RU2515121C1 - Method for determination of overload value and duration for oil-filled power transformer equipment - Google Patents

Method for determination of overload value and duration for oil-filled power transformer equipment Download PDF

Info

Publication number
RU2515121C1
RU2515121C1 RU2012154161/28A RU2012154161A RU2515121C1 RU 2515121 C1 RU2515121 C1 RU 2515121C1 RU 2012154161/28 A RU2012154161/28 A RU 2012154161/28A RU 2012154161 A RU2012154161 A RU 2012154161A RU 2515121 C1 RU2515121 C1 RU 2515121C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
transformer
temperature
oil
measured
windings
Prior art date
Application number
RU2012154161/28A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Рамиль Гамилович Мустафин
Дамир Фатыхович Губаев
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Казанский государственный энергетический университет" (ФГБОУ ВПО "КГЭУ")
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Казанский государственный энергетический университет" (ФГБОУ ВПО "КГЭУ") filed Critical Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Казанский государственный энергетический университет" (ФГБОУ ВПО "КГЭУ")
Priority to RU2012154161/28A priority Critical patent/RU2515121C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2515121C1 publication Critical patent/RU2515121C1/en

Links

Images

Abstract

FIELD: electricity.
SUBSTANCE: by means of temperature sensors a heat flow cooling the transformer is defined for different parts of the transformer. Degree of the transformer heating is defined against values of current passing through the transformer windings. Using these parameters the permitted time of the transformer overload is defined depending on the required level of overloading and the current thermal state of the transformer.
EFFECT: improving operational reliability of the transformer equipment due to more reliable determination of overload value and duration for oil-filled power transformer.
3 dwg

Description

Изобретение относится к области электроэнергетики, в частности к автоматизированным системам управления и диагностики трансформаторного оборудования электрических подстанций.The invention relates to the field of electric power, in particular to automated control systems and diagnostics of transformer equipment of electrical substations.

Силовые трансформаторы и автотрансформаторы с масляно-воздушным или масляно-водяным охлаждением являются одним из самых дорогостоящих видов электротехнического оборудования электрических подстанций. В таких трансформаторах активная часть (магнитопровод и обмотки, имеющие целлюлозно-бумажную изоляцию) погружена в изолирующую жидкость - трансформаторное масло. В результате естественной конвекции или принудительной циркуляции масло проходит через охлаждающие каналы в обмотках и магнитопроводе трансформатора, обеспечивая отвод тепла, выделяемого потерями в обмотках и магнитопроводе. Если в результате недостаточного отвода тепла температура целлюлозно-бумажной изоляции в течение длительного времени будет слишком высокой, происходят структурные изменения целлюлозы, снижается степень полимеризации бумаги, что может привести к механическому повреждению изоляции и ее электрическому пробою.Power transformers and autotransformers with oil-air or oil-water cooling are one of the most expensive types of electrical equipment of electrical substations. In such transformers, the active part (magnetic core and windings having pulp and paper insulation) is immersed in an insulating liquid - transformer oil. As a result of natural convection or forced circulation, the oil passes through the cooling channels in the windings and the magnetic circuit of the transformer, ensuring the removal of heat generated by losses in the windings and the magnetic circuit. If, due to insufficient heat removal, the temperature of the pulp and paper insulation is too high for a long time, structural changes in the pulp occur, the degree of polymerization of the paper decreases, which can lead to mechanical damage to the insulation and its electrical breakdown.

Для безопасной работы трансформатора важно, чтобы допустимых значений не превышала температура в самом горячем месте обмотки (так называемая «наиболее нагретая точка», ННТ). Силовые трансформаторы проектируются таким образом, чтобы при электрической нагрузке, не превышающей номинальной мощности трансформатора, температура ННТ была ниже предельно допустимой. В то же время условия эксплуатации энергосистем требуют в некоторых случаях передавать через трансформатор мощность, превышающую номинальное значение.For safe operation of the transformer, it is important that the permissible values do not exceed the temperature in the hottest place of the winding (the so-called "most heated point", NNT). Power transformers are designed in such a way that at an electric load not exceeding the rated power of the transformer, the temperature of the NNT is below the maximum permissible. At the same time, the operating conditions of power systems require in some cases to transmit power exceeding the nominal value through a transformer.

