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GB／T 1094.12-2013 电力变压器 第12部分：干式电力变压器负载导则PDF文本

1CS29.180K41中华人民共和国国家标准GB/T1094.12一2013代替GB/T17211一1998电力变压器第12部分：干式电力变压器负载导则筑ranformer一Part 12:Loading guide for dry-type power transformers(IEC60076-12:2008,MOD)2013-12-17发布2014-04-09实施中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局中国国家标准化管理委员会发布莲筑素村网Z.ZC.ET
GB/T1094.12-2013目次前言…引言1范围……12规范性引用文件…13术语和定义……14超铭牌额定值负载运行的影响…24.1概述…4.2一般后果……………24.3短期急救负载的影响和危害年*0中*00中00*24.4长期急救负载的影响…25老化和变压器绝缘寿命…35.1概述5.2寿命*435.3稳定连续负载和温度间的关系5.4热老化率…里…尝45.5寿命损失5.6稳态下的热点温度55.7假定的热点系数55.8在不同的环境温度和负载条件下的热点温升55.9负载公式55.10绕组时间常数的确定…65.11根据经验常数确定绕组时间常数…75.12负载能力计算…………6限制…61电流和温度限制…96.2其他限制…………附录A(资料性附录)老化率…10A.1负载能力10A.2分子结构10A.3参考文献13附录B（资料性附录)三种负载模式下的寿命损失示例……14B1例一：恒定温度下的负载……14B.2例二：持续时间为t1的负载电流I1和紧接着持续时间为t2的负载电流I。…14B.3例三：变化的负载电流………………………，17附录C(资料性附录)符号表…21C.1符号表…21参考文献……23I莲筑素村网2.ZS心.ET
GB/T1094.12-2013前言GB1094《电力变压器》目前包含了下列几部分：一第1部分：总则；第2部分：液浸式变压器的温升；第3部分：绝缘水平、绝缘试验和外绝缘空气间隙；第4部分：电力变压器和电抗器的雷电冲击和操作冲击试验导则；第5部分：承受短路的能力；第6部分：电抗器；第7部分：油浸式电力变压器负载导则；-第10部分：声级测定；第10.1部分：声级测定应用导则；-第11部分：干式变压器；第12部分：干式电力变压器负载导则；第14部分：采用高温绝缘材料的液浸式变压器的设计和应用；-第16部分：风力发电用变压器。本部分为GB1094的第12部分，木部分资的路出骑视老车网本部分代替GB/T17211一1998《千式电力变压器负载导则》。GB/T17211一1998对应的IEC标准代号为IEC60905:1987。由于IEC有关电力变压器的标准代号现均调整为IEC60076系列，为了与IEC的标准代号相协调且使用方便，本次修订也将标准代号按新IEC标准系列进行了调整。本部分与GB/T17211一1998相比，主要技术变化如下：—按照GB/T1.1一2009的规定，对标准结构进行了调整。其中，增加了“规范性引用文件”、“术语和定义”章节，并将原“符号”章调整为附录C；标准适用范围增加强迫风冷干式变压器，并增加了“强迫风冷”冷却方式下干式变压器热点温升的计算方法；增加了变压器超铭牌运行危险的说明；明确了假定老化引起的绝缘失效是变压器寿命终结的原因、假定老化率随温度的变化符合阿伦尼乌斯定律，并进一步假定绝缘系统温度每增加6K,老化率加倍；增加了铜和铝导体绕组时间常数的计算方法和试验方法。在计算方法中，采用了不同于以往经验的绕组材料比热容数据；增加了依据经验常数确定时间常数的方法；正文中删除了选择负载曲线的实例；增加户外环境条件以及外壳对变压器运行影响的说明；增加附录A“老化率”。该附录对固体绝缘材料的老化率和“热量”的关系进行了介绍，并介绍了基于阿伦尼乌斯定律的耐热特性分析；增加附录B:“三种负载模式下的寿命损失示例”。本部分使用重新起草法修改采用IEC60076-12:2008《电力变压器第12部分：干式电力变压器负载导则》。本部分与IEC60076-12:2008的技术性差异及其原因如下：興尚莲蜀素荷网Z.Z沁
