供变电
电气化铁道２００８年第１期
牵引变压器的过负荷能力及容量的合理选择
曹建设，杲秀芳
摘
要：牵引变压器的过负荷能力一般受限于变压器绕组最热点温度和顶层油温。在评价牵引变压器的过负
荷能力时，所选择的典型负荷曲线必须合理，使之能够正确反映线路的牵引变压器运行状况。本文以一种典型负荷曲线为例，对牵引变压器的温升计算和寿命损失做了研究，并从安全性和经济性角度对牵引变压器容量的合理选择进行了探讨。
关键词：典型负荷曲线；过负荷：线圈最热点温度；牵引变压器
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅｏｖｅｒｌｏａｄａｂｉｌｉｔｙｏｆｔｒａｃｔｉｏｎｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒｉｓｇｅｎｅｒａｌｌｙｌｉｍｉｔｅｄｂｙｗｉｎｄｉｎｇｈｏｔｔｅｓｔ－ｓｐｏｔｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅａｎｄ
ｔｏｐｏｉｌ
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ｃｕｒｖｅｓ
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ｌｏａｄ
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ａｎ
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Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｔｙｐｉｃａｌ
ｌｏａｄｃｕｒｖｅ；ｏｖｅｒｌｏａｄ；ｗｉｎｄｉｎｇｈｏｔｔｅｓｔ—ｓｐｏｔｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ；ｔｒａｃｔｉｏｎ
中图分类号：Ｕ２２４
文献标识码：Ａ文章编号：１００７．９３６Ｘ（２００８）０１．００１０．０４
０前言
电气化铁道牵引负荷具有波动性大的特点，正常运行时牵引变压器大多处于欠负载状态，而在短时紧密运行时又会出现过负载现象。
在确定牵引变压器容量时，必须根据牵引负荷的特点，从安全运行和经济方面进行综合考虑，容量选择过小会使牵引变压器长期过载，造成寿命缩短甚至烧毁；容量选择过大除了造成供电设备容量闲置外，在当前两部制电价情况下，铁路局每年还要为此付出高额的基本电费【１】。因此，铁路设计部门所确定的牵引变压器的安装容量，不仅涉及到牵引供电系统的安全性问题，而且和铁路运营部门的运输成本息息相关。
确定牵引变压器容量是在保证牵引供电安全性的前提下，充分利用牵引变压器的过负荷能力，提高牵引变压器容量利用率，这对于降低铁路运输成本具有十分重要的意义。
在采用常规绝缘材料的变压器中，线圈绝缘的最高耐受温度决定了变压器所能承受的最大负载，当采用耐高温固体绝缘材料后，变压器油的耐受温度就变成了一个重要因素１２］。油浸式电力变压器在过负荷状态下绕组最热点温度不应超过１４０℃；油面温度不应超过１０５。Ｃ１３１。对于采用常规绝缘纸板纸和常规变压器油的牵引变压器，也以相同的限制指标为约束条件【２ｌ。
对于电力变压器的过负荷能力评估，一般用等
效的二级矩形负载周期图表示实际负载周则引。由
于牵引变压器的负荷状况和电力变压器有显著不同，而且不同等级线路的负荷状况相差很大，所选择的典型负荷曲线必须合理，使之能够正确反映不同线路的牵引变压器运行状况，同时满足牵引变压器的温升标准。文献［４］给出了典型负荷曲线的确定原则与步骤。
参考铁路运营部门和设计单位提出的诸多牵引变压器典型负荷曲线，可采用图１所示的典型负荷曲线，以某容量为３１．５ＭＶＡ的平衡牵引变压器
１典型负荷曲线的温升计算