Известны технические решения, позволяющие снабжать оператора энергосистемы прогнозной информацией о допустимых в каждый момент времени уровнях перегрузки трансформатора и допустимом времени перегрузки в зависимости от ее величины, например патент US 6727821 "Apparatus and method for predicting an overload trip for an electrical power transformer" от 27.04.2004.Known technical solutions that provide the energy system operator with predictive information about the transformer overload levels acceptable at each time point and the permissible overload time depending on its size, for example, US Pat. No. 6,727,821 "Apparatus and method for predicting an overload trip for an electrical power transformer" dated 04/27 .2004.

Устройство содержит датчик температуры окружающей среды, датчик тока нагрузки, подключенный к одной из обмоток контролируемого силового трансформатора, аналого-цифровой преобразователь, к которым подключены указанные датчики, и вычислительное устройство, к которому по цифровому интерфейсу подключен аналого-цифровой преобразователь. Вычислительное устройство имеет дискретные выходы для выдачи соответственно предупредительного и аварийного сигналов о недопустимой перегрузке контролируемого силового трансформатора. В качестве датчика температуры в устройстве может использоваться датчик температуры окружающей среды, либо датчик температуры в определенной точке объема масла в баке трансформатора.The device contains an ambient temperature sensor, a load current sensor connected to one of the windings of the controlled power transformer, an analog-to-digital converter, to which these sensors are connected, and a computing device to which an analog-to-digital converter is connected via a digital interface. The computing device has discrete outputs for issuing respectively warning and alarm signals about unacceptable overload of the controlled power transformer. As a temperature sensor, the device can use an ambient temperature sensor, or a temperature sensor at a certain point in the oil volume in the transformer tank.

По известным соотношениям, приведенным, например, в стандарте МЭК60067-7, устройство рассчитывает с использованием измеренных значений температуры окружающей среды и тока нагрузки температуру наиболее нагретой точки обмотки (ИНТ) и скорость ее изменения. В предположении, что скорости изменения температуры и расхода ресурса будут оставаться неизменными, устройство рассчитывает значение времени, через которое любой из этих параметров достигнет заданного пользователем предельного значения данного параметра.Using well-known relationships given, for example, in the standard IEC60067-7, the device calculates, using measured values of the ambient temperature and load current, the temperature of the most heated winding point (INT) and its rate of change. Under the assumption that the rate of change of temperature and resource consumption will remain unchanged, the device calculates the time value after which any of these parameters reaches the user-specified limit value of this parameter.

Данный способ имеет недостаток: для прогнозного расчета изменения во времени температуры наиболее нагретой точки обмотки трансформатора (ННТ) при заданном коэффициенте перегрузки, на основании которого определяется остающееся время до достижения предельно допустимого значения температуры ННТ, учета температуры только в одной точке недостаточно.This method has a drawback: for the predictive calculation of the time change in the temperature of the most heated point of the transformer winding (NNT) at a given overload coefficient, based on which the remaining time until reaching the maximum permissible temperature of the NNT is determined, taking the temperature into one point is not enough.

Наиболее близким техническим решением является способ определения допустимых величины и длительности перегрузки силового маслонаполненного трансформаторного оборудования, реализованный устройством, содержащим датчик тока трансформаторной обмотки, датчик температуры окружающей среды, аналого-цифровой преобразователь (АЦП), к входам которого подключены указанные датчики, и подключенное к нему вычислительное устройство с дискретными выходами для выдачи предупредительных и аварийных сигналов, дополнительно введены датчик температуры в верхних слоях трансформаторного масла, а также датчик влажности масла, в которое погружена активная часть трансформатора, и датчик температуры масла внутри датчика влажности. При этом все датчики подключены к соответствующим входам аналого-цифрового преобразователя, а подключенное к нему вычислительное устройство снабжено вторым, цифровым, интерфейсом для передачи оператору информации о допустимом времени перегрузки трансформатора в зависимости от требуемого уровня перегрузки и текущего теплового состояния трансформатора. Для трансформаторов с тремя и более обмотками предусмотрено введение двух или более датчиков тока разных обмоток, а также соответствующее уточнение алгоритма определения допустимого времени перегрузки трансформатора в зависимости от его текущего теплового режима, уровня влажности масла в баке трансформатора и прогнозируемого уровня нагрузки всех обмоток (патент РФ № 2453859, МПК G01R31/02, 27.02.2012).The closest technical solution is a method for determining the permissible magnitude and duration of the overload of power oil-filled transformer equipment, implemented by a device containing a transformer winding current sensor, an ambient temperature sensor, an analog-to-digital converter (ADC), to the inputs of which these sensors are connected, and connected to it computing device with discrete outputs for issuing warning and alarm signals, an additional temperature sensor is introduced ry in the upper layers of transformer oil, as well as an oil moisture sensor, into which the active part of the transformer is immersed, and an oil temperature sensor inside the humidity sensor. Moreover, all sensors are connected to the corresponding inputs of the analog-to-digital converter, and the computing device connected to it is equipped with a second, digital interface for transmitting information to the operator about the permissible transformer overload time, depending on the required level of overload and the current thermal state of the transformer. For transformers with three or more windings, the introduction of two or more current sensors of different windings is provided, as well as the corresponding refinement of the algorithm for determining the permissible transformer overload time, depending on its current thermal regime, oil moisture level in the transformer tank and the predicted load level of all windings (RF patent No. 2453859, IPC G01R31 / 02, 02.27.2012).

