干式变压器温升的工程计算[1]
变压器温升计算公式
干式变压器损耗产生的热量是通过热传导，对流和辐射等散发到周围冷却介质中。
由于绕组、铁心结构型式的不同，绕组、铁心的温升计算也不尽相同，而且在很大程度上依赖于试验和经验。
一般温升计算的经验公式为：n kq τ= （1）式中：τ—绕组或铁心对周围环境的温升k 、n —经验系数q —绕组或铁心有效表面热负荷由于干式变压器的结构型式的不同，铁心、绕组的相对位置的不同，经验公式的取值也不同。
干式变压器温升的一般原理是：干式变压器的损耗转换为热量，这些热量一部分由表面向周围冷却介质散发出去，另一部分则提高了变压器本身的温度；当在一定时间内，干式变压器本身温度不再升高时，变压器进入稳定状态，其最后温升为τ时，则：P aS τ= 或变形为：/P aS τ= （2）式中：P —干式变压器的总损耗，WS —冷却面积，2ma —散热系数，即干式变压器的温升为1℃时，每秒从单位面积上所发散的热量 另外，假设干式变压器的损耗全部用来提高变压器本身的温度，整个过程中没有任何热量损失或发散于周围的冷却介质中，该过程为绝热过程，则有：PT CG τ= 或变形为/PT CG τ= （3）式中：T —时间常数C —比热G —质量，kg假设干式变压器处于理想的稳定状态，此时干式变压器的温度升高将为最大，即温升最大，称其为稳态温升。
由式（2）与式（3）可知，干式变压器的稳态温升可以等效为一条直线。
实际上，由式（1）可知干式变压器的温升是一条指数曲线，在计算干式变压器的暂态温升时，将其等效为直线是不准确的。
将式（2）代入式（3），可得：/T CG aS = （4）由式（4）可知，干式变压器的T 为一固定数值，即时间常数。
在此时间内，当无散热时，a 为常数，当0t =时，0t ττ=，则： //0(1)t T t T t e e τττ--=-+ （5）式（5）表明，当0t ττ>时，表示t 时刻温升大于初始温升，故式（5）代表干式变压器的发热过程；反之，当0t ττ<时，表示t 时刻温升小于初始温升，式（5）代表干式变压器的冷却过程。
变压器设计-温升篇
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附GB1094.2 温升试验技术（电阻法）
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附GB1094.2 温升试验技术（电 阻法）
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附GB1094.2 温升试验技术（电阻法）
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附GB1094.2 温升试验技术（电阻法）
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q j2
式中：
K * P r2 K 2 * S j 2
Pr1 ——外绕组电阻损耗(参考温度时)，W;
Pr 2 ——内绕组电阻损耗(参考温度时)，W; K ——由参考温度换算到温升试验时绕组温度的系数，H级取1.086；
S jw1 ——外绕组外表面积，m² ；
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二 温升计算
S jn1 ——外绕组内表面积，m²; S j 2 ——内绕组表面积，m² ;
二 温升计算
2. 内绕组表面积计算 内绕组各表面均为非裸露部分的表面积，按下式计算：
S j 2 m *H X 2*106 * (2 * * rj 2 N * bt )
式中：m、N、 同上述说明；
H X 2 ——内绕组电抗高度；
r j 2 ——内绕组各表面(包括内、中、外各与空气接触表面)的半径。
K 2 ——外绕组及内绕组轴向气道有效散热系数. K1 、
4. 绕组温升计算 ℃ ℃
外绕组:
1 K1 * q j10.8
内绕组:
2 K 2 * q j 2 0.8
式中：
1 ——外绕组温升，K；
2
K1
——外绕组温升计算系数，经验设计验证取值 0.4； ——内绕组温升，K；
