突發短路的熱穩定研究

趙 丹 陳艷強

(新疆恒誠信工程咨詢有限公司 新疆 烏魯木齊 830000)

由于變壓器突發短路的時間非常短，我公司軟件對于短時溫升模擬比較困難，所以此章只對短時溫升進行理論計算，并結合試驗結果進行對比分析。

一、突發短路后繞組溫升介紹

變壓器在電網中發生突發短路事故時時間都很短，一般僅幾秒鐘系統中的保護措施即開啟。所以短路電流在繞組中瞬間產生的熱量幾乎散發不到周圍的介質(油)中去，所以我們近似認為，其全部熱量使繞組發熱。國標規定短路電流的持續時間為2S內的溫度不過超過標準所規定的250 ℃溫度。

由于現在變壓器產品大多數以銅為繞組的主要材質，所以這次研究主要以銅繞組為基準。銅繞組熱穩定時的溫度θ1如公式(1.1)所示：

(1.1)

式中，θ1為繞組短路t(s)后的平均溫度(℃)；θ0為繞組起始溫度(℃)；J為短路電流密度(A/mm2),按對稱短路電流的方均跟值計算出；t為持續時間(s)。

二、繞組短路時電密限值

根據公式(1.1)，當t為2s時，θ0為105℃,θ1為250℃(銅)，A級絕緣的最大允許電密：一般繞組的電密不應該大于96.5A/mm2電密值。

三、短路溫升的計算

我們對SZ10-40000/110電力變壓器進行短時溫升的計算，變壓器為ONAN油浸自冷A級絕緣，短時溫升限值應為250℃。變壓器高壓繞組電流密度2.52 A/mm2；低壓繞組電流密度2.54 A/mm2。繞組對空氣溫升限值65K，日最高氣溫按40℃考慮。對稱短路電流倍數：9.524。

高壓繞組對稱短路電流密度：JG=2.52×9.524=24 A/mm2

低壓繞組對稱短路電流密度：JD=2.8×9.524=26.667 A/mm2

低壓起始溫度：θ0=40℃+65℃=105℃

高壓起始溫度：θ0=40℃+65℃=105℃

對稱短路電流持續時間2s，將上述計算的值代入公式(1.1)

高壓繞組熱穩定平均溫度：112℃

低壓繞組熱穩定平均溫度：114℃

計算結果能滿足國標要求值。

四、產品熱點溫升試驗掃描結果分析

圖1和圖2為SZ10-40000/110電力變壓器在短路時熱點掃描的溫升值。圖1為油箱金屬件的掃描結果，最高區域在油箱的頂部的金屬件溫升為67.4℃，低于國標規定的金屬件溫升80℃的標準。圖2繞組熱點溫度掃描圖中顯示，最高溫度在繞組頂部接近夾件處，讀取的數值為98.2℃低于我們之前的繞組短時溫升的計算值114℃。突發短路所帶來的短時溫升沒有理論上那么高，通過繞組絕緣油的散熱作用，往往會降低一些。

圖1 SZ10-40000/110變壓器油箱試驗溫升

圖2 SZ10-40000/110變壓器繞組試驗溫升

五、小結

通過實例代入和變壓器實測值對比可以看出，變壓器繞組在發生突發短路故障時的短時溫升值不是很高，由于短路時間就幾秒，而且現在實際產品由于損耗的限制，電密一般都不會特變高，所以繞組的短時溫升不會超過允許值。