1.变压器允许温升

   变压器各个部门有不同的允许温升，不同的运行工况也有不同的允许温升。决定允许温升的因素有：变压器的运行预期寿命、变压器的安全运行、变压器的检测技术。

   绕组允许温升：绕组的允许温升是指整个绕组的平均温升，由电阻法测得，允许温升与绝缘耐热等级有关。油浸式变压器属A级绝缘，由于传统的绕组温升测量法为电阻法，测得的温升为平均温升，A级绝缘允许的平均温升为65K。平均温升与绕组最热点温升之差假使为13K。在年平均温度为20℃时，A级绝缘绕组最热点温度为20+65+13=98℃，此时A级绝缘具有正常寿命。干式变压器各种绝缘的允许平均温升：A级为60K，E级为75K，B级为80K，F级为100K，H级为125K，C级为150K。冬季绕组温升低于平均温升，绕组可延长寿命，夏季的绕组温升高于平均温升，绕组要牺牲寿命。如超名牌容量也要牺牲寿命，但超名牌容量运行时，油浸式变压器A级绝缘绕组最热点温度不能超过140℃，即使牺牲的寿命不多，也不允许超过140℃，因超过140℃时油要分解出气体而影响绝缘强度。所以油浸式变压器A级绝缘的最热点温度不能超过140℃是从变压器安全运行出发的。

   大容量变压器有时有几种冷却方式，例如ONAN/ONAF，变压器额定容量一般是指ONAF下的允许值，当风扇失去电源后，冷却效率下降，如仍按ONAF冷却方式下容量运行时，绕组平均温升必将升高，故ONAN冷却方式下必须降低容量运行，使绕组平均温升不超过65K。

   另外，双绕组或三绕组变压器中，二个或三个绕组应同时达相同的温升，当一个绕组达65K平均温升时另一个或二个绕组低于65K，则这样的设计是不经济的。油浸式变压器还应使油面顶层与几个绕组平均温升同时达允许温升是较为经济的。即油面顶层温升达55K，绕组平均温升达65K为经济的方案。在设计阶段，就合理选取每一绕组的电流密度，在保持负载损耗不超过标准值时使各个绕组的温升接近65K，同时油面顶层也达55K。但是，这对强油循环的变压器是难以达到的。因强油风冷式变压器的油顶层温升一般为40K，强油水冷式变压器的油顶层温升一般为35K。

   实际上，油面顶层温升与绕组平均温升很难同时到达极限允许值，因此，一般不能根据油面顶层温升来判断绕组平均温升。这也是大容量变压器既装油面温度指示仪与绕组热点温度指示仪的原因。如单装油面温度指示仪时，有时较难判断绕组平均温升。尤其强油循环冷却变压器。

   在分析变压器温升时还要注意冷却介质的温度：

   一般风冷式变压器的冷却介质为空气，水冷变压器冷却介质为水。

   当装有封闭母线时，低压套管在封闭母线内的介质虽为空气，但温度为80℃。所以当低压套管用于敞开式时与用于封闭母线内时有不同的允许温度。一般，用于封闭母线内的套管要降低额定电流，因封闭母线内空气温度较高。

   由此可知，引线、套管、有载分接开关或无载分接开关的允许温升决定于其周围介质的温升。变压器又具有一定的超名牌运行的能力，带电组件也应具有相同的能力，既有一定的寿命，又不影响安全运行。

   前面分析的油面顶层温升与绕组平均温升是指稳态下的温升。有时，在运行中常有瞬时负载的变化，如突然接入较大负载，突然甩负载，此时还应注意温度变化的时间常数。

   油的时间常数较大，就是负载变化后，油面温度在较长时间后才能达稳定温升值，而绕组的时间常数较小，绕组平均温度能较快地随着负载的变化而变化。

   当负载增加时，不能认为油面温度没有变化，而绕组温度也没有变化。油的时间常数较大，油面温度上升较慢，绕组时间常数较小，绕组温度上升较快。如有绕组温度指示仪，这个指示仪也应有较好的响应时间，时间常数也要很小。

   要控制ONAF风扇启动就不能靠油面温度指示仪，只能由绕组温度指示仪实现，或由套管电流互感器来控制。

   在变压器中，有时漏磁产生的损耗密度太大时，会产生局部过热。大电流引线附近的箱壁，大电流套管引出处箱盖等处，有时会有局部过热。引起油分解出气体的局部过温度是不允许的，这会引起可靠性的下降。这就要采取措施改变漏磁的途径，采取隔磁措施或在漏磁集中处用不导磁材料。