１．１牵引变压器过负荷能力和典型负荷曲线
作者简介：曹建设．中铁第一勘察设计院集团有限公司，助理工程师，陕西西安７１００４３，电话：０２９．８２３６５７６２；杲秀芳．中铁第一勘察设计院集团有限公司，助理工程师。１０
的温升实验结果及技术参数为基础，对其进行温升计算和寿命损失分析。
图１所示的典型负荷曲线、一昼夜分为４个周期，以０．７５倍额定负荷运行２０ｒｎｉｎ，１．５倍额定负
牵引变压器的过负荷能力及容量的合理选择
荷运行１８ｍｉｎ，２倍额定负荷运行７ｍｉｌｌ，其余时间以０．７５倍额定负荷运行。
Ｚ
曹建设，呆秀芳
供变电
某容量为３１．５ＭＶＡ的平衡牵引变压器的温升实验结果及技术参数如下：
空载损耗为２９ｋＷ；负载损耗为１５５．５ｋｗ；顶
｝
：，．
ｎ
哪二焉ＩＩ二二ｊＩ二二．羊Ｉ二二口Ｉ
Ｉ
Ｉ
Ｉ
ｌ
Ｉ
Ｉ二：
ｌ
层油温升为４３．３℃；绕组平均温升为４８．６５℃；油时间常数为１７０．５ｍｉｎ；绕组时间常数为８０９．４９油的指数Ｘ为０．８；绕组的指数Ｙ为１．６。
当牵引变压器按照图１所示的典型负荷曲线
ｓ；
ｌ
图１典型负荷曲线
１．２牵引变压器温升计算模型
为了变压器能够安全经济地运行，国际电工委
运行完第４个周期时，顶层油温８０．４８℃、绕组最热点温度为１３８．２３℃，满足国标中顶层油温不超过１０５℃、绕组最热点温度不超过１４０℃的要求。典型负荷曲线对应的绕组最热点温度如图２所示。
员会ＩＥＣ３５４．１９９１标准和国标ＧＢ／Ｔ１５１６４．９４《油
浸式电力变压器负载导则》规定了油浸式电力变压器超铭牌额定值负载的限制条件、稳态及暂态下的绕组热点温度的计算方法，并推荐了温度计算用的数学模型。下面给出ＩＥＣ３５４．１９９１温升模型中的变压器各部分稳态温升和暂态温升的计算公式。１．２．１稳态温升计算公式
在任何负载下的最热点温度计算公式：
，℃１１２。。ｏ
器望＝二±二二圣兰圭兰圭兰型兰．二圣兰圭ｄ
图２典型负荷曲线对应的绕组最热点温度
ｗＬ枞ｊ【；式－；Ｊ．－．－．｛．Ｊ一－丰Ｊ－．－．－；－Ｌ．－．－；ｉ．－．－．；Ｊ．－ｊ
２牵引变压器寿命损失分析
对于按照ＧＢｌ０９４．１９９６《电力变压器》设计的变压器，在热点温度９８。（２下相对热老化率为１。此热点温度与“在环境温度为２０＂Ｃ和热点温升为
７８
皖＝嚷叫等『＋Ｈｇ，Ｋ’
式中，皖为最热点温度，℃；品为环境温度，℃；△品，为绕组顶部油温升，Ｋ；Ｒ为损耗比；Ｋ为负载系数（负载电流／额定电流）；Ｘ为油的指数；Ｈｇ，为热点对绕组顶部油的温差，Ｋ；ｙ为绕组指数。
Ｋ下运行”相对应。相对热老化率的定义为
矿：垄鱼！塑垫耋垡奎一，ｃ铀枷肌
’
９８０Ｃ下的热老化率。
根据上式可求出相对热老化率与热点温度的关系，如表１所列。
影℃
８０９２９８１２８１３４１４０
１．２．２暂态温升计算公式
顶层油暂态温升计算公式：
△ａ，ｔ＝Ａａ，ｉ＋（△皖。一Ａ６１，ｉ）（１一ｅ１”ｏ）
式中，Ａａ，ｉ为起始的底层油温升；Ａ０，。为时间呐所
加负载的稳态底部油温升，Ｋ；＂ｔｏ为油时间常数。
同样，随着负载的增加，绕组和油的温差将按绕组的时间常数上升到一个新值。
暂态绕组对油平均温升计算公式：
相对热老化率
０．１２５０．５００１．ｏｏＯ３２．０００６４．０００１２８．０００
△靠＝△氏。＋（△鼠＾，ｆ—Ａ０ｗ。）（１一ｅ－ｔ／，＇）４ｂ２—４ａｃ
式中，△兔。为起始的绕组对油温升；ＡＯｗｆ为时间ｔ
由表１中的数据可以看出，热点温度在８０℃以下时，变压器寿命损失很小；而热点温度超过９８℃以后，变压器的寿命损失增长很快。热点温度与相对热老化率的关系是：热点温度每增加６℃，相对热老化率增加ｌ倍，即６℃规则。
当运行条件和环境温度都在变化时，相对热老化率是随时间变化的。在一定负载期内的寿命相对
１１
内所加负载的稳态绕组对油温升，Ｋ；沩绕组时间
常数。
ａｏｗｆ＝△鼬，×ｋ１
式中，△鼬ｒ为额定时绕组对油温升，Ｋ。