Алгоритм учета содержания воды в бумажной изоляции обмоток в области ННТ основан на измерении относительной влажности залитого в трансформатор масла, расчете его абсолютной влажности, вычислении соответствующего равновесного содержания влаги в бумаге и введении поправочного коэффициента допустимой температуры ННТ.The algorithm for accounting for the water content in the paper insulation of windings in the NNT area is based on measuring the relative humidity of the oil poured into the transformer, calculating its absolute humidity, calculating the corresponding equilibrium moisture content in the paper and introducing a correction coefficient for the permissible temperature of the NNT.

Согласно известному способу измеряют токи разных трансформаторных обмоток, измеряют температуру верхних слоев трансформаторного масла, залитого в бак трансформатора, измеряют влажность масла и температуру масла в точке измерения влажности масла, исходя из чего рассчитывают равновесное содержание влаги в бумажной изоляции трансформаторных обмоток и соответствующее этому содержанию значение предельно допустимой температуры наиболее нагретой точки трансформаторной обмотки, выдают предупредительный и аварийный сигналы.According to the known method, the currents of different transformer windings are measured, the temperature of the upper layers of transformer oil poured into the transformer tank is measured, the oil humidity and the oil temperature are measured at the point of oil moisture measurement, based on which the equilibrium moisture content in the paper insulation of the transformer windings and the corresponding value are calculated the maximum permissible temperature of the most heated point of the transformer winding, give warning and alarm signals.

Известный способ имеет ряд существенных недостатков.The known method has several significant disadvantages.

Во-первых, для прогнозного расчета изменения во времени температуры наиболее нагретой точки обмотки трансформатора (ННТ) используют температуру окружающей среды, которая не точно характеризует процесс охлаждения трансформатора: не учитывает конкретные условия - ветер, дождь, снег, влажность воздуха, которые существенно влияют на процесс охлаждения.Firstly, for the predictive calculation of the time change in the temperature of the most heated point of the transformer winding (NNT), use the ambient temperature, which does not accurately characterize the cooling process of the transformer: it does not take into account specific conditions - wind, rain, snow, air humidity, which significantly affect cooling process.

Во-вторых, не учитывают конструктивные особенности конкретной модели трансформатора, которые существенно изменяют скорость охлаждения трансформатора.Secondly, they do not take into account the design features of a particular transformer model, which significantly change the cooling rate of the transformer.

Задачей настоящего изобретения является повышение эксплуатационной надежности трансформаторного оборудования за счет более достоверного определения допустимых величин и длительности перегрузки силового маслонаполненного трансформатора.The objective of the present invention is to increase the operational reliability of transformer equipment due to a more reliable determination of the permissible values and duration of the overload power oil-filled transformer.