   变压器在运行中，不可避免地会有短路，变压器短路时将流过短路电流，此时，变压器迅速发热，由于短路电流很大，变压器等于在绝热条件下运行而不考虑散热。

   A级绝缘铜导线绕组在短路时的允许温度为250℃。

   为保持这一温度不超过，要在设计中计算短路电流下许用电流密度，使在允许的持续时间时铜导线不超过250℃

   铜导线的机械应力允许值与温度有关，铜导线的工作温度超过，允许应力降低。所以在引伸率为0.2%时允许应力应是250℃下的许用值。

   研究变压器允许温升时，还有几点要引起注意：

   (1)有载调压变压器中有载分接开关内的过度电阻器，应使有载分接开关在连续操作下，电阻器对油温升不超过350K。

   (2)做温升试验时，外部的热不要倒流入变压器，如短接引线电流密度太大就属这种情况的例子。

   (3)可在绕组内埋设传感器靠光导纤维引出以测绕组热点温度，这样，更能测出变压器的超名牌运行能力。

   (4)高海拔处运行的变压器，应注意高海拔处的散热困难，但同时高海拔处的周围环境温度会下降，二者有时可补偿。

   (5)干式变压器的铁心温度会影响靠铁心柱绕组的温升。

   (6)散热器内不能有剩气没有放出，散热器上必须要有放气塞，在温升试验前先放气。

   (7)散热器的散热中心比发热中心要高为好。

   (8)箱盖下不能有死油区。

   (9)散热器或冷却器进入油箱中油，要能流入绕组，不能在绕组外空间短路流通。

   (10)温升试验用机组要有足够容量，必要时可用电容器补偿。温升试验前后油中含气色谱分析是检测有无过热的检测手段，但温升试验时间要足够长。也可用液相色谱分析检测糠醛含量来判断有无低温过热。

   考核变压器性能的参数都由技术条件规定，标准值都有自己的偏差值，偏差值有几种类型：

   (1)只规定下限，没有上限，越大越好：

a.吸收比，绝缘电阻；

b.套管间带电距离；

c.绝缘承受能力；

d.局部放电试验时间与次数，工频耐压试验时间与次数；

e.电极表面场强；

f.突发短路试验次数；

g.冲击试验次数；

h.有载分接开关的电寿命、机械寿命。

   (2)只规定上限，没有下限，越小越好：

a.空载损耗，负载损耗；

b.空载电流；

c.总损耗；

d.绕组与油面顶层温升；

e.介质损耗率；

f.噪声水平；

g.局部放电量；

h.绕组热点温升；短路时绕组允许温度；

i.过激磁能力；

j.油中含水量与含气量、油的带电度；

k.测损耗时瓦特表的功率因数。

   (3)既规定上限，又规定下限：

a.阻抗电压；

b.电压比；

c.冲击电压波形及峰值；

d.不平衡电阻。

   (4)没有偏差要求的参数：

a.零序阻抗；

b.空载电流谐波分析；

c.辅助风扇电机、泵的功率消耗；

d.涌流。

   (5)允许校正的标准值：

a.高海拔温升限值；

b.非额定电流下测得的阻抗电压与负载损耗(但至少加50%额定电流)；

c.非额定电流或非额定损耗下的温升(但至少加90%额定电流)；

d.用球隙校正感应试验或外施耐压时高压侧电压。

  (6)必须精确的量

a.试验空载损耗与空载电流时电压波形；

b.交流电源的频率。

   在判断产品是否合格时，应根据以上要求进行评估。

   另外，在变压器的性能参数上，有的采用方均根值，也有不少参数是采用峰值，对采用峰值的参数有：

(1)冲击电压值，包括全波、截波与操作波试验电压；

(2)激磁涌流；

(3)磁通密度；

(4)短路动稳定电流，包括非对称短路电流第一个峰值。

(5)工频试验电压以峰值实测值除以作为均方根值。

   当波形畸变时，峰值并不等于乘以均方根值，如接近饱和磁通密度时空载电流峰值与均方根值之比要比大得多。所以，该用峰值的参数，必须以峰值来考核。

3.铁心

   (1)铁心的作用

   铁心主要作用是导磁，形式主磁通的闭合回路。因此，铁心材料应选用高导磁率硅钢片。但应注意额定磁通密度，在低磁通密度时，高导磁晶粒取向冷压硅钢片的磁特性，如单位损耗等，不如一般晶粒取向冷压硅钢片好。因此，应按照额定磁通密度选取硅钢片牌号。导磁材质应具备饱和磁通密度较高的特点，以使变压器能有较高的过激磁能力。