１．２．３温升计算结果
供变电宅气化铁道２００８年第１期
损失等于：
￡：叩２肋或￡：－１＞１矿ｔ“、
Ｎ＝
式中，行为每一时间段（或时间间隔）的序数；Ⅳ为时间段（或时间间隔）的总数。
根据上述变压器寿命损失的计算公式，图１所示的典型负荷曲线所对应的瞬时相对寿命损失见图３所示（图中仅显示了部分离散点）。
相１１０对∞
…上寿命∞…－Ｉ
Ｉ
．一．Ｊ…Ｌ一一ＪＬ．．．．Ｊ…Ｉ．一一１．．ＩＩＩＩＩＩ－一■一－－．●－－一＋一一４－一一卜一一卜一
损ＩＩＩＩＩ
失∞
皇０．∞
。ｆ脯Ｉ
ｌ
。一１。一Ｔ。。Ｔ。一１一‘一ｒ一一厂。
Ｉｔ／ｒａｉｎ
图３典型负荷曲线的瞬时相对寿命损失
对瞬时相对寿命损失累积后便得到了典型负荷曲线的综合相对寿命损失，见图４所示。
图４典型负荷曲线的综合相对寿命损失
从图４可以看出，该牵引变压器按照图ｌ所示的典型负荷曲线运行２４ｈ，热老化日寿命损失为
２８．１３５
ｈ。由于图ｌ所示的典型负荷曲线在２４ｈ内
的平均负载率为Ｏ奄１１
８，而热老化日寿命损失占
正常日寿命损失的１１７．２３％，这说明牵引变压器的寿命损失得到了过分利用，牵引变电所主变压器由于绕组存在过负荷现象，造成牵引变压器日寿命损失偏大。
３牵引变压器容量的合理选择
合理选择牵引变压器的安装容量，必须从安全性和经济性２个方面进行综合考虑。３．１安全。陛
减小牵引变压器的安装容量是降低铁路运输成本的可行方法之一，但必须在保证安全供电的前提下进行。ＩＥＣ３５４．１９９１标准和国标《油浸式电力变压器负载导则》给出了超过铭牌额定值时负载的
１２
电流和温度限值：对于中型电力变压器，短期急救负载电流标幺值不超过１．８，绕组最热点温度不超过１６０℃，顶层油温不超过１１５℃。但为了疏解列车或抢运货物而出现列车紧密运行的情况下，牵引变压器过负荷往往达到２倍甚至更高【５１。因此，国标中短期急救负载电流标幺值不超过１．８的规定，对于牵引变压器并不一定合适。
对于牵引变压器绕组最热点温度限值，需要根据牵引变压器使用的绝缘材料耐热等级的不同而合理确定。国内外科研机构对此做了大量深入的研究。根据变压器油高温下的电气性能和理化性能的试验结果，文献【３】给出了温度限值：采用常规绝缘纸板纸和常规变压器油的牵引变压器中，过负荷状态下绕组最热点温度不应超过１４０℃；在额定负荷状态下且环境温度为４０℃时，油面温度不应超过１０５℃。采用ＮＯＭＥＸ纸和常规变压器油的牵引变压器，绕组最热点温度允许达到１６０℃。
牵引变压器安装容量选择过小，轻则导致牵引变压器长期过载，造成寿命缩短；重则导致变压器烧毁，影响铁路的安全运营，造成国民经济的重大损失。３．２经济性
在保证供电安全性的前提下，从经济性方面考虑牵引变压器的安装容量，需要从变压器的价格、变压器的使用年限、变压器安装容量的基本电价等方面综合考虑。
如果将上述３１．５ＭＶＡ的平衡牵引变压器换成
４０
ＭＶＡ容量的变压器，两者的经济性比较如表２
所列。
采用４０ＭＶＡ牵引变压器时，变压器日寿命损耗不超过２４ｈ，牵引变压器可以运行３０年。当采用３１．５ＭＶＡ牵引变压器时，由于热老化日寿命损．失占正常日寿命损失的１１７．２３％，理论上牵引变压器可安全运行２５．５９年。从表２可以看出，采用容量为３１．５ＭＶＡ的牵引变压器，每年变压器成本投入１３．８７万元，固定电费７８．７５万元，２项合计９２．６２万元。而采用容量为４０ＭＶＡ的牵引变压器，每年２项合计１１３．８３万元。
牵引变压器的过负荷能力及容量的合理选择
曹建设，呆秀芳
供变电
表２所选变压器容量不同的经济性比较
速客运专线开展牵引负荷测量，建立符合各种典型
线路实际情况的典型负荷曲线是十分必要的【１１。
利用温升计算和寿命损失分析的结果，本文从安全和经济角度对牵引变压器容量的合理选择进行了探讨。在保证牵引变压器安全运行的前提下，
