采用高溫絕緣材料的液浸式電力變壓器。目的在于確立適用于各類采用高溫絕緣

材料的液浸式變壓器的技術(shù)要求和試驗(yàn)要求；

——第15部分：充氣式電力變壓器。目的在于確立適用于各類充氣式電力變壓器的技術(shù)要求和試

驗(yàn)要求；

——第16部分：風(fēng)力發(fā)電用變壓器。目的在于確立適用于各類風(fēng)力發(fā)電用變壓器的技術(shù)要求和試

驗(yàn)要求；

——第18部分：頻率響應(yīng)測(cè)量。目的在于確立適用于各類電力變壓器有關(guān)頻率響應(yīng)方面的技術(shù)要

求和頻率響應(yīng)測(cè)量試驗(yàn)方法；

——第23部分：電力變壓器第23部分：直流偏磁抑制裝置。目的在于確立適用于各類直流偏磁

抑制裝置的技術(shù)要求和試驗(yàn)要求。

GB/T1094通過(guò)16個(gè)部分明確了各類電力變壓器和電抗器等產(chǎn)品的技術(shù)要求和試驗(yàn)要求，給出了具

體的試驗(yàn)程序、試驗(yàn)方法及運(yùn)行指導(dǎo)。通過(guò)確立各類產(chǎn)品明確的范圍、術(shù)語(yǔ)、技術(shù)要求和試驗(yàn)方法等，

VI

GB/T1094.7—XXXX

讓生產(chǎn)者、使用者及相關(guān)試驗(yàn)人員能夠更加清晰、準(zhǔn)確地進(jìn)行操作，從而設(shè)計(jì)、制造高質(zhì)量的產(chǎn)品，更

好地促進(jìn)貿(mào)易、交流和技術(shù)合作，并為我國(guó)電網(wǎng)的正常運(yùn)行提供保障。

本文件從運(yùn)行溫度和熱老化觀點(diǎn)提供了電力變壓器的規(guī)范和負(fù)載導(dǎo)則。它提供了超銘牌額定容量的

負(fù)載推薦值，并為設(shè)計(jì)人員選擇新設(shè)備的適當(dāng)額定參數(shù)和負(fù)載條件提供了指導(dǎo)。

GB/T1094.2是合同協(xié)議的基礎(chǔ)，其包括了液浸式變壓器在連續(xù)額定負(fù)載下溫升值的要求和試驗(yàn)。

本文件給出了一些數(shù)學(xué)模型，用來(lái)判斷不同負(fù)載在不同冷卻介質(zhì)溫度下和在該負(fù)載呈瞬時(shí)或周期性

變化時(shí)的結(jié)果。該模型用來(lái)對(duì)變壓器運(yùn)行溫度進(jìn)行計(jì)算，特別是對(duì)繞組最熱部位的溫度進(jìn)行計(jì)算。此熱

點(diǎn)溫度又是用來(lái)估算在某個(gè)特定期間內(nèi)的額定熱老化率和壽命損失百分?jǐn)?shù)。模型涉及小型變壓器和電力

變壓器。

與之前版本相比，一個(gè)較大變化就是進(jìn)行了大量關(guān)于紙老化的研究工作，并表明老化可以通過(guò)氧化、

水解、高溫分解組合來(lái)描述。此外，提供可能性去評(píng)估預(yù)期的絕緣壽命，考慮不同的老化因素，例如：

微水、氧氣以及溫度，還有更多實(shí)際運(yùn)行情況。標(biāo)題從“油浸式電力變壓器”更新為“礦物油液浸式電

力變壓器”。溫度和電流限值進(jìn)行了評(píng)審，并建議了最大鐵芯溫度。光纖溫度傳感器的使用已成為一項(xiàng)

標(biāo)準(zhǔn)實(shí)踐，但每臺(tái)變壓器安裝的傳感器數(shù)量是差別很大的?，F(xiàn)在這一點(diǎn)和Q、S、H系數(shù)的描述現(xiàn)在同樣