   对三相芯式铁心结构变压器而言，关键部位是B相铁轭T接部位，冷压硅钢片常用45°接缝，由于导磁率在纵向与横向不同，因此在B相T接处有回转磁通，那里的局部磁通密度会高于平均值，有较大的单位损耗。如果T接部位的硅钢片毛刺较大，那里的叠装厚要比其它部位大，并形成铁心夹不紧。所以，铁心设计时应注意接缝形式，加工时要控制B相T接处毛刺大小。

   目前已有激光照射处理的高导磁晶粒取向冷压硅钢片，这种硅钢片的单位损耗低，饱和磁通密度高，材质的检测以单片实测值为准，而不是方框试验结果为准。但这种硅钢片不宜采用硅钢片退火处理工艺，它会抵消激光照射处理的效果。

   目前又发展一种非晶合金(或称金属玻璃)导磁材料可用作配电变压器的导磁材料。它是非方向导磁材料，单位损耗特别低(经带磁场下的退火处理)，饱和磁通密度不很高，因此目前是制成带错开位置可打开的接缝的卷铁心。三相变压器常采用四框式结构，其中有一个绕组接成D接。

   用晶粒取向硅钢片叠成的铁心一般还是绕组的机械支撑框架，承受绕组的机械力(包括起吊应力、短路应力、运输时冲击力等)。但用非晶合金绕成的卷铁心不能作为绕组的机械支撑框架，如果作为框架时会改变非晶合金的特性。

   (2)铁心对变压器性能的影响

   铁心在激磁时会产生空载损耗，吸收系统的元功能量形成空载电流，铁心会产生温升。对干式变压器而言，铁心温升会影响低压绕组温升。

   铁心在激磁时还产生噪声，全电压合闸时还产生激磁涌流。

   在要作操作波冲击试验以前的变压器的铁心中有剩磁时，它会影响施加操作波试验电压的波形。剩磁还影响空载损耗值、涌流值。

   铁心结构有时对局部放电也会产生影响。因为铁心是一个接地的电极，铁心叠片又是电容性接地。

   铁心结构不正确，加工上存在缺陷时，会有多点接地的可能，它是常遇到的一种故障。故铁心必须保证一点接地，以保证运行上的可靠性。

   温升试验目前是一次型式试验。

   传统的温升试验考核绕组平均温升(用电阻法测)与油顶层温升，如这两项温升实测值没有超过标准中规定的允许温升限值，那么，变压器就被认为是通过了温升试验这项型式试验。

   但是随着变压器电压等级的提高，大容量变压器损耗的降低，光纤维式测温装置的出现，油中含气色谱分析技术与液相色谱分析技术的发展，温升试验作用型式试验项目之一的内容要增加了。

   在强油循环冷却的超高压变压器中，由于油与绝缘纸板的相对运动，会使油中正负离子分离而产生油流带电现象。如油路设计不好，油的速度、油路绝缘材料的表面粗糙度、油的材质控制不当，如带电超势、表面张力、含水量、油流带电会发展成油流放电而形成故障。因为考核变压器的油流带电性能，一般是结合温升试验，在只开泵下与开泵与带电压下测油流带电特性。利用只开泵不带任何电压的试验前后的油中含气色谱分析结果加以判断(备用冷却器的泵一般不开)。在开泵下进行规定的局部放电试验。这二次是模拟运行工况进行的等价试验，在标准上目前还未有这样的要求，但实际上，进行这二次试验是非常有益的。

   对大容量变压器而言，还可利用温升试验前后的油中含气色谱分析以发现设计与制造上的一些缺陷，如：

   a.换位错误

   b.局部过热

   国际大电网会议已有专门判断准则来发现这些缺陷。所以，进行这项试验时，温升试验时间要加长，一般在48小时以上。

   对大容量变压器而言，目前都在油箱壁上装有各种结构的磁屏蔽、板式、条式、上下垂直装，左右跨相间放。漏磁在磁屏蔽中会产生噪声，即负载噪声，它在空载噪声测试时无法试出，只能在满负载条件下的温升试验中测出，正好冷却装置的噪声也可一并测出。当容量较大，尤其阻抗电压较大时，负载噪声不可忽视。所以，可利用温升试验测变压器的负载噪声。

