干式變壓器溫升計(jì)算方法
干式變壓器的溫升是指變壓器運(yùn)行時(shí)，其各部件溫度與環(huán)境溫度的差值。溫升計(jì)算是評(píng)估變壓器運(yùn)行性能、絕緣材料壽命及安全性的重要環(huán)節(jié)。以下是干式變壓器溫升計(jì)算的詳細(xì)方法：
一、溫升計(jì)算的基本原理
根據(jù)熱平衡原理，變壓器運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的熱量等于散失的熱量，即：
P
損耗
=Q
散熱
其中：
P
損耗
：變壓器的總損耗(空載損耗 + 負(fù)載損耗)
Q
散熱
：變壓器通過傳導(dǎo)、對(duì)流和輻射散失的熱量
溫升計(jì)算的核心是確定損耗產(chǎn)生的熱量與散熱條件之間的關(guān)系，從而得出各部件的溫度。
二、溫升計(jì)算的主要步驟
確定變壓器的損耗
空載損耗(鐵損)P
0
：與負(fù)載無關(guān)，主要由鐵芯材料和設(shè)計(jì)決定。
負(fù)載損耗(銅損)P
k
：與負(fù)載電流的平方成正比，即 P
k
=I
2
R。
計(jì)算總損耗
P
總
=P
0
+P
k
確定散熱條件
表面散熱系數(shù) h：與變壓器的外殼材料、表面粗糙度、環(huán)境風(fēng)速等因素有關(guān)。
散熱面積 A：變壓器的有效散熱表面積。
應(yīng)用熱平衡方程
假設(shè)變壓器各部件溫度均勻，根據(jù)牛頓冷卻定律：
P
總
=h?A?ΔT
解得溫升：
ΔT=
h?A
P
總
考慮熱阻
實(shí)際計(jì)算中，需考慮變壓器內(nèi)部各部件的熱阻，如繞組與鐵芯之間、繞組與外殼之間的熱阻。溫升計(jì)算可采用熱網(wǎng)絡(luò)法，建立各部件的熱阻模型，求解溫度分布。
三、簡化計(jì)算方法
對(duì)于工程計(jì)算，常采用經(jīng)驗(yàn)公式或簡化模型：
繞組溫升估算
繞組溫升 ΔT
繞組
可近似表示為：
ΔT
繞組
=ΔT
油(空氣)
+ΔT
繞組-油(空氣)
其中：
ΔT
油(空氣)
：油(空氣)的平均溫升
ΔT
繞組-油(空氣)
：繞組與油(空氣)之間的溫差
溫升限值
根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，干式變壓器的溫升限值如下：
部件 溫升限值(K)
繞組 100
鐵芯 80
金屬結(jié)構(gòu)件表面 80
四、計(jì)算示例
已知條件：
變壓器容量：1000 kVA
空載損耗 P
0
=1.5 kW
負(fù)載損耗 P
k
=8 kW(75℃時(shí))
散熱面積 A=5 m2
表面散熱系數(shù) h=10 W/(m2·K)
計(jì)算步驟：
計(jì)算總損耗
P
總
=P
0
+P
k
=1.5+8=9.5 kW=9500 W
計(jì)算溫升
ΔT=
h?A
P
總
=
10×5
9500
=190 K
分析：
計(jì)算得到的溫升為190 K，遠(yuǎn)高于標(biāo)準(zhǔn)限值(繞組100 K)，說明散熱條件不足或損耗計(jì)算需修正。
實(shí)際中，需考慮繞組與空氣的溫差、熱阻等因素，采用更的熱網(wǎng)絡(luò)模型進(jìn)行計(jì)算。
五、影響溫升的因素
負(fù)載率：負(fù)載增加，損耗增大，溫升升高。
環(huán)境溫度：環(huán)境溫度升高，散熱效果變差，溫升升高。
冷卻方式：自然冷卻(AN)與強(qiáng)迫風(fēng)冷(AF)的散熱能力不同，影響溫升。
材料特性：絕緣材料的耐熱等級(jí)(如F級(jí)、H級(jí))決定了允許的更高溫升。
六、溫升計(jì)算的意義
保證絕緣性能：過高的溫升會(huì)加速絕緣材料老化，縮短變壓器壽命。
提高運(yùn)行可靠性：合理控制溫升，確保變壓器在安全范圍內(nèi)運(yùn)行。
優(yōu)化設(shè)計(jì)：通過溫升計(jì)算，可優(yōu)化變壓器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和冷卻系統(tǒng)。
七、結(jié)論
干式變壓器的溫升計(jì)算需綜合考慮損耗、散熱條件、熱阻等因素，采用熱平衡方程或熱網(wǎng)絡(luò)模型進(jìn)行計(jì)算。工程中，可參考標(biāo)準(zhǔn)和廠家提供的數(shù)據(jù)，結(jié)合實(shí)際運(yùn)行條件，合理評(píng)估變壓器的溫升性能。
建議：
對(duì)于重要場合，建議進(jìn)行詳細(xì)的熱模擬分析。
定期監(jiān)測變壓器運(yùn)行溫度，確保溫升在允許范圍內(nèi)。