考慮在內(nèi)。熱模型按照通用數(shù)學(xué)形式進(jìn)行了重新修訂以及改寫。簡(jiǎn)短討論了地磁感應(yīng)電流，并建議了相

應(yīng)溫度限值。

本文件還按溫度計(jì)算或測(cè)量結(jié)果推薦了允許的負(fù)載限值。這些推薦值涉及不同形式的負(fù)載工況——

連續(xù)負(fù)載、正常周期性穩(wěn)定負(fù)載或暫時(shí)急救負(fù)載。這些推薦值涉及小型變壓器、中型電力變壓器和大

型電力變壓器。第1章到第7章包括了不同類型變壓器的定義、一般的背景信息和運(yùn)行方面的各種規(guī)定限

值。

第8章包括了溫度的確定，提供了用于估算穩(wěn)態(tài)和暫態(tài)條件下熱點(diǎn)溫度的數(shù)學(xué)模型。

第9章包括了分接位置影響的簡(jiǎn)要說(shuō)明。

應(yīng)用實(shí)例在附錄A,B,C,D,E,F,G,H,I和附錄K中給出。

VII

GB/T1094.7—XXXX

電力變壓器第7部分：油浸式電力變壓器負(fù)載導(dǎo)則

1范圍

本文件提供了對(duì)變壓器在超銘牌額定值負(fù)載效應(yīng)、相對(duì)老化率和變壓器絕緣壽命、限制、溫度測(cè)定

和分接開(kāi)關(guān)的影響等運(yùn)行方面的指導(dǎo)，并闡述了變壓器在不同環(huán)境溫度和負(fù)載條件下的運(yùn)行對(duì)其壽命的

影響。

本文件適用于礦物油液浸式變壓器。

注：對(duì)于電爐變壓器，用戶宜向制造方咨詢特殊負(fù)載工況。

2規(guī)范性引用文件

下列文件中的內(nèi)容通過(guò)文中的規(guī)范性引用而構(gòu)成本文件必不可少的條款。其中，注日期的引用文件，

僅該日期對(duì)應(yīng)的版本適用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改單）適用于本

文件。

GB/T1094.2電力變壓器第2部分：液浸式變壓器的溫升(GB/T1094.2—2013，IEC

60076-2:2011，MOD)

GB/T1094.14電力變壓器第14部分：采用高溫絕緣材料的液浸式電力變壓器（GB/T

1094.14—2012，IEC60076-14:2013，MOD）

3術(shù)語(yǔ)和定義

本文件采用下列術(shù)語(yǔ)和定義。

3.1

小型變壓器smallpowertransformer

無(wú)附加（可拆的）散熱器、冷卻器或散熱管（包括波紋油箱）的電力變壓器，無(wú)論額定值。

3.2

中型變壓器mediumpowertransformer

三相最大額定容量100MVA、單相最大容量為33.3MVA的電力變壓器。

3.3

大型變壓器largepowertransformer

三相最大額定容量大于100MVA、單相最大容量大于33.3MVA的電力變壓器。

3.4

周期性負(fù)載cyclicloading

1

GB/T1094.7—XXXX

周期性變化的負(fù)載（周期持續(xù)時(shí)間通常為24h），該負(fù)載是按一個(gè)周期內(nèi)累積的老化量來(lái)考慮的。

注：它可以是正常負(fù)載，也可以是長(zhǎng)期急救負(fù)載。

3.5

正常周期性負(fù)載normalcyclicloading

在周期性負(fù)載中，在某段時(shí)間內(nèi)環(huán)境溫度較高或施加了大于額定負(fù)載的電流，從相對(duì)的熱老化率

觀點(diǎn)來(lái)說(shuō)（根據(jù)數(shù)學(xué)模型），這種負(fù)載等效于正常環(huán)境溫度下的額定負(fù)載。

注：這是通過(guò)在負(fù)載周期的其它時(shí)間段內(nèi)利用低環(huán)境溫度或低負(fù)載電流來(lái)實(shí)現(xiàn)的。只要相對(duì)熱老化率大于1的各周