GB/T1094.12-2013一为适应我国的技术条件，在规范性引用文件中用修改采用国际标准的GB1094.11代替IEC60076-11;一一为符合我国的实际情况，在5.10.2中，将绕组的有效热容量计算公式中环氧材料的比热容数值24.5W·min/(K·kg)和0.408W·h/(K·kg)分别用符号C1和C2代替，同时增加了对C1和C2的说明，并用“注2：在IEC60076-12:2008中，C1为24.5W·min/(K·kg),C2为0.408W·h/(K·kg)”代替IEC标准的“注2：绕组也可以使用其他绝缘材料和环氧材料。对此类变压器，相应的比热值24.5W·min/(K·kg)或0.408W·h/(K·kg)可用制造方的经验数据来代替”。为便于使用，本部分对IEC60076-12:2008还做了下列编辑性修改：一引言中，增加了“为便于使用，本部分在附录B中给出了三种负载模式下的寿命损失计算示例，并在附录C中给出了符号表”：-对表3的格式进行了调整；删除表B.2中最右侧4列的内容；附录C中增加了符号C1和C2。请注意本文件的某些内容可能涉及专利。本文件的发布机构不承担识别这些专利的责任。本部分由中国电器工业协会提出。本部分由全国变压器标准化技术委员会(SAC/T℃44)归。本部分起草单位：沈阳变压器研究院股份有限公司、顺特电气设备有限公司、吉林省电力科学研究院、明珠电气有限公司、新华都特种电气股份有限公司、卧龙电气集团北京华泰变压器有限公司、中电电气集团有限公司、广州骏发电气有限公司、保定天威顺达变压器有限公司、广东海鸿变压器有限公司、中铁电气化局集团保定铁道变压器有限公司、天津市特变电工变压器有限公司。本部分主要起草人：张显忠，刘燕背勋、敖明、蔡定国、石肃、何宝振、梁伟樊平、李占元、郭献清、由振忠、赵文忠。本部分所代替标准的历次版本发布情况为：--GB/T17211一1998。興尚Z.ZC
GB/T1094.12-2013引言本部分从运行温度和热老化的观点提供了干式电力变压器的规范和负载导则。它给出了超铭牌额定值负载导致的后果，并为设计人员选择新设备的恰当额定参数和负载条件提供了指导。GB1094.11是合同的基础，包含了干式电力变压器在连续负载下的温升值的要求和温升试验。应注意的是，GB1094.11指的是绕组平均温升，而本部分主要指热点温度，且该值只做指导用。本部分给出了一些数学模型，用来判断不同负载在不同的冷却介质温度下和该负载随时间周期变化或瞬时性变化的结果。该模型提供了变压器运行温度的计算方法，尤其是绕组热点温度。热点温度用于评估在特定时间段内的寿命损失。本部分依据温度的计算结果或者测量结果推荐了允许的负载限值。这些推荐值涉及不同的负载情况一连续负载、短期和长期急数负载。附录A就老化规律进行了解释。为便于使用，本部分在附录B中给出了三种负载模式下的寿命损失计算示例，并在附录C中给出了符号表。闐素前网Z.ZC.ET
GB/T1094.12-2013电力变压器第12部分：干式电力变压器负载导则1范围GB1094的本部分适用于GB1094.11规定范围内的干式变压器。本部分提供了干式变压器绝缘老化率和寿命损失的估算方法，该方法把变压器绝缘的老化率和寿命损失表示为变压器的运行温度、时间和负载的函数。注：对于风力发电用变压器、电炉变压器、电焊机用变压器等特殊用途的变压器，制造方应参照相关特定负载曲线。2规范性引用文件下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅注日期的版本适用于本文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。GB1094.11电力变压器第11部分：千式变压器(GB1094.11-2007,IEC60076-11:2004,M0D)GB/T11026.1电气绝缘材料耐热性第1部分：老化程序和试验结果的评定(GB/T11026.1-2003,IEC60216-1:2001,DT2GB/T18494.12001变流变压器子第1部分：工业用变流变压器(IEC613781:1997,IDT)3术语和定义下列术语和定义适用于本文件。3.1长期急救负载long-time emergency loading由于系统中某些设备长时间退出运行而引起的一种负载方式，在变压器达到一个新的、较高的稳态温度之前，这些设备不会重新投人运行。