变压器发热是什么原因

变压器发热是电力系统中常见现象，主要由铁芯涡流损耗、线圈电阻损耗、磁滞效应及散热条件不足引起。合理负载设计、冷却系统维护及绝缘老化监测可有效控制温升，避免设备损坏或火灾风险。本文从电磁原理与工程实践角度系统分析12类成因及解决方案。

       电磁感应导致的铁芯损耗

       交变磁场在变压器铁芯中引发涡流是发热的首要原因。根据法拉第电磁感应定律，铁芯作为导电材料在变化磁场中会产生环形电流，这些涡流通过铁芯电阻时转化为热能。国家标准《电力变压器第1部分：总则》（GB 1094.1-2013）明确指出，铁芯需采用0.23-0.35毫米厚度的硅钢片叠压制作，通过增加涡流路径电阻来降低损耗。若硅钢片绝缘涂层破损或压紧力不足，会导致涡流损耗增加15%以上。

       磁滞现象产生的能量转换

       铁磁材料在交变磁化过程中存在的磁滞回线效应会持续消耗能量。铁芯中的磁畴在外磁场作用下不断转向，过程中分子摩擦产生热量。实验数据表明，取向硅钢片的磁滞损耗密度可达1.3-2.1瓦/千克（50赫兹条件下）。若铁芯材料热处理工艺不达标或硅含量偏低，磁滞损耗会显著提升，导致铁芯温度异常升高。

       绕组导体的电阻损耗

       负载电流通过绕组时产生的铜损是主要热源之一。根据焦耳定律，损耗功率与电流平方和电阻成正比。变压器国标规定75摄氏度时绕组电阻偏差不得超过±2%，若接头焊接不良、导线材质不纯或截面不足，会使局部电阻增大。例如截面减少10%会导致该区域发热量增加23%，形成过热点。

       绝缘介质极化损耗

       绕组绝缘材料在交变电场中会发生周期性极化，分子定向排列产生的摩擦形成介质损耗。油浸式变压器中绝缘纸的介损角正切值（tanδ）需控制在0.5%以内（GB/T 6451-2015）。当绝缘油老化或纸板受潮时，tanδ值可能上升至2%以上，使绝缘体系温升增加30-40%。

       结构件中的杂散损耗

       油箱、夹件等金属结构件在漏磁场作用下会产生涡流发热。IEEE标准C57.12.00-2015要求结构件需采用低导磁率钢材或设置磁屏蔽。实测表明，大型变压器结构件损耗可达总损耗的15%，若磁屏蔽接缝处理不当或固定螺栓形成闭合回路，会使局部温度超过130摄氏度。

       冷却系统效能不足

       散热能力与产热量的失衡直接导致温升超标。强迫油循环变压器的冷却器进出口油温差应小于30摄氏度（DL/T 572-2010）。若潜油泵流量下降30%、散热片积垢或风扇转速不足，会使换热效率降低40%以上。某550千伏变电站曾因冷却器阀门未全开导致变压器油温超过报警值28摄氏度。

       过载运行时的热积累

       超出额定容量的长期运行会使发热量呈平方关系增长。国标规定油浸变压器短期急救负载不得超过额定容量的1.5倍（GB/T 1094.7-2008）。实际监测数据显示，120%负载持续2小时会使顶层油温升加速至正常值的1.8倍，绕组最热点温度可能突破140摄氏度危险阈值。

       谐波电流引起的附加损耗

       非线性负载产生的高次谐波会显著增加绕组涡流损耗和铁芯损耗。5次谐波电流含量达20%时，变压器额外损耗增加35%（IEEE Std 519-2014）。特别是三角形接法的绕组中，3次谐波环流会使铁轭区域局部过热，某轧钢车间变压器就曾因谐波导致铁芯温度异常升高62摄氏度。

       连接部位接触电阻过大

       套管引线连接处、分接开关触头等位置因氧化或压力不足导致接触电阻增大。电力行业标准要求连接处温升不得高于相邻绕组30开尔文（DL/T 574-2010）。实际案例显示，当触头接触压力从300牛下降至200牛时，接触电阻增加3倍，使连接点温度达到147摄氏度而烧熔。

       油路阻塞导致换热失效

       绝缘油循环路径堵塞会形成局部过热区。常见于潜油泵入口滤网堵塞、散热管路积碳或胶囊式储油柜呼吸堵塞。试验数据显示，当油流速低于0.25米/秒时，绕组表面换热系数下降60%，最热点温度可能比平均值高25摄氏度以上。

       绝缘老化引发的热失控

       长期运行后绝缘材料导热性能下降会形成恶性循环。纤维素绝缘纸聚合度低于400时，导热系数从0.16瓦/（米·开尔文）降至0.12瓦/（米·开尔文）（IEC 60076-7）。某运行25年的变压器因绝缘纸老化，在额定负载下最热点温度较新设备高出18摄氏度。

       环境因素影响散热效率

       安装环境的温度、海拔和通风条件直接影响冷却效果。国家标准规定环境温度超过40摄氏度时需降容运行（GB 1094.11-2007）。实测数据显示，当空气含尘量达到1.5毫克/立方米时，风冷散热器换热效率下降25%，海拔每升高1000米，温升增加3%-5%。

       设计制造缺陷埋下隐患

       铁芯接缝过大、绕组换位不当等工艺问题会导致局部过热。行业调研显示，铁芯斜接缝角度偏差超过2度会使空载损耗增加8%，绕组导线换位不完全会使涡流损耗集中，某厂家变压器就因换位设计缺陷导致局部温度超标47摄氏度。

       油质劣化影响传热特性

       绝缘油氧化后产生的污泥和酸性物质会恶化传热条件。运行中变压器油酸值超过0.1毫克氢氧化钾/克时（GB/T 7595-2017），油泥附着在绕组表面形成隔热层，实测显示0.2毫米油泥层可使绕组温升增加15开尔文。

       磁通分布不均引发局部过热

       铁芯拐角、绕组端部等漏磁集中区域会产生高温点。电磁仿真分析表明，心式变压器铁轭角落的磁通密度可达设计值的1.3倍，相应区域单位体积损耗增加70%。某换流变压器就因端部磁屏蔽不足导致油箱局部温度达129摄氏度。

       附件功率损耗叠加效应

       冷却风机、有载调压开关等附属设备的运行功耗会额外增加发热。大型变压器的冷却系统电机总功率可达数十千瓦，若选择效率低的设备或连续全功率运行，其自身发热量可使油温额外升高3-5摄氏度。

       三相负载不平衡加剧温升

       各相电流差异导致发热量分布不均。电力行业标准要求Yyn0接线变压器中线电流不得超过额定相电流的25%（DL/T 572-2010）。当某相负载达到120%而其他相为80%时，重载相绕组温升将比平衡状态高28%，且会通过热传导影响相邻相。