期的老化值能被相對(duì)熱老化率小于1的各周期的老化值所補(bǔ)償，這一原則可用于長(zhǎng)時(shí)間的周期性負(fù)載運(yùn)行中。

3.6

長(zhǎng)期急救負(fù)載long-timeemergencyloading

由于系統(tǒng)中某些設(shè)備長(zhǎng)時(shí)間退出運(yùn)行而引起的一種負(fù)載方式，在變壓器達(dá)到一個(gè)新的、較高的穩(wěn)態(tài)

溫度之前，這些設(shè)備不會(huì)重新投入運(yùn)行。

3.7

短期急救負(fù)載short-timeemergencyloading

由于系統(tǒng)中發(fā)生了一個(gè)或多個(gè)事故，嚴(yán)重干擾了系統(tǒng)的正常負(fù)載分配，從而產(chǎn)生的暫態(tài)（少于30min）

嚴(yán)重過(guò)負(fù)載。

3.8

熱點(diǎn)hot-spot

若無(wú)另行規(guī)定，是指各繞組中的最熱點(diǎn)。

3.9

相對(duì)熱老化率relativethermalageingrate

在給定的熱點(diǎn)溫度下，與參考熱點(diǎn)溫度下的絕緣老化率相比，變壓器的絕緣老化減慢或加快的速率。

3.10

變壓器絕緣壽命transformerinsulationlife

從變壓器絕緣是新的起始狀態(tài)到變壓器由于（正常運(yùn)行中可能發(fā)生的）熱老化、介電應(yīng)力、短路應(yīng)

力或機(jī)械位移而導(dǎo)致絕緣劣化、存在電氣故障高風(fēng)險(xiǎn)的最終狀態(tài)之間的總時(shí)間。

3.11

壽命損失百分?jǐn)?shù)percentlossoflife

一段時(shí)間（通常為24h）內(nèi)以小時(shí)計(jì)的等效老化值乘以100再除以變壓器的預(yù)期絕緣壽命。

注：：此按小時(shí)計(jì)的等效老化值通過(guò)相對(duì)老化率與小時(shí)數(shù)相乘得出。

3.12

2

GB/T1094.7—XXXX

非熱改性紙non-thermallyupgradedpaper

在不加穩(wěn)定劑情況下，使用未漂白針葉木通過(guò)硫酸鹽法制漿生產(chǎn)的牛皮紙。

3.13

熱改性紙thermallyupgradedpaper

經(jīng)過(guò)化學(xué)處理的纖維素紙，其分解率得以降低。

注：通過(guò)局部消除水分形成的媒質(zhì)（如在氰乙化物中）或通過(guò)使用穩(wěn)定劑（如在胺化物，雙氰胺中）來(lái)抑制水分形

成以減少老化的影響。如果紙的壽命滿足了ANSI/IEEEC57.100準(zhǔn)則的要求：在110℃的密閉管中放置65000h或

在按下式給出的其他時(shí)間/溫度組合下仍保持50%的張力，則可認(rèn)為紙已得到改性：

150001500015000

28.082

273273110273

Time(h)eh65000eh.....................(1)

注：由于現(xiàn)在使用的熱改性化學(xué)品含氮，而在硫酸鹽紙漿中沒(méi)有氮，因此化學(xué)改性的程度是通過(guò)對(duì)處理過(guò)的紙

中的含氮量進(jìn)行測(cè)定來(lái)確定的。當(dāng)按ASTMD-982[2]進(jìn)行測(cè)量的時(shí)候，在密閉管試驗(yàn)之后熱改性紙的含氮量典

