突发短路的热稳定研究

赵 丹 陈艳强

(新疆恒诚信工程咨询有限公司 新疆 乌鲁木齐 830000)

由于变压器突发短路的时间非常短，我公司软件对于短时温升模拟比较困难，所以此章只对短时温升进行理论计算，并结合试验结果进行对比分析。

一、突发短路后绕组温升介绍

变压器在电网中发生突发短路事故时时间都很短，一般仅几秒钟系统中的保护措施即开启。所以短路电流在绕组中瞬间产生的热量几乎散发不到周围的介质(油)中去，所以我们近似认为，其全部热量使绕组发热。国标规定短路电流的持续时间为2S内的温度不过超过标准所规定的250 ℃温度。

由于现在变压器产品大多数以铜为绕组的主要材质，所以这次研究主要以铜绕组为基准。铜绕组热稳定时的温度θ1如公式(1.1)所示：

(1.1)

式中，θ1为绕组短路t(s)后的平均温度(℃)；θ0为绕组起始温度(℃)；J为短路电流密度(A/mm2),按对称短路电流的方均跟值计算出；t为持续时间(s)。

二、绕组短路时电密限值

根据公式(1.1)，当t为2s时，θ0为105℃,θ1为250℃(铜)，A级绝缘的最大允许电密：一般绕组的电密不应该大于96.5A/mm2电密值。

三、短路温升的计算

我们对SZ10-40000/110电力变压器进行短时温升的计算，变压器为ONAN油浸自冷A级绝缘，短时温升限值应为250℃。变压器高压绕组电流密度2.52 A/mm2；低压绕组电流密度2.54 A/mm2。绕组对空气温升限值65K，日最高气温按40℃考虑。对称短路电流倍数：9.524。

高压绕组对称短路电流密度：JG=2.52×9.524=24 A/mm2

低压绕组对称短路电流密度：JD=2.8×9.524=26.667 A/mm2

低压起始温度：θ0=40℃+65℃=105℃

高压起始温度：θ0=40℃+65℃=105℃

对称短路电流持续时间2s，将上述计算的值代入公式(1.1)

高压绕组热稳定平均温度：112℃

低压绕组热稳定平均温度：114℃

计算结果能满足国标要求值。

四、产品热点温升试验扫描结果分析

图1和图2为SZ10-40000/110电力变压器在短路时热点扫描的温升值。图1为油箱金属件的扫描结果，最高区域在油箱的顶部的金属件温升为67.4℃，低于国标规定的金属件温升80℃的标准。图2绕组热点温度扫描图中显示，最高温度在绕组顶部接近夹件处，读取的数值为98.2℃低于我们之前的绕组短时温升的计算值114℃。突发短路所带来的短时温升没有理论上那么高，通过绕组绝缘油的散热作用，往往会降低一些。

图1 SZ10-40000/110变压器油箱试验温升

图2 SZ10-40000/110变压器绕组试验温升

五、小结

通过实例代入和变压器实测值对比可以看出，变压器绕组在发生突发短路故障时的短时温升值不是很高，由于短路时间就几秒，而且现在实际产品由于损耗的限制，电密一般都不会特变高，所以绕组的短时温升不会超过允许值。