由此可见，在保证牵引变压器安全运行的前提可以适当提高牵引变压器的热老化日寿命损失。虽下，适当提高牵引变压器的热老化日寿命损失，从然会缩短牵引变压器的使用寿命，但有利于降低牵而降低牵引变压器的安装容量，在经济上是完全可引变压器的安装容量、充分利用牵引变压器的过负行的。，
载能力、降低固定电费，即使仅从经济上分析也是４结束语
完全可取的。
参考文献：
影响牵引变压器寿命的因素是多方面的，随着【１】贺建闽，黄治清．牵引变压器容量的合理选择［Ｊ】．电气化现代电力变压器制造工艺的提高，影响牵引变压器铁道，２００５，（６）
寿命的因素集中体现在变压器各部分的温度。
【２】郭满生，张喜乐．简论牵引变压器的寿命．中国电机工程典型负荷曲线是变压器制造和运行的重要参学会２００４年学术年会论文集，２００４：５９８－６０２．
考依据，对合理选择牵引变压器容量具有重要参考
作用。典型负荷曲线的过负荷倍数过大、过负荷时【３】ＧＢ／Ｔ１５１６４—９４油浸式电力变压器负载导则［ｓ】．
间过长，将大大提高牵引变压器的制造成本和运行［４】谢绍锋，李群湛等．基于统计的牵引变压器典型负荷曲
成本；典型负荷曲线的过负荷倍数过小、过负荷时线分析叨．机车电传动，２００４，（４）：２４—２８，
间过短，会导致安装容量过大、牵引变压器过负荷【５】ＴＢ／１０００９－２００５铁路电力牵引供电设计规范［ｓ】。
收稿日期Ｉ２００７．１０．１９
能力得不到充分利用。因此，有计划地选择一些典型线路，分别对普速客货混跑铁路、重载铁路、高
广告索引
前插
国电南瑞科技股份有限公司…………………………（１）荣信电力电子股份有限公司…………………………封面上海友邦电气股份有限公司…………………………（２）大全集团有限公司……………………………………封二成都天进仪器有限公司………………………………（３）扬州东方吊架有限公司………………………………（１）西安永兴科技发展有限公司…………………………（４）
株洲变流技术国家工程研究中心……………………（２）后插
深圳市科陆电子科技股份有限公司…………………（３）湖北武高电力新技术有限公司………………………（１）北京四方继保自动化股份有限公司…………………（４）上海安科瑞电气有限公司……………………………（２）正泰电气股份有限公司………………………………（５）南通光明钢丝制品有限公司…………………………封三南京菲尼克斯电气有限公司………”，ｏｏ
ｏｏｏ
ｏｏ：………（６）
＋常州安凯特电缆有限公司……………………………封四
中插
１３
牵引变压器的过负荷能力及容量的合理选择
作者：作者单位：刊名：英文刊名：年，卷(期)：
曹建设， 杲秀芳， Cao Jianshe， Gao Xiufang中铁第一勘察设计院集团有限公司,陕西,西安,710043电气化铁道
ELECTRIC RAILWAY2008(1)
参考文献(5条)
1.TB/10009-2005.铁路电力牵引供电设计规范
2.谢绍锋;李群湛 基于统计的牵引变压器典型负荷曲线分析[期刊论文]-机车电传动 2004(04)3.GB/T 15164-1994.油浸式电力变压器负载导则
4.郭满生;张喜乐 简论牵引变压器的寿命[会议论文] 2004
5.贺建闽;黄治清 牵引变压器容量的合理选择[期刊论文]-电气化铁道 2005(06)
本文链接：http://d.g.wanfangdata.com.cn/Periodical_dqhtd200801003.aspx
供变电
电气化铁道２００８年第１期
牵引变压器的过负荷能力及容量的合理选择
曹建设，杲秀芳
摘
要：牵引变压器的过负荷能力一般受限于变压器绕组最热点温度和顶层油温。在评价牵引变压器的过负
荷能力时，所选择的典型负荷曲线必须合理，使之能够正确反映线路的牵引变压器运行状况。本文以一种典型负荷曲线为例，对牵引变压器的温升计算和寿命损失做了研究，并从安全性和经济性角度对牵引变压器容量的合理选择进行了探讨。