3.2短期急救负载short-time emergency loading由于系统中发生了一个或多个事故，严重干扰了系统的正常负载分配，从而产生的暂态（小于绕组的一个时间常数)严重过负载。3.3热点hot-spot若无另行规定，“热点”指各绕组中的最热点。3.4相对热老化率relative thermal ageing rate在给定的热点温度下，与参考热点温度下的绝缘老化率相比，变压器的绝缘老化呈降低或加快的速率。3.5变压器绝缘寿命transformer insulation life time从绝缘起始状态（即通常认为绝缘是新的）到正常运行中由于热老化、绝缘场强、短路应力或机械位移而导致电气故障危险高发的最终状态之间的全部时间。1興尚Z.ZC
GB/T1094.12-20133.6自然风冷AN cooling自然通风冷却的方式。3.7强迫风冷AF cooling通过风机冷却来提高变压器额定容量的冷却方法。4超铭牌额定值负载运行的影响4.1概述正常预期寿命值通常是以设计的环境温度和额定运行条件下的连续工况为基础的。当负载超过铭牌额定值和/或环境温度高于规定环境温度时，变压器将承受一定程度的风险，并且老化加速。本部分的目的是要确认这些危险，并指导变压器在限定条件下如何进行超铭牌额定值负载运行。4.2一般后果变压器超铭牌额定值负载运行后果如下：一绕组、端子、引线、分接开关和绝缘的温度升高，且能达到不可接受的水平；带外壳产品对过载更加敏感，会导致绝缘系统温度达到不可接受的水平；导致由于电流和温度增加而引起的过早失效的风险。这种风险可能是一种短时效应，也可能来自多年的绝缘老化的累积效应。注：过酸的另个结来果奖年择的压降。4.3短期急救负载的影响和危害超过规定限值的短期急救负载的主要危害如下：·由于温度升高而产生的巨大机械应力，可能达到引起环氧浇注变压器绝缘开裂到不可接受的程度；短时和重复性过载电流导致绕组受到机械损伤；在环境温度超过规定值情况下短时和重复性电流导致绕组受到机械损伤；在更高的温度下，机械特性的劣化会降低抗短路能力；·由于温度升高而降低绝缘强度。因此规定，最大的过载电流不允许超过额定电流的50%。当过载超过50%时，有必要与制造方协商，以评估该过载的后果。在任何情况下，此类过载时间应尽可能短。4.4长期急救负载的影响长期急救负载的影响如下：在较高的温度时，导体绝缘的机械及绝缘性能的累积热老化效应会加速。如果这种热老化达到一定程度，则会减少变压器的寿命，特别是当设备遭受系统短路电流时；其他绝缘材料以及结构件和导体在高温时也会加速老化；老化率及寿命损失的计算规则是以负载为基础的。2興尚Z.ZC
GB/T1094.12-20135老化和变压器绝缘寿命5.1概述经验表明，变压器的正常寿命为几十年，但难以对其进行更加准确的规定。即使是完全相同的变压器，由于它们的运行条件各异，因此每台变压器的寿命也是不相同的。除极少数情况外，变压器很少在整个寿命周期内在100%额定电流下运行。其他对温升有影响的因素，如：冷却不充分、谐波、过励磁和/或在GB1094.11中描述的非正常条件都会影响变压器的寿命。当主要由变压器的损耗产生的热量传递到绝缘系统时，化学过程便开始了。这个过程改变组成绝缘系统的材料的分子结构。传递给系统的热量越多，老化率越大。这个过程是累积的且不可逆的，这意味着当传热停止，温度下降时，材料也不会恢复到最初的分子结构。绝缘系统温度会在制造方提供的文件中说明并标在铭牌上。假定老化造成的绝缘材料性能失效是变压器寿命终结的原因之一。进一步假定老化率随温度的变化符合阿伦尼乌斯(Arrhenius)定律。有关进一步的背景信息见附录A。阿伦尼乌斯定律中的两个常数在理想情况下可以用耐热试验来确定。当得不到这样的试验数据时，本部分提供了估算的常数，它是以下列假定为基础通过计算得出的：一温度增加6K,老化率加倍。6K对整个绕组而言是估计值，该值与绕组使用的特定材料性能有关；一当按照GB/T11026.1进行整体电气绝缘系统(EIS)的耐热试验，得到另一个老化率加倍的值时，宜使用该值；一绝缘材料性能失效是变压器寿命终结的原因。5.2寿命在恒定的热点温度T(单位为K)下，变压器的预期寿命L按下式计算：L=aXe号……………(1）该公式也可以表示为：L-axexp()…(2)尽管任何时间单位都适用于上述公式，但本导则中用小时。表1给出了用于不同绝缘系统温度下常数a的值，以h为单位。表1寿命公式中的常数绝缘系统温度TI常数绕组额定热点温度0s:(耐热等级)ab℃hK℃105(A)3.10E-141590095120(E)5.48E-1517212110130(B)1.72E-1518115120155(F)9.60E-1720475145180(H)5.35E-18229791702005.31E-19250861902205.26E-20272852103理罚素村网ZS沁.ET