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变压器设计-温升
1
内容 Content
一 温升相关标准 二 温升计算
一
干式变压器相互负载法温升试验
干式变压器相互负载法温升试验摘要：变压器的温升试验是变压器型式试验项目之一，温升超限就会影响变压器的运行，变压器的使用寿命就会缩短。
因此变压器温升试验是非常重要的，它不仅可以检测温升是否超过限值，同时也可验证变压器设计合理。
这样在以后变压器设计时可据此试验使温升既不超限也可降低成本，增强变压器的性价比。
本文主要介绍模拟负载法，此方法操作简单，易于实现。
关键词：干式变压器；相互负载法；温升试验；空载升温一、引言在变压器的运行过程中，常常会产生涡流损耗、磁滞损耗、负载损耗等一系列损耗，这些损耗会在绕组内部产生热量，导致变压器内部温度的升高。
由于内外环境温度差，就会发生热量的传递。
主要的传递方式是对流、辐射及传导。
当变压器损耗产生的热量与变压器内部向外散发的热量达到平衡时，那么温度也将会稳定某一定值而不发生波动，于是就达到变压器的热稳定状。
此时进行温升数据的测量，计算出温升值。
温升超过规定限值是不允许的。
实际在变压器设计中对温升的改善主要从材料方面入手，来设计足够的裕量。
如硅钢片、绕组导线等选择材质较好的。
模拟负载法因其操作易于实现，越来越多的变压器厂选择这一方法进行温升试验。
用模拟负载法进行干式变压器的温升试验要分两步进行，一般先进行空载试验再进行负载试验。
进行变压器的空载试验时，由于励磁电流产生空载损耗而使铁心励磁发热，铁心温度上升很快，而绕组不发热，温度上升缓慢。
待到铁心上升温度稳定后再连续进行负载试验，此时绕组因短路产生损耗而发热，绕组温度快速上升直到绕组温度稳定为止。
分别测出空载试验时绕组温升ΔQe和短路试验时绕组温升ΔQc，再根据两部分试验时测得的温升值计算绕组的实际温升。
二、空载温升实验过程通过用双通道直流电阻测试仪测出冷电阻进行空载温升实验，空载温升试验的接线原理图与空载试验接线原理相同。
将热电偶放在所需测量的温度点上，并加以固定，用多路数据记录仪进行数据采集。
检查接线无误后，施加额定电压，使铁心得到空载励磁电流而产生空载损耗，铁心发热。
干式变压器的允许温度和温升
干式变压器的允许温度和温升干式变压器是用于输电和电力分配领域的一种重要设备。
与液体冷却变压器不同，干式变压器是通过自然空气或强制风冷却的方式来保持运行温度。
因此，干式变压器的允许温度和温升是十分重要的性能指标。
本文将分别从允许温度和温升两个方面探讨干式变压器的相关知识。
允许温度干式变压器的允许温度是指变压器在长期运行过程中允许的最高温度，通常以绝缘材料的热稳定性和电气性能为限制条件。
根据变压器内部的电气结构、绝缘材料和制造工艺不同，允许温度也有所差异。
在常规情况下，干式变压器的允许温度一般为130°C，但是也有一些铜箔型干式变压器的允许温度可以达到155°C。
在使用干式变压器时，应该对允许温度有清晰的认识。
当变压器运行时，温度会随负载的变化而不断上升，直到达到允许温度为止。
因此，在设计和运行变压器时，需要考虑负载的变化以及环境温度等因素，以确保变压器能够在允许温度范围内正常运行。
温升干式变压器的温升指的是变压器内部的绕组和铁芯温度与环境温度之间的差值。
温升决定了变压器内部的热平衡状况，对变压器的使用寿命和运行可靠性有着至关重要的影响。
在一般情况下，干式变压器的温升不应超过铁芯的平均温升的限制，通常在100°C左右。
温升的大小与变压器的功率、电流密度、风扇数量和风道结构等因素有关系。
为了控制变压器的温升，需要对这些因素进行综合考虑和合理设计，确保变压器内外的温度平衡和制冷系统的正常运行。
总结干式变压器是电力输配电领域不可或缺的重要装备。
了解干式变压器的允许温度和温升对广大从业人员来说是十分重要的。
在变压器的设计、制造、安装和运行过程中，都需要严格控制允许温度和温升指标，以确保变压器的安全正常运行，同时优化变压器的制冷方案，提高变压器的使用寿命和可靠性。
干式变压器绕组温升计算方法分析