Технический результат достигается тем, что в способе определения допустимых величины и длительности перегрузки силового маслонаполненного трансформаторного оборудования, в котором измеряют токи разных трансформаторных обмоток, измеряют температуру верхних слоев трансформаторного масла, залитого в бак трансформатора, измеряют влажность масла и температуру масла в точке измерения влажности масла, исходя из чего рассчитывают равновесное содержание влаги в бумажной изоляции трансформаторных обмоток и соответствующее этому содержанию значение предельно допустимой температуры наиболее нагретой точки трансформаторной обмотки, выдают предупредительный и аварийный сигналы, согласно заявляемому изобретениюThe technical result is achieved by the fact that in the method for determining the permissible magnitude and duration of the overload of power oil-filled transformer equipment, in which the currents of different transformer windings are measured, the temperature of the upper layers of the transformer oil poured into the transformer tank is measured, the oil humidity and the oil temperature are measured at the point of measuring the oil moisture , on the basis of which the equilibrium moisture content in the paper insulation of the transformer windings and the corresponding content are calculated th value of the maximum permissible temperature of the most heated point of the transformer winding, give warning and alarm signals, according to the claimed invention

- дополнительно измеряют температуру наиболее нагретой верхней части бака трансформатора и температуру наиболее холодной нижней части бака трансформатора,- additionally measure the temperature of the most heated upper part of the transformer tank and the temperature of the coldest lower part of the transformer tank,

- на основе данных температур и измеренной температуры верхних слоев трансформаторного масла, залитого в бак трансформатора, рассчитывают тепловой поток, охлаждающий трансформатор,- based on the data of temperatures and the measured temperature of the upper layers of the transformer oil, poured into the tank of the transformer, calculate the heat flow, cooling transformer,

- на основе теплового потока, охлаждающего трансформатор, и с учетом измеренных токов разных трансформаторных обмоток, которые нагревают трансформатор, рассчитывают зависимость температуры наиболее нагретой точки трансформаторной обмотки от времени,- based on the heat flux cooling the transformer, and taking into account the measured currents of different transformer windings that heat the transformer, calculate the time dependence of the temperature of the most heated point of the transformer winding,

- на основе данной зависимости и рассчитанного значения предельно допустимой температуры наиболее нагретой точки трансформаторной обмотки рассчитывают допустимое время перегрузки трансформаторного оборудования.- on the basis of this dependence and the calculated value of the maximum permissible temperature of the most heated point of the transformer winding, the permissible overload time of the transformer equipment is calculated.

Таким образом, технический результат достигается за счет прямого измерения теплового потока, идущего от нагретой обмотки трансформатора в охлаждающую среду. Для этого, кроме измерения тока разных трансформаторных обмоток, измерения температуры верхних слоев трансформаторного масла, измерения влажности масла и температуры масла в указанном датчике влажности, дополнительно измеряют температуру наиболее нагретой области верхней части бака трансформатора, температуру наиболее холодной нижней части бака трансформатора. На основе измеренных температур трансформатора рассчитывают тепловой поток, охлаждающий трансформатор, а также с учетом этого значения рассчитывают зависимости от времени температуры наиболее нагретой точки обмотки и соответственно остающееся допустимое время работы трансформаторного оборудования до достижения им предельно допустимой температуры, в зависимости от его текущего теплового режима, уровня влажности масла в баке трансформатора и прогнозируемого уровня нагрузки всех обмоток.Thus, the technical result is achieved by direct measurement of the heat flux coming from the heated winding of the transformer into the cooling medium. For this, in addition to measuring the current of different transformer windings, measuring the temperature of the upper layers of transformer oil, measuring oil moisture and oil temperature in the specified humidity sensor, the temperature of the most heated region of the upper part of the transformer tank, the temperature of the coldest lower part of the transformer tank are also measured. Based on the measured temperatures of the transformer, the heat flow, the cooling transformer are calculated, and also taking into account this value, the dependences are calculated on the time of the temperature of the most heated winding point and, accordingly, the remaining permissible operating time of the transformer equipment until it reaches the maximum permissible temperature, depending on its current thermal regime, the moisture level of the oil in the transformer tank and the predicted load level of all windings.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 представлена принципиальная структурная схема устройства, реализующего предлагаемый способ определения допустимых величины и длительности перегрузки силового маслонаполненного трансформаторного оборудования, на фиг. 2 условно изображен бак с трансформаторными обмотками и датчиками температуры, а на фиг.3 способ определения допустимых величины и длительности перегрузки силового маслонаполненного трансформаторного оборудования представлен в виде диаграммы.The invention is illustrated by drawings, where in FIG. 1 is a schematic structural diagram of a device that implements the proposed method for determining the allowable magnitude and duration of an overload of power oil-filled transformer equipment, FIG. Figure 2 shows a tank with transformer windings and temperature sensors, and figure 3 shows a method for determining the permissible magnitude and duration of an overload of a power oil-filled transformer equipment in a diagram.

