变压器安全运行：注意限制短路电流并掌握温度控制

（一）变压器安装现场的安全要求

1）大、中型变压器应有永久或临时性吊钟罩设施及场地。释压装置应保证事故喷油畅通，并且不致喷入电缆沟、母线及其他设备上。

2）安装在变压器室内或台上、柱上的配电变压器应编号并挂警示牌。

3）变压器在运行情况下，应能安全地查看油位、顶层油温、气体继电器工作情况，并能安全地进行气体取样，必要时应装设固定梯子。

4）室内安装的变压器应有足够的通风设施，避免变压器周围环境温度过高而影响变压器的散热。装有机械通风装置的变压器室，在机械通风停止时，应能发出远方信号。变压器的通风系统一般不应与其他设备的通风系统联通。

5）变压器室的门应采用阻燃或不燃材料，并上锁。门上应标明变压器的名称和负载设备编号，门外应挂“止步，高压危险”警示牌。

6）安装油浸电力变压器的场所，应按有关设计规定设置消防设施和事故储油设施，所有设施应保持完好状态。

7）防震烈度为七级以上的变压器的应考虑下列防震措施：将变压器底盘固定于轨道上；变压器套管与软导线连接时应适当放松；与硬导线连接时应将过渡软连接适当加长；气体继电器应为防震型。

8）对运行中的变压器应采用限制短路电流的措施。变压器保护动作的时间应小于承受短路耐热能力的持续时间。

（二）变压器的安全运行要求

厂矿用电力变压器主要是将电网的高压电降低为可以直接使用的10kV、6kV或380/220V电压，给用电设备供电。如果变压器内部发生过载或短路，绝缘材料或绝缘油就会因高温或电火花作用而分解，膨胀以至气化，使变压器内部压力急剧增加，可能引起变压器外壳爆炸，大量绝缘油喷出燃烧，油流又会进一步扩大火灾危险。因此变压器的安全运行直接影响到整个生产系统的安全，必须结合安全工作制定变压器的安全运行方式、维护、检修项目。

1.变压器安全运行时温度与温升的要求

（1）允许温度 运行中的变压器，由于绕组中有电流流过产生铜损耗，另外还有铁耗和附加损耗，这些损耗转变成热量，使变压器的有关部分温度升高。因此变压器的温度空载时比停运时高，带负载时比空载时高，过载时比轻载时高，短路时的温升更高而且是突然猛升的。变压器的铁损基本不变，而铜损是与电流的平方成正比的。变压器温度对变压器最主要的是影响变压器绝缘材料的绝缘强度。由于出厂运行的变压器绝缘是一定的，其绝缘材料的绝缘强度（包括机械强度）也是一定的。随着时间的推移，特别是长期在高温的作用下，变压器绝缘材料的绝缘性能将会不断降低，这一过程，叫做变压器的绝缘老化。温度越高，其绝缘老化越快，同时变脆而碎裂，绕组绝缘层的保护也会失去。经认证，当变压器绝缘材料的工作温度超过其允许的长期工作最高温度时，每升高8℃，其使用寿命将减少一半。这就是变压器运行的8℃原则（干式变压器是10℃）。

变压器的油箱和散热器表面主要靠辐射和对流两种方式进行散热，但热量从绕组或铁心内部传到表面则依靠传导方式传热。通常油浸变压器的散热过程如下：首先靠传导作用将线圈和铁心内部的热量传到表面，然后通过变压器油的对流不断地将热量带到油箱壁和散热器表面，再通过油箱壁和散热器壁的传导作用把热量从内表面传到外表面，之后通过辐射和对流将热量散发到周围空气中。因此油浸式变压器的最高温度到最低温度的秩序是：绕组→铁心→上层油温→下层油温。变压器绕组热点温度的额定值（长期工作的允许最高温度）为正常寿命温度，绕组热点温度的最高允许值（非长期）为安全温度。油浸式变压器一般通过监测上层油温来监视变压器绕组的温度，其油温允许值见表7-1。

变压器绝缘材料的耐热温度与绝缘材料等级有关，A级绝缘材料的耐热温度为105℃；B级绝缘材料的耐热温度为130℃。

表7-1 油浸式变压器上层油温允许值

变压器运行上层油温一般为75℃，最高上层油温不超过85℃。

为了监视和保证变压器不超温运行，变压器装有温度继电器和温度计。温度计用于就地监视变压器的上层油温，其允许值见表7-1。温度继电器的作用是：当变压器上层油温超过允许值，发出报警信号；根据上层油温的范围，自动地启、停辅助冷却器；当变压器冷却器全停，上层油温超过允许值时，延时将变压器从系统中切除。