干式变压器绕组温升计算方法分析傅华强 20031发热与散热的平衡—绕组的稳定温升绕组上的损耗功率是绕组温升的热源,这是比较好算的.而绕组的散热则是一个比较复杂的问题.在绕组内部热量通过传导的方式传到绕组的表面,在表面则通过对流和幅射的方式传到外界环境中去.当绕组的发热与散热达到平衡时,就是绕组的稳定温升。
绕组的散热是一个复杂过程。
影响绕组散热的主要因素：绕组温度；绝缘层厚；绕组外包绝缘厚：绕组外包绝缘材料的散热性能；散热气道的宽度和长度；气流速度；铁芯和相邻绕组散热的影响等。
因而绕组温升计算随其所用绝缘材料和结构的不同而不同。
2 绕组温升计算的数学模型绕组的稳定温升一般用一个简化的公式进行计算,不同的结构和绝缘材料的绕组所用系数是不同的。
公式运用的温度范围也是有限定的。
如: τ＝ K Q XQ ＝ W／SS＝∑ αi S i式中：τ—绕组温升；K—系数；X—与散热效果有关的系数,散热越好X的值越小；Q— 绕组的单位热负荷 W/m2W—参考温度下的绕组损耗功率 WS— 等效散热面 m2S i— 绕组散热面 m2αi— 散热系数2.1 不同结构型式的变压器所用的计算公式是不同的。
2.2 干式变压器的散热主要是对流和幅射完成的，非包封变压器的传导温升所占比例很小，因而有些计算公式将层绝缘与外绝缘造成的传导引起的温升计算省略了，有些公式还要加上传导引起的温升，如西欧树脂绝缘干式变压器的计算公式。
2.3 黑体面的热量幅射与绝对温度的4次方成比例的，在一个不大的温度段，对流和幅射对散热的综合影响造成的温升式中系数X—与散热效果有关的系数,散热越好X的值越小.如油浸变压器层式绕组温升X值取0.8，而强迫油循环时X取0.7，饼式绕组X取0.6。
一般干式变压器X值取0.8，当温升在80K 左右时，由于温度高时散热效率高，在一些计算公式中X取0.75，因而当温升在100—125K时，X的取值应该再小些。
2.4 当温升范围较大时，用一个计算公式会首尾不能兼顾，需要用两个以上的公式，它们的X值不同，即斜率不同。
干式变压器温升试验
干式变压器温升试验之“模拟负载法”1.试验方法：模拟负载法。
2.试验原理：通过短路试验和空载试验的组合来确定的。
3.试验目的：是验证变压器冷却能力，能否将由总损耗所产生的热量散发出去，达到热平衡时使变压器绕组（平均）高于冷却介质的温升不超过规定的限值，同时还要通过红热扫描观测电路联结点、铁心及结构件、绕组等是否有局部过热。
4.试验接线图：5.试验过程：在额定电压下连续进行的空载试验应一直持续到绕组和铁心的稳定状态，然后测量各个线圈的温升Δθe；立即进行短路试验，此时一个线圈由开路变成短路，另一个线圈输入额定电流，直到绕组和铁心稳定为止，然后测量各个线圈的温升Δθc。
(试验顺序可以互换) 绕组温升：Δθc（Δθe）=R2/R1(T+θ1)-( T+θ2)各个线圈的总温升：Δθc’=Δθc [1+（Δθe /Δθc）1/k1]k1式中：Δθc’--绕组总温升；Δθc—短路试验下的绕组温升；Δθe—空载试验下的绕组温升；T—温度系数，铜时为：235铝时为：225R1、R2、θ1、θ2—冷态电阻、热态电阻、冷电阻环温、热电阻环温；k1—对于自冷式为0.8；对于风冷式为0.9。
备注：由于某种原因，施加电流没有达到额定电流时折算：I rΔθr＝Δθ×(-)qIt式中：Δθr、Δθt－额定电流下、试验电流下的绕组温升；I r、I t－额定电流、试验电流；（I t ＞0.9I r）q－AN:1.6、AF:1.8。
首先要测冷电阻并准确的记录绕组温度，接线方式分别同空载试验和负载试验。
负载状态下试验的电流应尽可能接近额定持续电流,并不小于此值的90%，电流应持续直到变压器任何部分每小时的温度上升少于2K。
测量高、低压热电阻并准确的记录绕组温度，记录数据并计算结果。
检验绕组的温升是否符合设计要求。
6.温升试验分接位置的选择：a. 对分接范围在±5%以内，且额定容量不超过2500kVA的变压器，如无特殊要求，温升试验选在主分接上进行。
干式变压器温升计算讲解
小型干式变压器温升计算方法1. 小型变压器温升计算(无气道)本计算方法按《电子变压器手册》计算公式编制，适用于绕组间无气道的小型变压器温升计算。
1.1将铁芯和绕组当成一个发热整体计算绕组温升。