关键词：典型负荷曲线；过负荷：线圈最热点温度；牵引变压器
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅｏｖｅｒｌｏａｄａｂｉｌｉｔｙｏｆｔｒａｃｔｉｏｎｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒｉｓｇｅｎｅｒａｌｌｙｌｉｍｉｔｅｄｂｙｗｉｎｄｉｎｇｈｏｔｔｅｓｔ－ｓｐｏｔｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅａｎｄ
ｔｏｐｏｉｌ
ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ．Ｔｈｅｔｙｐｉｃａｌｌｏａｄ
ｃｕｒｖｅ
ｗｈｉｃｈｉｓｓｅｌｅｃｔｅｄｆｏｒｅｖａｌｕａｔｉｎｇｔｈｅｏｖｅｒｌｏａｄａｂｉｌｉｔｙｏｆｔｒａｃｔｉｏｎｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ
ｍｕｓｔｂｅｒｅａｓｏｎａｂｌｅ，ｉｔｓｈｏｕｌｄｒｅｆｌｅｃｔａｃｃｕｒａｔｅｌｙｔｈｅ
ｃｕｒｖｅｓ
ｏｐｅｒａｔｉｏｎ
ｓｔａｔｕｓ
ｏｆｔｒａｃｔｉｏｎｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ．Ｏｎｅｏｆｔｈｅｔｙｐｉｃａｌ
ｌｏａｄ
ｉｓｔａｋｅｎａｓ
ａｎ
ｅｘａｍｐｌｅｔｏｓｔｕｄｙｔｈｅｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｒｉｓｅａｎｄｌｏｓｓｏｆｌｉｆｅｆｏｒｔｈｅｔｒａｃｔｉｏｎｆｏｒｔｒａｃｔｉｏｎ
ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ，ａｎｄ
ｔｈｅｒａｔｉｏｎａｌ
ｓｅｌｅｃｔｉｏｎｏｆｃａｐａｃｉｔｙ
ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ
ｉｓｄｉｓｃｕｓｓｅｄｆｒｏｍｔｈｅｔｗｏｖｉｅｗｐｏｉｎｔｓｏｆｓｅｃｕｒｉｔｙａｎｄｅｃｏｎｏｍｙ．ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｔｙｐｉｃａｌ
ｌｏａｄｃｕｒｖｅ；ｏｖｅｒｌｏａｄ；ｗｉｎｄｉｎｇｈｏｔｔｅｓｔ—ｓｐｏｔｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ；ｔｒａｃｔｉｏｎ
中图分类号：Ｕ２２４
文献标识码：Ａ文章编号：１００７．９３６Ｘ（２００８）０１．００１０．０４
０前言
电气化铁道牵引负荷具有波动性大的特点，正常运行时牵引变压器大多处于欠负载状态，而在短时紧密运行时又会出现过负载现象。
在确定牵引变压器容量时，必须根据牵引负荷的特点，从安全运行和经济方面进行综合考虑，容量选择过小会使牵引变压器长期过载，造成寿命缩短甚至烧毁；容量选择过大除了造成供电设备容量闲置外，在当前两部制电价情况下，铁路局每年还要为此付出高额的基本电费【１】。因此，铁路设计部门所确定的牵引变压器的安装容量，不仅涉及到牵引供电系统的安全性问题，而且和铁路运营部门的运输成本息息相关。
确定牵引变压器容量是在保证牵引供电安全性的前提下，充分利用牵引变压器的过负荷能力，提高牵引变压器容量利用率，这对于降低铁路运输成本具有十分重要的意义。
在采用常规绝缘材料的变压器中，线圈绝缘的最高耐受温度决定了变压器所能承受的最大负载，当采用耐高温固体绝缘材料后，变压器油的耐受温度就变成了一个重要因素１２］。油浸式电力变压器在过负荷状态下绕组最热点温度不应超过１４０℃；油面温度不应超过１０５。Ｃ１３１。对于采用常规绝缘纸板纸和常规变压器油的牵引变压器，也以相同的限制指标为约束条件【２ｌ。
对于电力变压器的过负荷能力评估，一般用等
