浅谈提升大型变压器过载能力

大型电力变压器由于其大容量、高载的特点，往往被选用为电网荷中心的变压器。但是，由于用电量的不断增大，导致了超荷运行的情况增多。大型油浸式电力变压器在超载运行时，导体发热会急剧上升，绕组和绝缘油温度剧增。这不但会降低变压器的绝缘强度，容易导致击穿现象，还会降低绕组的机械强度，尤其是发生短路故障时，产生的强大电动力极易造成变压器损坏。大型电力变压器超载运行，会使漏磁磁密、短路应力及受高场强作用的绝缘体积都将增加，危险性极高。提升大型变压器的过载能力，对于提升变压器的安全性，有着关键性的意义。

一、变压器过载的相关理论分析

1.变压器载类型

变压器载有周期性载和短期急救性载两种类型。周期性载，以一个周期内的平均老化量来考虑，又分为正常周期载和长期急救性周期载。正常载是指在温度的变化下产生周期性的额定电流超载的现象；长期急救性周期载是指变压器长时间退出运行而引起的变压器老化；短期急救性载是指系统中发生了严重事故或者错误，从而引起的超额载的情况。一般来说，短期急救性载是导致变压器出现故障的主要因素。

2.过载运行对于变压器的影响

变压器在运行过程中，受热力、电力、机械力和化学力等方面的作用，本身就是一个损耗的过程。超载运行时，变压器的损害就会大幅度增加，具体包括以下情况：绕组热点温度上升，可能在高场强区域内出现气泡而导致绝缘强度下降；机械特性变劣，可能会导致短路强度降低；套管内部的压力升高会产生漏油现象，可能会导致故障发生；储油柜中的油因膨胀可能会溢出；分接开关的接触电阻可能增加，严重时易导致热失控现象；密封材料在高温下可能发脆；绝缘元件在高温下容易发生老化；热劣化导致变压器寿命简短。

3.过载应该考虑的因素

变压器过载时要考虑到以下几种因素：相关元件和绝缘部件的温度可能会升到不可接受的程度；铁芯漏磁通密度将增加，漏磁通作用下金属部件温度激增；铁心过励磁能力在主磁通和漏磁通的作用下将会降低；结构和使用安全裕度受到热应力影响；油膨胀产生的影响。

二、提高过载能力对变压器的影响分析

1.变压器设计和制造方面

如需将变压器的过载能力提升为环境温度35℃、起始荷100%、过载倍数1.8倍或2.0倍、历时20分钟、控制变压器油温150℃和绕组热点温度150℃，除了要求变压器主体设计、制造工艺、材料和附件等方面做出控制，还要通过降低绕组的电流密度、控制载损耗和增加冷却设备等方式，有效控制绕组热点温度和顶层油温，选择大电流的套管、开关，选择大横截面积的导线。

2.配电装置选用方面

如果将变压器的过载能力提高到2.0倍，配电装置也会相应受到影响：电气设备额定电流的相关参数提高，主变间隔、母联、分段间隔受到影响，大大降低了设备的选型范围。提高导体的额定电流，也使变间隔、母联、分段间隔受到影响，导线以及配电装置的管母等导体的载流量要求相应提高，导体的更换还会引起支柱绝缘子型号以及土建的构架及管母支架的更换。

将变压器的过载能力提升到2.0倍，主变间隔中压侧断路器设备额定电流也大大提高，至少应该满足5000A，断路器、隔离开关、电流互感器额定电流都受到相关的限制，变压器的配置设备很多需要变更。

3.继电保护

大型电力变压器配置的继电保护主要有箱内部各种故障和油面下降的瓦斯保护；各种短路故障的纵联差动保护；过电流保护；单相接地短路后备保护；过荷保护；过励磁保护；各种辅助保护。过荷保护一般采用在主变高压侧和公共绕组装设过荷保护。由于继电保护常规是三相对称，一般保护采用采用监视过荷的电流继电器只装设在某一项，各侧过荷保护共用一只时间继电器的方式。正常情况下，变压器超载运行不会导致母线电压大幅降低，基本上产生的影响不大。变压器在过载运行的情况下，特别是过载倍数较大时，一般会引起冷却器损耗，并且绕组温度上升过快，但是对设备相间的阻抗保护不会产生影响。

4.处理措施

对于变压器超荷运行，一般采用以下处置措施：

（1）配置热辐射温度光纤传感器。热辐射温度光纤传感器利用光纤内的热辐射来传感温度，光纤温度传感器的灵敏度非常高，可以探测到光纤上任何位置的温度。变压器设计和制造过程中，可以将光纤纤维传感探头装于绕组、铁心等重点位置。这样能够有效地控制温度，释放变压器的过载水平。

（2）采取微机型过荷联切装置。如果系统发生事故，可能会产生仅有一个主变工作的情况，造成主变的严重过载。为了防止这种情况的发生，可以采用微机型过荷联切装置。该装置能够准确判断电流大小和有功功率，一旦所切荷能够满足运行要求，立即停止切下一轮荷，在最大限度上控制符合损失，有效地防止主变严重过载的危险，保证电网的连续供电。即使在油温没有达到规定开启风扇或油泵的整定温度时，也要做到立即有效开启风扇或油泵，降低绕组温度来补偿损耗。

三、提升变压器过载能力对电网运行的影响

提升变压器过载能力，能够有效地保持电网的连续供电和稳定运行。电网的供电能力明显增强，电网发生事故和受到损害的危险性明显下降，对于电网安全稳定的运行提供了明显的保障，且有效地延缓了电网扩建的时间，为电网优化项目提供了一定的富裕度。

总之，提高大型电力变压器过载能力，能增强主变的实际供电能力，减小变压器受到损害的可能性，保护变压器和电网本身，大大延迟第三台主变的建设时间，延缓了电网的建设。

为了保证大型电力变压器能够在过载情况下更好稳定地运行，笔者认为，今后应加大对于大型电力变压器过载能力提升的研究，重视大型变压器超载运行的状况。

参考文献：

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（作者单位：甘肃省兰州资源环境职业技术学院）