型值介于1%和4%之間。。

3.14

非導(dǎo)向強(qiáng)迫油流non-directedforced-oilflow

OF

表示從熱交換器或者散熱器泵出的油在油箱內(nèi)自由流動(dòng)，不強(qiáng)迫其流過(guò)繞組。

注：繞組內(nèi)部的油流可以在垂直冷卻油道中軸向流動(dòng)，也可以在水平冷卻油道中輻向流動(dòng)，可以帶或者不帶曲折形

流動(dòng)。

3.15

非導(dǎo)向自然油流non-directednatural-oilflow

ON

表示從熱交換器或者散熱器流出來(lái)的油在油箱內(nèi)自由流動(dòng)，不強(qiáng)迫其流過(guò)繞組

注：繞組內(nèi)部的油流可以在垂直冷卻油道中軸向流動(dòng)，也可以在水平冷卻油道中輻向流動(dòng)，可以帶或者不帶曲折形

流動(dòng)。

3.16

導(dǎo)向油流directedoilflow

OD

表示從熱交換器或者散熱器泵出的油大部分是被強(qiáng)迫地流過(guò)繞組。

注：繞組內(nèi)部的油流可以是在垂直冷卻油道中軸向流動(dòng)，也可以在水平冷卻油道中曲折流動(dòng)。

3.17

設(shè)計(jì)環(huán)境溫度designambienttemperature

用于規(guī)定允許繞組平均溫升、頂層油溫升及熱點(diǎn)溫升的環(huán)境溫度。

3

GB/T1094.7—XXXX

4符號(hào)和縮略語(yǔ)

下列符號(hào)和縮略語(yǔ)適用于本文件：

符號(hào)含義單位

C熱容Ws/K

c比熱容Ws/（kg·K）

DP聚合度

D差分方程中的差分算子

gr額定電流下繞組平均溫度對(duì)油平均溫度（油箱內(nèi)）的梯度K

H熱點(diǎn)系數(shù)

k11熱模型常數(shù)

k21熱模型常數(shù)

k22熱模型常數(shù)

K負(fù)載系數(shù)（負(fù)載電流/額定電流）

L所考慮時(shí)間期限的總老化h

mA鐵芯和線圈裝配體的質(zhì)量kg

mT油箱和附件質(zhì)量kg

mO油質(zhì)量kg

mW繞組質(zhì)量kg

n所考慮期間內(nèi)每個(gè)時(shí)間間隔的序數(shù)

N所考慮期間內(nèi)的時(shí)間間隔總數(shù)

ODODAN,ODAF或ODWF冷卻

OFOFAN,OFAF或OFWF冷卻

ONONAN或ONAF冷卻

p施加損耗W

pe繞組渦流損耗標(biāo)幺值p.u.