效的二级矩形负载周期图表示实际负载周则引。由
于牵引变压器的负荷状况和电力变压器有显著不同，而且不同等级线路的负荷状况相差很大，所选择的典型负荷曲线必须合理，使之能够正确反映不同线路的牵引变压器运行状况，同时满足牵引变压器的温升标准。文献［４］给出了典型负荷曲线的确定原则与步骤。
参考铁路运营部门和设计单位提出的诸多牵引变压器典型负荷曲线，可采用图１所示的典型负荷曲线，以某容量为３１．５ＭＶＡ的平衡牵引变压器
１典型负荷曲线的温升计算
１．１牵引变压器过负荷能力和典型负荷曲线
作者简介：曹建设．中铁第一勘察设计院集团有限公司，助理工程师，陕西西安７１００４３，电话：０２９．８２３６５７６２；杲秀芳．中铁第一勘察设计院集团有限公司，助理工程师。１０
的温升实验结果及技术参数为基础，对其进行温升计算和寿命损失分析。
图１所示的典型负荷曲线、一昼夜分为４个周期，以０．７５倍额定负荷运行２０ｒｎｉｎ，１．５倍额定负
牵引变压器的过负荷能力及容量的合理选择
荷运行１８ｍｉｎ，２倍额定负荷运行７ｍｉｌｌ，其余时间以０．７５倍额定负荷运行。
Ｚ
曹建设，呆秀芳
供变电
某容量为３１．５ＭＶＡ的平衡牵引变压器的温升实验结果及技术参数如下：
空载损耗为２９ｋＷ；负载损耗为１５５．５ｋｗ；顶
｝
：，．
ｎ
哪二焉ＩＩ二二ｊＩ二二．羊Ｉ二二口Ｉ
Ｉ
Ｉ
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ｌ
Ｉ
Ｉ二：
ｌ
层油温升为４３．３℃；绕组平均温升为４８．６５℃；油时间常数为１７０．５ｍｉｎ；绕组时间常数为８０９．４９油的指数Ｘ为０．８；绕组的指数Ｙ为１．６。
当牵引变压器按照图１所示的典型负荷曲线
ｓ；
ｌ
图１典型负荷曲线
１．２牵引变压器温升计算模型
为了变压器能够安全经济地运行，国际电工委
运行完第４个周期时，顶层油温８０．４８℃、绕组最热点温度为１３８．２３℃，满足国标中顶层油温不超过１０５℃、绕组最热点温度不超过１４０℃的要求。典型负荷曲线对应的绕组最热点温度如图２所示。
员会ＩＥＣ３５４．１９９１标准和国标ＧＢ／Ｔ１５１６４．９４《油
浸式电力变压器负载导则》规定了油浸式电力变压器超铭牌额定值负载的限制条件、稳态及暂态下的绕组热点温度的计算方法，并推荐了温度计算用的数学模型。下面给出ＩＥＣ３５４．１９９１温升模型中的变压器各部分稳态温升和暂态温升的计算公式。１．２．１稳态温升计算公式
在任何负载下的最热点温度计算公式：
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器望＝二±二二圣兰圭兰圭兰型兰．二圣兰圭ｄ
图２典型负荷曲线对应的绕组最热点温度
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２牵引变压器寿命损失分析
对于按照ＧＢｌ０９４．１９９６《电力变压器》设计的变压器，在热点温度９８。（２下相对热老化率为１。此热点温度与“在环境温度为２０＂Ｃ和热点温升为
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皖＝嚷叫等『＋Ｈｇ，Ｋ’
式中，皖为最热点温度，℃；品为环境温度，℃；△品，为绕组顶部油温升，Ｋ；Ｒ为损耗比；Ｋ为负载系数（负载电流／额定电流）；Ｘ为油的指数；Ｈｇ，为热点对绕组顶部油的温差，Ｋ；ｙ为绕组指数。
Ｋ下运行”相对应。相对热老化率的定义为
矿：垄鱼！塑垫耋垡奎一，ｃ铀枷肌
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９８０Ｃ下的热老化率。
根据上式可求出相对热老化率与热点温度的关系，如表１所列。
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８０９２９８１２８１３４１４０
