采用植物油浸渍耐高温纸的配电变压器过载能力研究

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南方电网为提高配电变压器承受持续性过载的能力，在2015年制定了10kV高过载能力油浸式配电变压器技术规范书，提出配变过载运行性能需满足1.5 倍额定容量 6h、1.75 倍额定容量 3h、2.0 倍额定容量 1h 阶段性连续运行的设计要求，且不影响变压器正常使用寿命。

目前国内的学者主要提出用 2 种方法解决配电变压器短时过载的问题。一种是扩大配电变压器的容量，但该类配变日常负载率仅有 40%左右,因此若采取大容量配变，空载损耗所占比例大，不符合节能要求，即南方电网公司对变压器损耗要求达到 S13 型。另一种解决方法是针对变压器过载能力受限于绕组绝缘纸的105°C温度指数，通过选用130°C(B 级)绝缘的耐高温纸并配合高燃点的液体介质来提高变压器的耐过载能力。

杜邦公司研制开发的 Nomex®系列的芳香族聚酰胺合成纸中 Nomex®T910 纸的耐热等级为 130°C，即 B 级绝缘；有文献报道采用植物油 FR3 浸渍 Nomex®T910 的油纸绝缘系统可进一步使其耐热等级达到 140°C。另外WEIDMANN 公司也推出了针对低压及高压绕组的新型菱形增强 INSULutions®DPE 的热改性纸，其温度指数标称为130°C。

植物油作为一种高燃点的液体介质近年得到了快速推广应用,它的亲水性比矿物油高，使得其饱和水含量高于矿物油，这有助于使油纸绝缘系统中的水分更多的分布在油中，从而减缓绝缘纸劣化的速度。

目前，对于植物油变压器温升研究的公开报道比较有限。国内有使用 Fluent 对植物油 400kVA 配电变压器进行温度场仿真，得出相对于矿物油配变,植物油配变绕组最热点温升与绕组平均温升均有所提高。国外学者C. Perrier通过仿真计算表明植物油较高的粘度对于自冷式变压器影响较大, 顶层油温升相较于矿物油会高 5~10K。并且有在植物油变压器使用热电偶以及光纤温度传感器进行测温的研究，表明在植物油变压器中热点温升与顶层油温升均会高于矿物油变压器。

配电变压器采用植物油FR3 浸渍 Nomex® T910 纸的绝缘系统后，须重新对配电变压器的热点温升进行计算，并对变压器按照南方电网公司要求的负荷曲线进行温升试验，以验证其耐受持续性过载的能力。

广东电网有限责任公司电力科学研究院与西安交通大学电力设备电气绝缘国家重点实验室的徐晓刚、何韫雯等专家采用IEEE Std C57.91—2011[17] 中的计算方法，对一台型号为 S13-M(B)-400/10 的配电变压器进行热计算，同时在过负荷试验过程中通过内置光纤测温对计算结果进行试验验证。结论是：

采用理论计算与温升试验 2 种方式相结合，验证了使用植物油浸渍耐高温纸的绝缘系统可以有效提高配电变压器的耐过载能力。

1)采用IEEE Std C57.91 附录G中的计算方法求解型号为 S13-M(B)-400/10 的配电变压器在过负荷温升试验中顶层油温升与热点温升的变化情况 ，计算结果表明最高的热点温升均出现在 2 倍负载结束时，此时矿物油浸渍牛皮纸配电变压器热点温升为 95.1K，超过了矿物油变压器的热点温升限值78K，而植物油浸渍耐高温纸配电变压器的热点温升为 97.9K，并未超过对应高温绝缘系统的温升限值 110K。

2)在使用植物油FR3 浸渍耐高温纸Nomex® T910的变压器的绕组中安装光纤传感器测温 ，按配变过负荷温升试验曲线施加电流,测得 2 倍负载结束时最高的热点温升为 97.4K，与计算结果基本一致。验证了使用IEEE Std C57.91中方法计算结果的有效性。因此，选择植物油FR3 浸渍耐高温纸 Nomex®T910 纸的绝缘系统作为能承受长期紧急过载配电变压器的绝缘系统可满足南方电网公司配变过负荷试验的要求。