（2）允许温升 变压器运行时各种损耗转变成热量，使变压器有关部分温度升高。由于各部件与周围介质之间存在温差，热量就散发到周围介质中去。当发热量与散热量相等时，变压器各部分的温度就达到了稳定值。这时变压器中某部分的温度与周围冷却介质温度之差称为该部分的温升。允许温度是反映变压器绝缘材料耐受温度破坏的能力；允许温升是反映变压器绝缘材料承受对应热损坏的允许空间。绝缘材料一定，其承受热损坏的空间温度就不允许超过对应要求值。

变压器上层油温与周围环境温度的差值称为上层油温升。温升的极限值（允许值），称为允许温升。A级绝缘的油浸变压器，周围环境温度为+40℃时，上层油的允许温升值规定如下：

油浸自冷或风冷变压器，在额定负荷下，上层油温升不超过55℃。

强迫油循环风冷变压器，在额定负荷下，上层油温升不超过45℃。

强迫油循环水冷却变压器，冷却介质最高温度为+30℃时，在额定负荷下运行，上层油温升不超过40℃。

运行中的变压器，不仅要监视上层油温，而且还要监视上层油的温升。

2.变压器对安全保护、冷却、测量装置的要求

1）变压器用熔断器保护时，熔断器性能必须满足系统短路容量、灵敏度和选择性的要求。

2）装有气体继电器的油浸变压器，无升高坡度者，安装时应使顶盖沿气体继电器方向有1%～1.5%的升高坡度。

3）变压器应按制造厂的规定安装全部冷却器，强迫油循环的冷却系统必须有两个独立的工作电源并能自动切换。当工作电源发生故障时，应能自动投入备用电源并发出信号。(www.xing528.com)

4）强迫油循环的变压器应能按温度控制投切冷却器。当切除故障冷却器时应自动投入备用冷却器。

5）变压器应按如下规定装设温度测量装置：变压器应装有测量上层油温的温度计；1000kVA及以下、800kVA及以上的油浸变压器应将信号温度计接远方信号；测温时温度计管座内应充有变压器油。

3.变压器安全运行的允许电压及过电压保护

在电力系统中运行的变压器，因系统的电压波动及升压变压器绕组的特点，决定了变压器绕组不可能处在额定电压值下运行。变压器电源电压低于额定值，对变压器运行无任何危害；电源电压高于额定值，则对变压器运行有不良影响。因此规定：运行中的变压器的正常电压不得高于该运行分接头额定电压的5%。在特殊的运行状态下最高不得超过额定电压的10%。

变压器运行时，由于某种原因使得其电压超过它的最大允许工作电压称为过电压。在实际生产中很难杜绝过电压。过电压往往会对变压器的绝缘造成很大的危害，甚至使绝缘击穿，给安全生产造成极大的影响。变压器的过电压形式有大气过电压和操作过电压两类。输电线直接遭受雷击或雷云放电时，电磁场的剧烈变化所引起的过电压称为大气过电压。当变压器线路上的开关合闸或拉闸时，因系统中电磁能量震荡和积聚而产生的过电压称为操作过电压，也可称为内部过电压。不管哪种过电压，其作用时间都很短促，仅有几十微秒，但数值很大。操作过电压一般为额定电压的3.0～4.5倍，大气过电压可达额定电压的8～12倍，并且在线圈中电压的分布极不均匀，端头部分线匝受到很高的电压。因此必须采取有效措施，防止过电压的发生或进行有效的保护。

过电压保护一般采用下列措施：

避雷器保护：避雷器是在雷击过电压时能够很快地对地放电的一种电器。它装在变压器的出线端。当雷电波从输电线侵入时，先将保护间隙击穿，然后过电压波经过避雷器对地放电。这样雷电波就不会侵入变压器，从而保护了变压器的绝缘。一般较重要的变压器及变电站的主变压器必须装避雷器。

加强绝缘：在变压器的设计及制造工艺上，除了加强高压线圈对地绝缘外，还要加强首端及末端附近部分线匝的绝缘。但这种方法在加厚绝缘的同时，对线匝散热不利，一般仅用于35kV级以下变压器中。

在变压器线圈的设计、制造采用纠结式分布来增加线圈的匝间电容，改善起始电压的分布，提高过电压能力。

变压器的过电压保护在变压器的订货及安装过程中就要考虑，和厂家要及时沟通，采取有效措施，确保变压器的安全运行。

4.变压器三相不平衡运行的规定

变压器实际运行时，三相负载可能出现不对称的情况。例如变压器二次侧接有单相电炉或电焊机等单相负载，或照明负载三相分配不平衡，此外当某相断电检修另两相继续供电时，都可能出现变压器不对称运行情况。当变压器采用YNd、Yd、YNy、Yy接法时，变压器可以在三相不平衡状态下运行。但接线方式为YNyn0的大、中型变压器三相不平衡运行时会出现中性点偏移现象，因此该接法的变压器不能带单相负载，中性线电流允许值应按制造厂的有关规定。一般中性线电流的允许值不得超过额定电流的25%。