１．２．２暂态温升计算公式
顶层油暂态温升计算公式：
△ａ，ｔ＝Ａａ，ｉ＋（△皖。一Ａ６１，ｉ）（１一ｅ１”ｏ）
式中，Ａａ，ｉ为起始的底层油温升；Ａ０，。为时间呐所
加负载的稳态底部油温升，Ｋ；＂ｔｏ为油时间常数。
同样，随着负载的增加，绕组和油的温差将按绕组的时间常数上升到一个新值。
暂态绕组对油平均温升计算公式：
相对热老化率
０．１２５０．５００１．ｏｏＯ３２．０００６４．０００１２８．０００
△靠＝△氏。＋（△鼠＾，ｆ—Ａ０ｗ。）（１一ｅ－ｔ／，＇）４ｂ２—４ａｃ
式中，△兔。为起始的绕组对油温升；ＡＯｗｆ为时间ｔ
由表１中的数据可以看出，热点温度在８０℃以下时，变压器寿命损失很小；而热点温度超过９８℃以后，变压器的寿命损失增长很快。热点温度与相对热老化率的关系是：热点温度每增加６℃，相对热老化率增加ｌ倍，即６℃规则。
当运行条件和环境温度都在变化时，相对热老化率是随时间变化的。在一定负载期内的寿命相对
１１
内所加负载的稳态绕组对油温升，Ｋ；沩绕组时间
常数。
ａｏｗｆ＝△鼬，×ｋ１
式中，△鼬ｒ为额定时绕组对油温升，Ｋ。
１．２．３温升计算结果
供变电宅气化铁道２００８年第１期
损失等于：
￡：叩２肋或￡：－１＞１矿ｔ“、
Ｎ＝
式中，行为每一时间段（或时间间隔）的序数；Ⅳ为时间段（或时间间隔）的总数。
根据上述变压器寿命损失的计算公式，图１所示的典型负荷曲线所对应的瞬时相对寿命损失见图３所示（图中仅显示了部分离散点）。
相１１０对∞
…上寿命∞…－Ｉ
Ｉ
．一．Ｊ…Ｌ一一ＪＬ．．．．Ｊ…Ｉ．一一１．．ＩＩＩＩＩＩ－一■一－－．●－－一＋一一４－一一卜一一卜一
损ＩＩＩＩＩ
失∞
皇０．∞
。ｆ脯Ｉ
ｌ
。一１。一Ｔ。。Ｔ。一１一‘一ｒ一一厂。
Ｉｔ／ｒａｉｎ
图３典型负荷曲线的瞬时相对寿命损失
对瞬时相对寿命损失累积后便得到了典型负荷曲线的综合相对寿命损失，见图４所示。
图４典型负荷曲线的综合相对寿命损失
从图４可以看出，该牵引变压器按照图ｌ所示的典型负荷曲线运行２４ｈ，热老化日寿命损失为
２８．１３５
ｈ。由于图ｌ所示的典型负荷曲线在２４ｈ内
的平均负载率为Ｏ奄１１
８，而热老化日寿命损失占
正常日寿命损失的１１７．２３％，这说明牵引变压器的寿命损失得到了过分利用，牵引变电所主变压器由于绕组存在过负荷现象，造成牵引变压器日寿命损失偏大。
３牵引变压器容量的合理选择
合理选择牵引变压器的安装容量，必须从安全性和经济性２个方面进行综合考虑。３．１安全。陛
减小牵引变压器的安装容量是降低铁路运输成本的可行方法之一，但必须在保证安全供电的前提下进行。ＩＥＣ３５４．１９９１标准和国标《油浸式电力变压器负载导则》给出了超过铭牌额定值时负载的
１２
电流和温度限值：对于中型电力变压器，短期急救负载电流标幺值不超过１．８，绕组最热点温度不超过１６０℃，顶层油温不超过１１５℃。但为了疏解列车或抢运货物而出现列车紧密运行的情况下，牵引变压器过负荷往往达到２倍甚至更高【５１。因此，国标中短期急救负载电流标幺值不超过１．８的规定，对于牵引变压器并不一定合适。
对于牵引变压器绕组最热点温度限值，需要根据牵引变压器使用的绝缘材料耐热等级的不同而合理确定。国内外科研机构对此做了大量深入的研究。根据变压器油高温下的电气性能和理化性能的试验结果，文献【３】给出了温度限值：采用常规绝缘纸板纸和常规变压器油的牵引变压器中，过负荷状态下绕组最热点温度不应超过１４０℃；在额定负荷状态下且环境温度为４０℃时，油面温度不应超过１０５℃。采用ＮＯＭＥＸ纸和常规变压器油的牵引变压器，绕组最热点温度允许达到１６０℃。
牵引变压器安装容量选择过小，轻则导致牵引变压器长期过载，造成寿命缩短；重则导致变压器烧毁，影响铁路的安全运营，造成国民经济的重大损失。３．２经济性
在保证供电安全性的前提下，从经济性方面考虑牵引变压器的安装容量，需要从变压器的价格、变压器的使用年限、变压器安装容量的基本电价等方面综合考虑。