pW繞組損耗W

R額定電流下的負(fù)載損耗與額定電壓下的空載損耗的比值

4

GB/T1094.7—XXXX

Rr主分接下負(fù)載損耗與空載損耗的比值

Rr+1r+1分接下負(fù)載損耗與空載損耗的比值

Rmin最小分接下負(fù)載損耗與空載損耗的比值

Rmax最大分接下負(fù)載損耗與空載損耗的比值

RTD電阻溫度

RH油的相對(duì)含水量%

s拉普拉斯算子

t時(shí)間變量min

tapx主分接位置

r+1分接位置

Tapr+1

Tapmin最小分接位置

Tapmax最大分接位置

V相對(duì)老化率

Vn第n個(gè)時(shí)間間隔內(nèi)的相對(duì)老化率

WCO油中含水量mg/L

WCP紙絕緣中的含水量%

x總損耗對(duì)頂層油（油箱內(nèi)）溫升的指數(shù)冪（油指數(shù)）

y電流對(duì)繞組溫升的指數(shù)冪（繞組指數(shù)）

θa環(huán)境溫度℃

θE年加權(quán)環(huán)境溫度℃

θh繞組熱點(diǎn)溫度℃

θma月平均溫度℃

θma-max最熱月的月平均溫度，按GB/T1094.2的規(guī)定℃

θo所考慮負(fù)載下的頂層油溫度（油箱內(nèi)）℃

θya年平均溫度，按GB/T1094.2的規(guī)定℃

τO油時(shí)間常數(shù)min

τW繞組時(shí)間常數(shù)min

Δθbr額定負(fù)載（空載損耗+負(fù)載損耗）下的底部油（油箱內(nèi)）溫升K

5

GB/T1094.7—XXXX

Δθh所考慮負(fù)載下，熱點(diǎn)溫度對(duì)頂層油溫（油箱內(nèi)）的梯度K

Δθhi起始時(shí)，熱點(diǎn)溫度對(duì)頂層油溫）（油箱內(nèi)）的梯度K

Δθhr額定電流下，熱點(diǎn)對(duì)頂層油溫（油箱內(nèi)）的梯度K

Δθo所考慮負(fù)載下，頂層油（油箱內(nèi)）溫升K

Δθoi起始時(shí)，頂層油（油箱內(nèi)）溫升K

Δθom所考慮負(fù)載下，油平均（油箱內(nèi)）溫升K

Δθomr額定負(fù)載（空載損耗+負(fù)載損耗）下油平均（油箱內(nèi)）溫升K

Δθor額定損耗（空載損耗+負(fù)載損耗）下在穩(wěn)定狀態(tài)下的頂層油（油箱內(nèi)）溫升K

Δθ`or由于包圍體而修正的頂層油溫升K

Δ(Δθor)由于包圍體而附加的頂層油溫升K

5超銘牌額定值負(fù)載效應(yīng)

5.1概述

正常預(yù)期壽命值通常是以設(shè)計(jì)環(huán)境溫度和額定運(yùn)行條件下的連續(xù)工況為基礎(chǔ)的。當(dāng)負(fù)載超過(guò)銘牌額

定值和/或環(huán)境溫度高于設(shè)計(jì)環(huán)境溫度時(shí)，變壓器將承受一定程度的風(fēng)險(xiǎn)，并加速老化。本文件的目的

是要識(shí)別這些風(fēng)險(xiǎn)，并指導(dǎo)變壓器如何在限定條件下進(jìn)行超銘牌額定值的負(fù)載運(yùn)行。用戶明確規(guī)定最大

負(fù)載條件且供應(yīng)方在變壓器設(shè)計(jì)中考慮這些條件可以降低該風(fēng)險(xiǎn)程度。

5.2一般后果

變壓器負(fù)載超銘牌額定值的后果如下：

a)繞組、線夾、引線、絕緣及油的溫度將會(huì)升高，且有可能達(dá)到不可接受的程度；

b)鐵芯外的漏磁密度將增加，從而使與此漏磁通耦合的金屬部件由于渦流而發(fā)熱；

c)隨著溫度變化，絕緣和油中的水分和氣體含量將會(huì)發(fā)生變化。

d)套管、分接開(kāi)關(guān)、電纜終端接線裝置和電流互感器等也將受到超出其設(shè)計(jì)和使用裕度的較高應(yīng)

力。

主磁通與增加的漏磁通合在一起，可能會(huì)使鐵芯過(guò)勵(lì)磁能力受到限制【6】【7】【8】。

注：對(duì)于帶有負(fù)載的心式變壓器，當(dāng)其能量由外繞組（通常為HV）流向內(nèi)繞組（通常為L(zhǎng)V）時(shí)，鐵芯中的由主磁通

和漏磁通合成的最大磁通密度出現(xiàn)于鐵軛處。

試驗(yàn)已表明，此磁通小于或者等于同一電壓值施加于空載變壓器的外部繞組端子上時(shí)所產(chǎn)生的磁通。對(duì)施加了

負(fù)載的變壓器，其心柱中的磁通由內(nèi)繞組端子上的電壓來(lái)決定，其值與空載下施加同一電壓值所產(chǎn)生的磁通幾

乎相等。

對(duì)于能量由內(nèi)繞組流出的心式變壓器，最大磁通密度出現(xiàn)在鐵芯柱中。其值僅比空載下施加相同電壓產(chǎn)生的磁

通稍大。鐵軛中的磁通密度則由外部繞組中的電壓來(lái)確定。

因此，當(dāng)施加的負(fù)載超過(guò)銘牌額定值時(shí)，應(yīng)觀察該變壓器的兩側(cè)電壓，只要其勵(lì)磁側(cè)的電壓仍低于GB/T

1094.1—2013第5章規(guī)定的限值，就不必限制勵(lì)磁。當(dāng)某些地區(qū)的電網(wǎng)在急救狀態(tài)下仍能保持正常運(yùn)行，則會(huì)

