油浸式电力变压器运行温度特性及合理控制

油浸式电力变压器是电力系统中实现电压变换、电能传输和分配的关键设备。在运行过程中，变压器内部会产生大量的热量，此类热量主要由铁心损耗、绕组损耗、附加损耗等产生。若不能有效地将热量散发出去，将导致变压器温度升高，进而引发绝缘材料老化、油质劣化、部件变形等问题，严重时甚至可能引发短路、火灾等重大事故。因此，深入分析油浸式电力变压器的运行温度特性，采取合理的控制措施，对于保障变压器的安全稳定运行具有重要意义。

1 油浸式电力变压器运行温度特性

1.1 温度分布不均匀性

油浸式电力变压器在运行过程中，其内部温度分布呈现出显著的不均匀性，主要是由于变压器内部结构复杂，不同部件的损耗和散热条件存在差异。例如：铁心和绕组是变压器的主要发热部件，其温度通常较高；而油箱和散热器等部件则主要承担散热任务，其温度相对较低。不仅如此，由于变压器内部存在油流和气流，流动介质也会在一定程度上影响温度分布[1]。

1.2 温度与损耗的关系

油浸式电力变压器的铁心损耗、绕组损耗、附加损耗在变压器运行过程中会转化为热量，导致变压器温度升高。其中，铁心损耗和绕组损耗是变压器的主要损耗来源，其大小与变压器的设计参数、运行工况、材料性能等因素有关；附加损耗则主要表现为漏磁损耗、涡流损耗，虽然相对较小，但在某些情况下也会对变压器的温度产生显著影响。目前变压器损耗的增加，其内部温度也会相应升高，会影响变压器的绝缘性能引发故障。

1.3 温度与绝缘性能的关系

油浸式电力变压器的绝缘性能是其安全稳定运行的重要保障，而目前温度的升高，绝缘材料的性能会发生变化，绝缘电阻下降、介电常数增加会导致绝缘强度降低，进而增加变压器发生击穿及放电等故障的风险。绝缘老化是复杂的物理和化学过程，涉及氧化、水解、热解等多种反应，会导致分子链断裂、交联度下降等绝缘材料内部结构及性能的变化，目前老化的进行绝缘材料的机械强度、电气强度和耐热性能都会逐渐降低，威胁到变压器的安全稳定运行。

1.4 温度与油质的关系

油浸式电力变压器中的绝缘油在变压器运行过程中起着散热和绝缘的双重作用，而目前温度的升高，绝缘油的性能也会发生变化。高温会导致绝缘油中的某些成分发生热解和氧化反应，生成低分子量的气体及固体产物，污染绝缘油，降低其绝缘性能与散热性能。油质劣化会进一步降低绝缘油的绝缘强度和耐热性能，增加变压器发生故障的风险。

2 油浸式电力变压器运行温度合理控制策略

2.1 优化变压器设计

优化变压器设计是降低变压器运行温度和提高其性能的有效途径。在变压器设计过程中，合理选择变压器铁心和绕组的材料和结构可降低其损耗和温度。例如：采用高导磁率的硅钢片作为铁心材料可降低铁心损耗；采用铜质绕组可降低绕组损耗，还可优化变压器的结构布局，减少漏磁和涡流损耗等附加损耗的产生。在变压器设计过程中，可增加散热器的数量和面积，提高散热效率；优化油箱的结构和布局，改善油流和气流条件，提高散热效果，还可采用强迫油循环冷却系统等技术手段来进一步提高变压器的散热能力。在变压器设计过程中，可采用高性能的绝缘材料来提高绝缘强度及耐热性能；优化绝缘结构布局，减少电场和磁场的集中和畸变；加强绝缘监测和诊断技术，发现处理绝缘缺陷 [2]。

2.2 加强运行维护

加强运行维护是保持变压器良好运行状态和延长使用寿命的重要手段。在变压器运行过程中，应定期对变压器进行绝缘电阻、介质损耗、泄漏电流等电气性能的检测；对绝缘油进行取样分析化验；对变压器内部的温度、压力等参数进行实时监测记录，发现变压器的异常情况采取相应的处理措施。保持变压器清洁和干燥是防止其发生故障的重要措施，可定期对变压器进行除尘工作；保持变压器室的通风和干燥；排除变压器内部的积水和潮气，防止变压器受潮、腐蚀和老化等问题的发生。在此基础上，按照变压器的设计容量和运行工况来合理调整其负载；避免长时间过载运行和频繁启停等恶劣工况；在负载高峰期可采取轮流运行或增加备用变压器等措施来分散负载、降低温度，保持变压器在良好的运行状态延长其使用寿命。

2.3 采用智能温控系统

目前智能化技术的发展和应用，智能温控系统在油浸式电力变压器中的应用也越来越广泛，可实时监测变压器的温度变化情况，按照温度数据来自动调整冷却系统的运行参数及散热效率，以保持变压器在合理的温度范围内运行。温度传感器可实时监测变压器内部的温度变化情况；控制器可按照温度数据来自动调整冷却系统的运行参数及散热效率；执行机构则负责执行控制器的指令调节冷却系统的运行状态。在采用智能温控系统时，应按照变压器的结构和特点来选择合适的温度传感器类型与布置方式，准确反映变压器内部的温度变化情况；按照变压器的温度特性和运行需求来优化控制算法，控制器按照温度数据来自动调整冷却系统的运行参数及散热效率，考虑控制算法的稳定性等因素。需要注意的是，加强系统维护和保养是保持智能温控系统良好运行状态和延长使用寿命的重要手段，应定期对智能温控系统进行检查，排除故障，保持系统的清洁干燥；定期对传感器和执行机构进行校准维护，保证智能温控系统的精准测温能力。

3 结语

综上所述，目前电力工业的快速发展和电网规模快速扩大，油浸式电力变压器作为电力系统中至关重要的设备，优化变压器设计、加强运行维护、采用智能温控系统、加强故障预警和诊断技术，可有效地降低变压器的运行温度提高其性能。目前智能化技术的发展应用、新能源的接入消纳，油浸式电力变压器的运行环境和需求将发生深刻变化。因此，相关从业者需要继续关注研究油浸式电力变压器的运行温度特性。

参考文献：

[1] 杨喻清 , 刘君, 付胜军, 等. 油浸式电力变压器过载能力评估算法及工程应用研究 [J]. 电力大数据 ,2024,27(2):54-61.

[2] 刘刚, 胡万君, 郝世缘, 等. 面向数字孪生模型应用的油浸式变压器绕组温度 POD-RBFLP 降阶计算方法 [J]. 中国电机工程学报 ,2024,44(11):4566-4578,中插 34.