5.变压器允许的负荷状态规定

在正常冷却条件下，变压器负荷的变化，即电流的变化，是导致变压器温度波动的主要原因。过负荷电流或短路电流是导致变压器温度突变而影响寿命的根本原因。变压器的负荷变化，根据对变压器的影响及与时间的关系，把变压器的负荷划分为三种，即正常周期性负荷、长期急救周期性负荷和短期急救性负荷三类。

正常周期性负载是指变压器在某段时间环境温度较高，或超过额定电流，但可以同其他时间内环境温度较低，或低于额定电流所补偿。从热老化的观点出发，它与设计采用的环境温度下施加额定负载是等效的。变压器在额定运行使用条件下，全年可按额定电流运行；变压器允许在平均相对老化率小于或等于1的情况下，可以周期性地超额定电流运行；当变压器有缺陷（如冷却系统工作不正常、严重漏油、局部过热、油分析气体成分异常等）或绝缘有缺陷时，不宜超额定电流运行。

长期急救周期性负载运行是指变压器长时间在环境温度较高，或超过额定电流下运行，一般在以下情况中出现：系统中部分变压器因故障或检修退出运行；系统运行方式改变，使个别变压器负荷增大；用户负载增大，而新变压器没同时投入运行。这种运行方式可能持续几星期或几个月，将导致变压器的老化加速，但不直接危及绝缘的安全。但是它将在不同程度上缩短变压器的寿命，应尽量减少出现这种运行状态，必须采用时，应尽量缩短超额定电流运行时间，降低超额定电流的倍数，有条件时投入备用冷却器；当变压器有缺陷（如冷却系统工作不正常、严重漏油、局部过热、油分析气体成分异常等）或绝缘有缺陷时，不宜超额定电流运行；在长期急救性周期性负载下运行期间，应有负载电流记录，并计算该运行期间的平均相对老化率。从变压器安全运行的角度考虑，应尽量减少或避免这种运行方式。

短期急救负载运行是指变压器短时间大幅度超额定电流运行。这种负载可能导致绕组热点温度达到危险的程度，使绝缘强度暂时下降。在该状态下相对老化率远大于1，绕组局部温度可能高到危险程度。在这种情况下应投入备用的全部冷却器，并尽量压缩负载、缩短运行时间，一般不能超过0.5h；当变压器有严重缺陷时不得超额定电流运行；在短期急救负载运行期间，应进行详细的负载电流记录，并计算该运行期间的相对老化率。

6.冷却装置的安全运行方式

冷却方式与变压器容量的大小有关。油浸自冷适用小型变压器；油浸风冷适用于中型变压器；强迫油循环冷却适用于大型变压器；强迫油循环导向冷却适用于巨型变压器；干式变压器是用风机冷却的。

油浸风冷变压器在风扇停止工作时允许的负载和运行时间应遵守制造厂规定。油浸风冷变压器当上层油温不超过65℃时，允许不开风扇带额定负载运行。

强迫油循环变压器运行时，必须投入冷却器，并根据负载情况决定投入冷却器的台数；在空载和轻载时不应投入过多的冷却器；按温度或负载投切的辅助冷却器及备用冷却器各置1组并启用。变压器停运时应先停变压器，冷却装置需继续运行一段时间，待油温不再上升后再停运。

强迫油循环冷却器必须有两路电源，且可自动切换，同时，当工作电源故障时，自动启动备用电源并发出音响及灯光信号。为提高风冷自动装置的运行可靠性，要求对风冷电源及冷却器的自动切换功能定期进行试验。

风扇、水泵及油泵的附属电动机应有过负荷、短路及断相保护，应有监视油泵电动机旋转方向的装置。

水冷却器的油泵应装在冷却器的进油侧，并保证在任何情况下冷却器中的油压大于水压0.05MPa，以防止万一产生泄漏时，水不致进入变压器内。冷却器出水侧应装放水旋塞，在变压器停运时，将水放掉，防止冬天水结成冰胀破油管。

在强迫油循环风冷式变压器运行中，当冷却系统（指油泵、风扇、电源等）发生故障，冷却器全部停止工作时，允许在额定负荷下运行20min。20min后上层油温尚未达到75℃，则允许继续运行到上层油温上升到75℃。但切除全部冷却装置后变压器的最长运行时间在任何情况下不得超过1h。

7.变压器并列运行的条件

变压器并列运行的条件有三个，分别是：联结组标号相同（相位和相序相同）、电压比相同和阻抗电压值相同。

阻抗电压不同的变压器，可适当提高阻抗电压高的变压器的二次电压，使并列运行变压器的容量均能充分利用。新装或变动过内外连接接线的变压器，并列运行前必须核定相位和相序。发电厂升压变压器高压侧跳闸时，应防止厂用变压器严重超过额定电流运行。厂用电倒换操作时应防止非同期。