出現(xiàn)較高勵(lì)磁來(lái)保證負(fù)載電壓，這樣鐵芯中的磁密不應(yīng)超過(guò)產(chǎn)生外部漏磁通時(shí)的值（對(duì)于冷軋晶粒取向硅鋼片，

6

GB/T1094.7—XXXX

當(dāng)其大于1.9T時(shí)，這種飽和效應(yīng)便迅速開(kāi)始出現(xiàn)）。由于漏磁通中含有高頻分量，故此漏磁通也可能使鐵芯表

面和附近金屬件（如繞組夾緊件，甚至在繞組內(nèi)部）產(chǎn)生不可預(yù)計(jì)的高溫，從而可能危及變壓器。通常，在各

種情況下，繞組短時(shí)過(guò)載時(shí)間非常短，因此鐵芯不會(huì)在過(guò)勵(lì)磁下出現(xiàn)過(guò)熱，這是由于鐵芯的熱時(shí)間常數(shù)較大的

原因。

因此，隨著電流和溫度的升高，變壓器過(guò)早發(fā)生故障的風(fēng)險(xiǎn)會(huì)增加。這種風(fēng)險(xiǎn)可能是直接短期性質(zhì)，

也可能是由于變壓器絕緣熱老化多年積累造成的。

5.3短期急救負(fù)載的影響和危險(xiǎn)

短時(shí)增加負(fù)載將會(huì)使運(yùn)行條件中的故障風(fēng)險(xiǎn)增加。短時(shí)急救過(guò)負(fù)載會(huì)使導(dǎo)體熱點(diǎn)溫度上升，可能使

絕緣強(qiáng)度呈暫時(shí)性的降低。但是，接受這種短時(shí)過(guò)載條件可能比失去供電更好些。這類過(guò)負(fù)載預(yù)計(jì)是很

少發(fā)生的，然而，一旦出現(xiàn)時(shí)，應(yīng)在短時(shí)間內(nèi)迅速降低負(fù)載或切斷變壓器，以免發(fā)生故障。這種負(fù)載允

許時(shí)間小于整個(gè)變壓器的熱時(shí)間常數(shù)，并且它也與過(guò)負(fù)載前的運(yùn)行溫度有關(guān)。一般來(lái)說(shuō)，它小于半小時(shí)。

短期故障的主要危險(xiǎn)是由于在高場(chǎng)強(qiáng)區(qū)域內(nèi)（即在繞組和引線處）內(nèi)可能出現(xiàn)氣泡，使其介電強(qiáng)度

下降。對(duì)于繞組絕緣含水量約為2%的變壓器，在熱點(diǎn)溫度超過(guò)140℃時(shí)，很可能產(chǎn)生氣泡。當(dāng)水分含量

增加時(shí)，此溫度限值將會(huì)降低。

注：關(guān)于氣泡的產(chǎn)生,見(jiàn)GB/T1094.14。

a)當(dāng)大金屬結(jié)構(gòu)件由于漏磁發(fā)熱時(shí)，在其表面處（油中或固體絕緣內(nèi)）會(huì)出現(xiàn)氣泡，或者當(dāng)油過(guò)

飽和時(shí)也會(huì)出現(xiàn)氣泡。然而，這種氣泡通常是在場(chǎng)強(qiáng)低的區(qū)域中產(chǎn)生，且只當(dāng)它向高場(chǎng)強(qiáng)區(qū)域

流動(dòng)時(shí)，才會(huì)引起絕緣強(qiáng)度明顯降低；

變壓器內(nèi)部的裸金屬部件（除繞組外），若不是與纖維絕緣材料有直接的熱接觸，而是與非纖

維絕緣材料（如芳族聚酰胺絕緣紙、玻璃纖維）和油接觸，則其溫度可能迅速升高，但它不應(yīng)

超過(guò)180℃；

b)在較高溫度下，機(jī)械性能的暫時(shí)退化可能降低短路強(qiáng)度；

c)套管內(nèi)部的壓力升高可能會(huì)導(dǎo)致漏油，從而引起故障。如果絕緣的溫度超過(guò)140℃，電容式套

管內(nèi)部也將產(chǎn)生氣泡；

d)儲(chǔ)油柜中的油因油膨脹可能會(huì)溢出；

e)切斷分接開(kāi)關(guān)內(nèi)的過(guò)大電流可能有危險(xiǎn)。

繞組、鐵芯和結(jié)構(gòu)件中的最大熱點(diǎn)溫度限值是按短期風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行考慮的（見(jiàn)第7章）。