1.2 散热面只取外表面，散热系数一般取0.9。
1.3 计算公式：τ=539/ KS * ((PO + PK)/(SCU * 0.01 + 1.5 * SFE * 0.01/KR))^0.8式中:KS——散热系数。
无气道，取0.9SCU——线圈散热面mm2SFE——铁芯散热面mm2KR——热平衡系数KR = 1.414 *（1/（1+1/（1.5 * SFE / SCU * PK/PO）））^0.5 2.小型变压器温升计算(有气道)本计算方法按《电子变压器手册》计算公式编制，适用于10kVA以下绕组间有气道的小型变压器温升计算。
2.1将铁芯和绕组温升分开计算。
2.2 散热系数KS外绕组取0.95，内绕组：当气道=10～12时取0.5；18～20时取0.66。
2.3 三相变压器的绕组散热面按3相的面积。
2.4 各次级间无气道时当成一个计算单元。
2.5计算公式：τ=539/ KS * (PK/(SCU * 0.01))^0.83. 中小型变压器温升计算本计算适用于10kVA以上干式变压器的温升计算。
按干式电力变压器的温升计算公式。
3.1 铁芯和绕组温升分开计算。
3.2 散热系数由气道宽度和绕组高度确定。
3.3 三相变压器的绕组散热面按3相的面积。
3.4 各次级间无气道时当成一个计算单元。
3.5 计算公式：按电力变压器计算公式。
学习 路长柏等编著 干式变压器理论与计算
4.22 77.36 86.97 9.61 12.42 4.37 74.33 86.46 12.13 16.32 5.14 103.85 118.25 14.40 13.86 3.86 91.76 101.76 10.00 10.90 2.92 77.57 87.69 10.12 13.05 3.35 77.59 91.68 14.09 18.16 2.28 77.17 90.18 13.01 16.86 2.17 91.16 104.13 12.97 14.23 8.43 97.52 108.10 10.58 10.65 9.21 92.18 104.51 12.33 13.38
欧洲的绕组温升计算方法： 考虑到气道宽度和绕组高度对有效散热的影响，按热交换的热传导和对
流、辐射的方式分别进行温升计算。
三 学习讨论
1 关于主绝缘距离
实际上按供电部门的要求, 10 kV 的干式变压器，工频 35kV，雷电冲击电 压 75 kV（峰值）。
当模型的绕组间距离 = 40mm，高压绕组对铁轭距离 H = 80mm 时，其放电 电压为 37.9 kV，裕度为 1.08，冲击时为 95.4 kV，裕度为 1.272。
学习 路长柏等编著<干式电力变压器理论与计算> 第 1 页 共 5 页
学习 路长柏等编著 <干式电力变压器理论与计算>
一 主绝缘距离确定
依据 GB6450-1986 标准，10 kV 的干式变压器，工频 28 kV，雷电冲击电压 60 kV（峰值）。
当模型的绕组间距离 = 40mm，高压绕组对铁轭距离 H = 80mm 时，其放电 电压为 37.9 kV，裕度为 1.43，冲击时为 95.4 kV，裕度为 1.59。
k高压绕组扁线低压绕组铜箔容量kva经验公两种算法之差相差百分数经验公两种算法之差相差百分数学习路长柏等编著干式电力变压器理论与计算315651067982884227736869796112424005951621126437743386461213163250062536575322514103851182514401386630667369312583869176101761000109080093359608273292775787691012130510008443872628333577599168140918161250940196152142287717901813011686160095929800208217911610413129714232000845691697138439752108101058106525008755956280792192181045112331338欧洲的绕组温升计算方法很细致但没有考虑其他发热体铁心和另一个绕组的影响一般铁心的温升较低对内绕组有散热作用