如果将上述３１．５ＭＶＡ的平衡牵引变压器换成
４０
ＭＶＡ容量的变压器，两者的经济性比较如表２
所列。
采用４０ＭＶＡ牵引变压器时，变压器日寿命损耗不超过２４ｈ，牵引变压器可以运行３０年。当采用３１．５ＭＶＡ牵引变压器时，由于热老化日寿命损．失占正常日寿命损失的１１７．２３％，理论上牵引变压器可安全运行２５．５９年。从表２可以看出，采用容量为３１．５ＭＶＡ的牵引变压器，每年变压器成本投入１３．８７万元，固定电费７８．７５万元，２项合计９２．６２万元。而采用容量为４０ＭＶＡ的牵引变压器，每年２项合计１１３．８３万元。
牵引变压器的过负荷能力及容量的合理选择
曹建设，呆秀芳
供变电
表２所选变压器容量不同的经济性比较
速客运专线开展牵引负荷测量，建立符合各种典型
线路实际情况的典型负荷曲线是十分必要的【１１。
利用温升计算和寿命损失分析的结果，本文从安全和经济角度对牵引变压器容量的合理选择进行了探讨。在保证牵引变压器安全运行的前提下，
由此可见，在保证牵引变压器安全运行的前提可以适当提高牵引变压器的热老化日寿命损失。虽下，适当提高牵引变压器的热老化日寿命损失，从然会缩短牵引变压器的使用寿命，但有利于降低牵而降低牵引变压器的安装容量，在经济上是完全可引变压器的安装容量、充分利用牵引变压器的过负行的。，
载能力、降低固定电费，即使仅从经济上分析也是４结束语
完全可取的。
参考文献：
影响牵引变压器寿命的因素是多方面的，随着【１】贺建闽，黄治清．牵引变压器容量的合理选择［Ｊ】．电气化现代电力变压器制造工艺的提高，影响牵引变压器铁道，２００５，（６）
寿命的因素集中体现在变压器各部分的温度。
【２】郭满生，张喜乐．简论牵引变压器的寿命．中国电机工程典型负荷曲线是变压器制造和运行的重要参学会２００４年学术年会论文集，２００４：５９８－６０２．
考依据，对合理选择牵引变压器容量具有重要参考
作用。典型负荷曲线的过负荷倍数过大、过负荷时【３】ＧＢ／Ｔ１５１６４—９４油浸式电力变压器负载导则［ｓ】．
间过长，将大大提高牵引变压器的制造成本和运行［４】谢绍锋，李群湛等．基于统计的牵引变压器典型负荷曲
成本；典型负荷曲线的过负荷倍数过小、过负荷时线分析叨．机车电传动，２００４，（４）：２４—２８，
间过短，会导致安装容量过大、牵引变压器过负荷【５】ＴＢ／１０００９－２００５铁路电力牵引供电设计规范［ｓ】。
收稿日期Ｉ２００７．１０．１９
能力得不到充分利用。因此，有计划地选择一些典型线路，分别对普速客货混跑铁路、重载铁路、高
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ｏｏｏ
ｏｏ：………（６）
＋常州安凯特电缆有限公司……………………………封四
中插
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牵引变压器的过负荷能力及容量的合理选择
作者：作者单位：刊名：英文刊名：年，卷(期)：
曹建设， 杲秀芳， Cao Jianshe， Gao Xiufang中铁第一勘察设计院集团有限公司,陕西,西安,710043电气化铁道
ELECTRIC RAILWAY2008(1)
参考文献(5条)
1.TB/10009-2005.铁路电力牵引供电设计规范
2.谢绍锋;李群湛 基于统计的牵引变压器典型负荷曲线分析[期刊论文]-机车电传动 2004(04)3.GB/T 15164-1994.油浸式电力变压器负载导则
4.郭满生;张喜乐 简论牵引变压器的寿命[会议论文] 2004
5.贺建闽;黄治清 牵引变压器容量的合理选择[期刊论文]-电气化铁道 2005(06)
本文链接：http://d.g.wanfangdata.com.cn/Periodical_dqhtd200801003.aspx