當(dāng)負(fù)載降到正常水平時(shí)，短期危險(xiǎn)一般會(huì)消失。但是它們應(yīng)當(dāng)被有關(guān)各方（包括計(jì)劃員、資產(chǎn)所有

者和操作員）確認(rèn)并接受。

5.4長(zhǎng)期急救負(fù)載影響

這不是正常工作條件，這類過(guò)負(fù)載預(yù)計(jì)是很少發(fā)生的，然而，一旦出現(xiàn)時(shí)，其可能持續(xù)數(shù)周甚至幾

個(gè)月的時(shí)間，并能導(dǎo)致嚴(yán)重的老化。

a)導(dǎo)線絕緣機(jī)械特性在較高的溫度下，熱劣化進(jìn)程將加快，如果熱劣化到一定程度時(shí)，變壓器的

有效壽命將縮短，若此后遇到系統(tǒng)短路或運(yùn)輸事件，變壓器的壽命損失將更加嚴(yán)重；

b)其他絕緣件，特別是維持軸向壓力的繞組壓板，老化率在較高溫度下也可能加快；

c)由于電流和溫度的升高，分接開(kāi)關(guān)的接觸電阻可能增加，嚴(yán)重時(shí)，可能會(huì)出現(xiàn)熱失控現(xiàn)象；

d)變壓器的密封材料在高溫下，可能變脆。

相對(duì)老化率和壽命損失百分?jǐn)?shù)的計(jì)算準(zhǔn)則是按長(zhǎng)期危險(xiǎn)進(jìn)行考慮的。

5.5變壓器容量的大小

變壓器超銘牌額定值負(fù)載的敏感度取決于其容量大小。隨著容量增加，則：

7

GB/T1094.7—XXXX

——漏磁密度增加；

——短路力增加；

——承受高場(chǎng)強(qiáng)作用的絕緣質(zhì)量增加；

——確定熱點(diǎn)溫度的難度更大；

因此，超銘牌額定值負(fù)載時(shí)，大型變壓器較小型變壓器更容易遭受損壞，故障的后果也比小型變壓

器更加嚴(yán)重。

為把運(yùn)行危險(xiǎn)控制在適當(dāng)?shù)某潭戎校疚募⒆儔浩鞣秩N類型進(jìn)行考慮：

a)小型變壓器應(yīng)只考慮繞組熱點(diǎn)溫度和熱劣化；

b)中型變壓器應(yīng)考慮各種不同的冷卻方式；

c)大型變壓器的漏磁通影響很大，且故障的后果很嚴(yán)重。

6相對(duì)老化率和變壓器絕緣壽命

6.1概述

生產(chǎn)電氣絕緣用的紙和紙板主要使用未漂白軟木紙漿。使用所謂的硫酸鹽工藝從樹(shù)上提煉纖維素。

處理之后的未漂白硫酸鹽紙漿的典型成分為78%～80%的纖維素，10%～20%的半纖維素以及2%～6%的木質(zhì)

素。

纖維素是通過(guò)糖苷鍵連接在一起的無(wú)水葡萄糖所組成的線性縮合聚合物，圖1.