GB/T1094.12-2013注1：不应该机械地理解按本公式计算的预期寿命。在按本公式计算的理论寿命到达后，变压器承受过电压和系统短路引起的过电流的能力与新变压器相比肯定要变弱。如果不出现过电压和过电流，则变压器还可以稳定地运行许多年。采取措施避免短路和安装足够的过压保护装置可以延长变压器的寿命。注2：下列方程式用于确定绕组额定热点温度中的常数α和b:ln180000）=0s.+273+ln(a）h(9000）=0s,+6+273+1aa）表1是按每6K老化率加倍计算的。注3：大多数电力变压器在实际寿命中的运行负荷远低于满负荷，因为热点温度如果低于额定值6℃，则寿命损失速率减半，所以典型变压器的实际寿命大于20年。表1中的常数是基于180000h、半差6K得来的。5.3稳定连续负载和温度间的关系绕组的稳态热力学热点温度T(K)表示为：T=273+0.+△0Hsm*……(3)式中：—环境温度（℃）；△Os。—一所考虑负载下绕组热点对环境的温升(K)。注意环境温度可能与负载无关，但也可能是负载的函数：8。=f(电流)……(4）该函数可能随场所不同而变化。在对老化率及寿命损失估算时，有必要了解特定场所的环境温度与负载的相互关系。可通过在特定场所的试验来确定二者间的关系。如果没有这方面的资料，则进行不同温度下（如，10℃只40℃）的等效计算可得到老化率和寿命损失之间的关系。二本部分给出的公式将涡流损耗作为绕组的电阻损耗处理。试验数据表明，由这些公式计算的寿命损失比预期的高。如果有谐波电流存在，则过载时增加的涡流损耗需要按照GB/T18494.1一2001的附录A中的方法考虑。5.4热老化率实际上，变压器的正常寿命不低于180000h。公式(5)中使用180000h作为保守的参考值，来表示老化率(/h),即在恒定热点温度T(K)下运行每小时损失的寿命小时数：k=180o0Xa1Xexp(亭)*…(5)在恒定热点温度T(K)时的相对老化率百分数，(%)，表示为180000h寿命运行t小时后的寿命百分数(%)，按下式计算：：k.=100x xa-ix exp(……(6)式中：t一时间；a、b-一见表1。5.5寿命损失在恒定热点温度T(K)下，一段时间t(h)内的寿命损失Lc(h)按公式(T)计算：Le=x180 000Xa-x exp(…(7)4理罚素前网Z.Z沁.ET
GB/T1094.12-2013式中：t一时间；a、b—见表1。5.6稳态下的热点温度对大多数运行中的变压器来说，很难准确地知道绕组内部的热点温度。对大多数此类变压器，热点温度能通过计算来估计。本部分计算方法中的日s.,为额定条件（额定电流、额定环境温度、额定电压、额定频率）下的热点温度，单位为℃。它可以用计算或测量的方法得到。注：目前没有确定热点温度的标准试验方法，如果制造方能用试验来证明其他热点温度值，则制造方可以用这些值来计算变压器寿命损失。5.7假定的热点系数在下面的考虑中，假定热点系数Z是1.25：△0Hs.r=ZX△0w………(8)式中：△0s.t—热点温升(K);△0w,-一一额定负载下绕组平均温升(K)。5.8在不同的环境温度和负载条件下的热点温升计算寿命损失要求的基本值是热点温度。为此，有必要知道在每个负载条件和环境温度下的热点温升。△0Hsa=ZX△0w:XI日………(9)式中：△8Hs。一给定负载下绕组热点温升；I。—给定负载率；9自然冷却(AN)取1.6，强迫风冷(AF)取2；Z假定为1.25。△0w:尽可能采用试验值，以限制与系数Z的有效性和与q值相关的不确定性。经验表明，q和Z在不同变压器及不同的运行负载条件下取不同的值。注：对某种绕组结构，△w只能通过变压器样机、模型来确定。5.9负载公式5.9.1连续负载热点温度8s作为稳定条件下负载的函数，用下式计算：0s=8。+△0s*…(10）对于自然冷却方式：△0s=△0Hs.r[I]2m………(11)对于强迫风冷方式：△0s=△0s:·(I2CT)X…*………(12)5理览素村网Z.ZC.ET
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