1、溫升是箱變壽命和功率的主要制約因素
箱變主要發(fā)熱元件--變壓器在運(yùn)行過(guò)程中要產(chǎn)生損耗，這些損耗將全部轉(zhuǎn)變?yōu)闊崃?。熱量的一部分使變壓器自身的溫度升高，另一部分散發(fā)到周圍的空氣中去。變壓器的所有電磁載體都是發(fā)熱體，而鐵心和繞組是主要的發(fā)熱體。
變壓器的壽命取決于其絕緣介質(zhì)的壽命。在正常運(yùn)行條件下，主要是溫度對(duì)絕緣介質(zhì)產(chǎn)生影響。長(zhǎng)期的高溫會(huì)使絕緣介質(zhì)老化，逐漸喪失其耐電性能。
各種絕緣介質(zhì)在某一溫度作用下都有一定的壽命。油浸式變壓器所采用的絕緣材料主要是絕緣紙和紙板，設(shè)計(jì)壽命一般為二十年。通過(guò)試驗(yàn)和生產(chǎn)實(shí)踐，人們認(rèn)為：與二十年壽命相對(duì)應(yīng)的絕緣介質(zhì)長(zhǎng)期允許的高溫度約為98℃。也是說(shuō)，油浸式變壓器中的絕緣介質(zhì)在98℃的溫度作用下，可以連續(xù)運(yùn)行二十年。
變壓器中各部位的溫度是不同的，在額定條件下運(yùn)行時(shí)，各部位的溫度都不應(yīng)該超過(guò)絕緣材料所允許的高工作溫度。所以，GB1094標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了油浸式變壓器的正常使用條件為：
海撥不超過(guò)1000m，高氣溫+40℃，熱月平均溫度+30℃，高年平均溫度+20℃等；規(guī)定了變壓器在連續(xù)額定容量穩(wěn)態(tài)下的溫升限值為：頂層油溫升55K（非全密封型），繞組平均溫升65K。標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的溫升限值是把變壓器周圍空氣的年平均溫度20℃作為基數(shù)，是頂層油溫和繞組平均溫度對(duì)年平均20℃空氣溫度的差值。變壓器的絕緣重要的是繞組絕緣，一般認(rèn)為，繞組熱點(diǎn)溫度與平均溫度相差13K，所以，繞組的平均溫升限值是98-20-13=65K。
變壓器在運(yùn)行過(guò)程中所產(chǎn)生的熱量是靠熱傳導(dǎo)、熱輻射和對(duì)流這三種形式散出的。從繞組到繞組表面，熱量靠熱傳導(dǎo)的形式散出；從繞組表面到油中，靠對(duì)流的形式散出；熱量從油箱外壁散到空氣中是靠對(duì)流和輻射這兩種形式實(shí)現(xiàn)的。油箱外壁對(duì)空氣的溫差大，約占總溫升的60%--70%，從這點(diǎn)看，變壓器運(yùn)行的環(huán)境溫度是很重要的。
現(xiàn)在不少箱式變電站中安裝了干式變壓器，干式變壓器的繞組溫升限值是100K，熱點(diǎn)溫度與平均溫度相差15K，干式變壓器的正常使用條件與油變相同。但是，干式變壓器是一個(gè)比油變高得多的熱源，從干變到變電站內(nèi)的空間再到變電站外的空間，有很大的溫度梯度。一般的干式變壓器都帶有風(fēng)機(jī)，可以在強(qiáng)迫風(fēng)冷的狀態(tài)下運(yùn)行，風(fēng)機(jī)使變壓器的溫度更快地散發(fā)到周圍的介質(zhì)中。這要求箱式變電站具備更好的通風(fēng)散熱條件。要求變電站內(nèi)、外空間的溫度保持不變難以做到，但必須控制變電站對(duì)外部空氣的溫升，使之趨于小。
安裝在箱式變電站中的變壓器同樣要求周圍空氣的年平均溫度不得高于20℃，由于環(huán)境惡劣導(dǎo)致變壓器的運(yùn)行溫度升高，一方面將影響變壓器的壽命，另一方面，如果要確保變壓器的額定負(fù)荷，其繞組的直流電阻將變大，負(fù)載損耗增加，促使變壓器的溫度進(jìn)一步升高，終不得不降低負(fù)荷，從而使變壓器的使用效率降低。以S9-630kVA為例，為確保溫升限值而降低負(fù)荷，其相互關(guān)系見(jiàn)圖1。
2、雙層通道式結(jié)構(gòu)解決了溫升問(wèn)題
用戶選購(gòu)一臺(tái)供電變壓器，都希望能滿負(fù)荷或短時(shí)超負(fù)荷使用，要確保這個(gè)希望值，必須注重箱變外殼的自然通風(fēng)量的設(shè)計(jì)，外邊的冷空氣要與箱變里的熱空氣形成對(duì)流，從而確保供電變壓器的繞組溫升，確保滿負(fù)荷或短時(shí)超負(fù)荷能力。我們是這樣解決溫升這個(gè)問(wèn)題的；外殼采用自然對(duì)流的雙層隔熱的風(fēng)道結(jié)構(gòu)，采用這一結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)基本滿足供電變壓器的散熱要求。在短時(shí)間超負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，我們?cè)鲈O(shè)了溫控強(qiáng)排風(fēng)裝置確保供電變壓器安全運(yùn)行。我們?cè)诓捎么嗽O(shè)計(jì)方案之前也走過(guò)一段彎路，一開(kāi)始發(fā)現(xiàn)采用單層結(jié)構(gòu)不行，采用雙層填充隔熱材料的結(jié)構(gòu)，結(jié)果一驗(yàn)證，我們做了個(gè)保溫箱。后又改成頂部通風(fēng)，增加了強(qiáng)制通風(fēng)等手段，溫升問(wèn)題解決了，但又帶來(lái)了凝露問(wèn)題。這樣通過(guò)反復(fù)的驗(yàn)證和數(shù)百處的改進(jìn)，終確定了現(xiàn)在的這種方案。并在電科院做了多種規(guī)格的型式試驗(yàn)，其溫升值遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于國(guó)標(biāo)準(zhǔn)值（見(jiàn)溫升試驗(yàn)記錄表）。按新方案生產(chǎn)的幾百臺(tái)箱式變電站已投入運(yùn)行，使用在南方、北方等地區(qū)，經(jīng)歷了嚴(yán)冬和酷暑的考驗(yàn)。
3、溫升試驗(yàn)的計(jì)算
箱式變電站選用導(dǎo)則的電力部標(biāo)準(zhǔn)關(guān)于溫升試驗(yàn)的說(shuō)明是這樣的：溫升試驗(yàn)的目的是校驗(yàn)箱式變電站外殼設(shè)計(jì)的正確性，即能正常運(yùn)行和不縮短站內(nèi)元件的預(yù)期壽命。試驗(yàn)時(shí)必須測(cè)量變壓器液面和繞組（干式變壓器只測(cè)繞組）的溫升和低壓設(shè)備的溫升。試驗(yàn)應(yīng)證明：變壓器在外殼內(nèi)的溫升與同一臺(tái)變壓器在外殼外部測(cè)得的溫升差值不大于外殼級(jí)別規(guī)定的數(shù)值，如級(jí)別0（0K）、級(jí)別10（10K）、級(jí)別20（20K）、級(jí)別30K（30K），而每一級(jí)別值是這樣計(jì)算的：△t≤△t2-△t1(注:△t2變壓器在外殼內(nèi)的溫升△t1變壓器在外殼外部的溫升)