   目前，已有测绕组最热点温度的测温系统，在导线附近放传感器，通过光导纤维传出信号。可埋设一定数量的传感器，可在温升试验中测出绕组最热点温度，与瞬态温度特性。这对大容量变压器也是有益的。

   对强油循环冷却的变压器，还可利用温升试验测出油回路的压降，以检测泵的扬程是否足够，会不会产生负压现象。

   温升试验中还要检测油箱壁上有无局部过热，这可利用红外测温仪进行。对大电流套管附近、大电流引线附近可用红外线扫瞄以检测有无过热。

   对特大容量变压器或高阻抗变压器应在器身工序的阶段，通一定百分数额定电流用红外测温仪检测温度分布。以监视内部结构件的温度分布。

   热有时会导致油的分解、纸的老化，既是变压器寿命问题，又涉及变压器安全运行问题。故温升试验内容增加后对变压器可靠性而言是有益无害的。

   对Um＜300kV变压器而言，雷电冲击试验是型式试验，包括全波冲击试验与截波冲击试验。对于Um≥300kV的变压器而言，全波冲击试验与操作波冲击试验是出厂试验，截波冲击试验是型式试验。

   全波与截波冲击试验是交替进行，一般是负极性，先做一次全波冲击、做二次截波冲击、再做二次全波冲击。因此，需要一个截断装置。

   变压器容量较大时因电容量大而波形不能满足时应将冲击电压发生器几个级并联运行。

   对变压器中点进行冲击试验时因属三相入波，电容量大，但试验电压一般不高，应将冲击电压发生器几个级并联后加压。

   全波电压与截波电压沿绕组不是均匀分布。

   试验时，除施加电压的端子外，其它端子全部接地，即高压绕组中点、低压绕组起末端都接地。在冲击试验时，低压绕组中部对铁心柱中部有冲击感应电压，如场强太高，在高压绕组作冲击试验时，会发生低压绕组对心柱的击穿。当采用H―L―L―H或L―H―L结构时二个低压绕组联线处也会有冲击感应电压。设计时必需注意这些部位的冲击耐受电压。

   目前，有的有载分接开关中装有火花间隙与阀片，在冲击试验时，火花间隙有可能要放电，阀片可能有电流通过，这对示伤来讲是件复杂的工作。因此要能区分变压器内部示伤波形的变化，与火花间隙与阀片动作的波形变化，不要造成误判。

   要使变压器能具有较高的耐受冲击的能力，变压器的绕组间电容应加大，对地电容要小。

   冲击试验还应注意的一点：一旦产品发生击穿，尤其截波试验，冲击电流流过接地电阻时会有较大压降，压降太大，会使仪表击穿，因此，必须注意接地电阻值不能高，一般规定在0.5Ω以下。必要时，产品接地可与仪表接地分开。

   Um≥300kV的变压器还要进行操作波冲击试验。

   操作波试验电压沿绕组按匝数均匀分布，并有感应作用。因此在操作波试验时，每个绕组不能短接，高压绕组、低压绕组只能一点接地。

   操作波试验时相间试验电压高于对地试验电压，而全波冲击与截波冲击试验时对地试验电压等于相间试验电压。所以，操作波冲击试验时必须重新接线。

   因为操作波冲击电压有感应作用，所以在原则上，操作波冲击试验电压加在高压绕组上与加在低压绕组上都可以，但通常在实际试验时都施加在高压绕组的一个线端上。

   因此，对高压试验大厅的冲击电压发生器而言，应能做雷电冲击试验又要能做操作波冲击试验。

   变压器的剩磁对操作波波形有影响，变压器的操作波波形不是标准操作波波形。但试套管的操作波波形是标准操作波波形。

   操作波冲击试验时相间试验电压要预测一下，由于电容耦合，相间试验电压会超过规定试验电压。试验时要用电阻降低相间试验电压。

   操作波试验电压一般也是负极性的。

   操作波冲击试验时还有一点要注意，即施加电压的线端与相邻相低压绕组间试验电压会超过施加电压。