[发明专利]混合绝缘系统油浸式变压器的结构优化方法

说明书

技术领域

本发明涉及变压器设计及应用技术领域，具体是混合绝缘系统油浸式变压器的结构优化方法。

背景技术

随着国民经济快速发展，电网负荷持续高速增长，而电网建设相对滞后，造成了电力变压器负荷率居高不下，甚至长时间过载运行。农网配电变压器由于其所处环境的特殊性，季节性过载状况尤为严重。为解决过载问题，高过载能力变压器的研制迫在眉睫。现有高过载变压器普遍采用新型高温液体和固体绝缘材料对传统变压器的绝缘材料进行替换，成本昂贵，且无法应用传统油浸式变压器的运行、维护标准。如何在不更换油浸式变压器液体绝缘材料的同时降低变压器的研制成本，这成为目前人们普遍关注的问题。然而，现今没有相应的设备，也未见相关的报道。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供了一种能降低变压器研制成本的混合绝缘系统油浸式变压器。本发明还公开了上述混合绝缘系统油浸式变压器的结构优化方法，其能在绝缘材料改变的情况下对变压器结构进行合理优化，能进一步降低油浸式变压器的制造成本，使得油浸式变压器更便于推广应用。

本发明解决上述问题主要通过以下技术方案实现：混合绝缘系统油浸式变压器，包括油浸式变压器主体，所述油浸式变压器主体内的绝缘油采用矿物绝缘油，油浸式变压器主体内的绝缘纸采用DPE绝缘纸。其中，本发明油浸式变压器主体内的绝缘纸采用DPE绝缘纸，其具有在矿物绝缘油中浸润速率快、干燥时间短、耐温等级高、机械性能好、价格低等优点。

基于上述混合绝缘系统油浸式变压器的结构优化方法，包括以下步骤：

步骤一、计算长期急救负载下常规绝缘系统油浸式变压器允许过载倍数、以及混合绝缘系统油浸式变压器允许过载倍数，并计算出混合绝缘系统油浸式变压器允许过载倍数与常规绝缘系统油浸式变压器允许过载倍数的比值；

步骤二、将计算出的混合绝缘系统油浸式变压器允许过载倍数与常规绝缘系统油浸式变压器允许过载倍数的比值等效为油浸式变压器主体内绕组电阻损耗比值，根据绕组电阻损耗比值计算出绕组导线半径缩小比例，并将油浸式变压器主体内绕组导线半径按计算出的绕组导线半径缩小比例进行缩小；

步骤三、将油浸式变压器主体的箱体体积、铁心体积、绝缘油用量及绝缘纸用量按计算出的绕组导线半径缩小比例进行缩小，将油浸式变压器主体的绕组铜材用量按计算出的绕组导线半径缩小比例的平方进行缩小。

进一步的，所述步骤一中长期急救负载下油浸式变压器的允许过载倍数是由过载时热点温度限值对应的过载倍数确定的，其中，过载时热点温度的计算公式为：

其中，θ_h(t)为热点温度，θ_a为环境温度，△θ_oi为初始状态顶层油温升，为初始状态热点对顶层油温度差，△θ_or为总损耗下顶层油温升，为额定电流下热点对顶层油温度差，R为负载损耗与空载损耗比值，K为负载系数，x为顶层油指数，y为绕组指数，函数f₁(t)为反映顶层油温升上升量的时间函数，f₂(t)为反映热点对顶层油温度差变化的时间函数。

本发明与常规绝缘系统采用的固体绝缘材料不同，但冷却介质均采用矿物绝缘油，故在相同发热情况下，二者温度分布相同，所达到的热点温度也相同，故可以采用相同的热点温度计算公式。

进一步的，所述绕组电阻与绕组导线半径之间的关系如下：

其中，R'为绕组电阻，ρ为绕组导体材料电阻率，l为绕组导体长度，S为绕组导体截面积，r为绕组导体半径。本发明应用时基于发热等效原理推算绕组线径减小比例，忽略变压器空载损耗对于温升的影响，认为负载损耗是造成绕组温度升高的主因，近似将绕组电阻损耗视为变压器热源，由本发明所述变压器与常规绝缘系统变压器的过载能力评估，考虑绕组电阻与绕组导线半径之间的关系，推算绕组线径的减小比例。

综上所述，本发明具有以下有益效果：(1)本发明在仅更换固体绝缘材料的情况下能提升油浸式变压器过载能力，不但能继续沿用针对矿物绝缘油的运行维护和故障检测标准，还能大幅度降低高过载能力变压器的研制成本，可靠性与经济性兼得。