圖1纖維素結(jié)構(gòu)式

硫酸鹽紙漿可以制作不同類型的紙和不同密度的紙板。通過(guò)增加不同的含氮化合物可以提高纖維素

的老化特性。熱改性紙的含氮量通常在1%-4%之間。絕緣紙熱改性的目的是中和在變壓器壽命期間因材

料水解（熱降解）而產(chǎn)生的酸。

6.2絕緣壽命

近年來(lái)進(jìn)行了大量紙降解的研究，并發(fā)表在文獻(xiàn)[9]至[15]中，表明纖維老化由三個(gè)過(guò)程構(gòu)成，即

氧化、水解和高溫分解。

氧化是一個(gè)在溫度較低時(shí)占主導(dǎo)地位的過(guò)程。這種環(huán)境下的氧化劑是來(lái)自進(jìn)入的空氣中的氧氣，這

一過(guò)程最終產(chǎn)物是水。纖維素的水解是一個(gè)催化控制過(guò)程，在這個(gè)過(guò)程鏈中斷的速率取決于分解在水中

的羧酸。由于水和羧酸都是在纖維素老化過(guò)程中產(chǎn)生的，所以這一過(guò)程是自動(dòng)加速的。高溫分解可以在

沒(méi)有水和/或氧氣、或其他任何催化劑來(lái)觸發(fā)分解的情況下發(fā)生的過(guò)程。在正常運(yùn)行或過(guò)載溫度（即＜

140℃）條件下，認(rèn)為這些過(guò)程幾乎沒(méi)有相關(guān)性。

8

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在真實(shí)的變壓器中，所有這些過(guò)程-水解、氧化和高溫分解都是同時(shí)發(fā)生的。這就增加了應(yīng)用一個(gè)

模型來(lái)描述全部分解過(guò)程的全部復(fù)雜性。哪種過(guò)程占主導(dǎo)地位取決于溫度和條件（例如：氧氣、水和酸

含量）。

在老化過(guò)程中可能會(huì)使用不同的參數(shù)來(lái)描述纖維素分解過(guò)程。實(shí)際上，機(jī)械強(qiáng)度對(duì)繞組紙耐受短路

期間產(chǎn)生的剪應(yīng)力來(lái)說(shuō)很重要。但是，由于紙?jiān)谧儔浩髦惺钳B放排列，不可能從使用的變壓器中取樣分

析紙的抗拉強(qiáng)度。因此在描述絕緣紙的狀態(tài)時(shí)，使用聚合度（DP）更方便。圖2顯示了抗拉強(qiáng)度和聚合

度（DP）值（見(jiàn)【11】）之間一種典型的相關(guān)性，這種相關(guān)性對(duì)熱改性紙和非熱改性紙均有效。

圖2抗拉強(qiáng)度和聚合度(DP)值之間的相關(guān)性

聚合度（DP）是一個(gè)纖維大分子里的糖苷環(huán)數(shù)的平均數(shù)（n），處理之前的未漂白軟木牛皮紙內(nèi)的

數(shù)量在1100至1400之間。根據(jù)變壓器干燥工藝，DP值可能進(jìn)一步降低至較小值或更高等級(jí)。在老化過(guò)程

中，由于無(wú)水單體葡萄糖β之間共價(jià)鍵的斷裂，這些聚合纖維分子的長(zhǎng)度會(huì)變短。非熱改性紙和熱改性

紙暴露在溫度為140℃、含氧量＜6000ul/L、含水量0.5%的環(huán)境中DP隨時(shí)間的變化顯示見(jiàn)圖3（見(jiàn)[15]）。

該實(shí)驗(yàn)中使用的熱改性紙的含氮量為1.8%.

當(dāng)DP降到200或剩余抗拉強(qiáng)度為35%時(shí)，通常認(rèn)為紙的質(zhì)量（即機(jī)械強(qiáng)度）太差、已達(dá)到這種絕緣材

料的“壽命盡頭”（見(jiàn)[11]），即便絕緣材料的絕緣強(qiáng)度可能還在一個(gè)可以接受的水平。

附錄A給出了紙老化理論的進(jìn)一步詳盡說(shuō)明，考慮不同的老化因子，如含水量、氧氣和溫度，提供

了評(píng)估預(yù)期絕緣壽命的數(shù)學(xué)方法。熱改性紙和非熱改性紙的相應(yīng)結(jié)果分別見(jiàn)圖4和圖5。

下列工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)中考慮了圖中熱老化過(guò)程中所說(shuō)明的不同點(diǎn)：

——相對(duì)老化率為V=1.0，對(duì)應(yīng)非熱改性紙的溫度為98℃，對(duì)應(yīng)熱改性紙的溫度為110℃。

注