Цифрами на чертежах обозначены:The numbers in the drawings indicate:

1а - датчик температуры наиболее нагретой верхней части бака трансформатора,1A - temperature sensor of the most heated upper part of the transformer tank,

1b - датчик температуры наиболее холодной нижней части бака трансформатора,1b - temperature sensor of the coldest lower part of the transformer tank,

1с - датчик температуры верхних слоев трансформаторного масла,1c - temperature sensor of the upper layers of transformer oil,

2а - датчик тока,2a - current sensor,

2b - датчик тока,2b - current sensor,

3 - аналого-цифровой преобразователь,3 - analog-to-digital Converter,

4а, 4b, 4c, 4d, 4e, 4f, 4g - входы аналого-цифрового преобразователя,4a, 4b, 4c, 4d, 4e, 4f, 4g - inputs of an analog-to-digital converter,

5 - вычислительное устройство,5 - computing device

6 - первый цифровой интерфейс,6 is the first digital interface,

7 - дискретный выход для выдачи предупредительного сигнала,7 - discrete output for issuing a warning signal,

8 - дискретный выход для выдачи аварийного сигнала,8 - discrete output for issuing an alarm,

9 - датчик влажности трансформаторного масла,9 - transformer oil humidity sensor,

10 - датчик температуры для измерения температуры трансформаторного масла в датчике влажности,10 - temperature sensor for measuring the temperature of transformer oil in a humidity sensor,

11 - второй цифровой интерфейс,11 is a second digital interface,

12 - линия связи,12 - communication line

13 - терминал оператора,13 - operator terminal,

14 - бак трансформатора,14 - transformer tank,

15 - трансформаторное масло,15 - transformer oil,

16 - трансформаторные обмотки,16 - transformer windings,

17 - тепловой поток.17 - heat flow.

Способ определения допустимых величины и длительности перегрузки силового маслонаполненного трансформаторного оборудования проводят следующим образом.The method of determining the permissible value and duration of the overload power oil-filled transformer equipment is as follows.

Измерения проводят различные датчики (фиг.1): датчик 1а температуры наиболее нагретой области верхней части бака трансформатора, датчик 1b температуры наиболее холодной нижней части бака трансформатора, датчик 1с температуры верхних слоев масла, датчики 2а, 2b тока, подключенные к разным обмоткам контролируемого силового трансформатора, датчик 9 влажности масла, датчик 10 температуры для измерения температуры масла в датчике 9 влажности.The measurements are carried out by various sensors (Fig. 1): temperature sensor 1a of the most heated region of the upper part of the transformer tank, temperature sensor 1b of the coldest lower part of the transformer tank, temperature sensor 1c of the upper layers of oil, current sensors 2a, 2b connected to different windings of the controlled power transformer, oil humidity sensor 9, temperature sensor 10 for measuring the oil temperature in the humidity sensor 9.

Аналого-цифровой преобразователь 3с входами 4a…4g, к которым соответственно подключены выходы указанных датчиков 1а, 1b, 1с температуры, датчиков 2а, 2b тока, датчика 9 влажности и датчика 10, преобразует аналоговые сигналы в цифровые сигналы.An analog-to-digital converter 3 with inputs 4a ... 4g, to which respectively the outputs of these temperature sensors 1a, 1b, 1c, current sensors 2a, 2b, humidity sensor 9 and sensor 10 are connected, converts analog signals to digital signals.

Вычислительное устройство 5, к которому по первому цифровому интерфейсу 6 подключен аналого-цифровой преобразователь 3, производит все вычисления. Вычислительное устройство имеет дискретные выходы 7 и 8, на которые выдает соответственно предупредительный и аварийный сигналы о недопустимой перегрузке контролируемого силового трансформатора, и второй цифровой интерфейс 11, по которому передает через линию 12 связи на терминал 13 оператора информацию о допустимом времени перегрузки трансформатора в зависимости от его текущего теплового режима, уровня влажности масла в баке 14 трансформатора и прогнозируемого уровня нагрузки всех обмоток.Computing device 5, to which an analog-to-digital converter 3 is connected via the first digital interface 6, performs all calculations. The computing device has discrete outputs 7 and 8, to which respectively gives warning and alarm signals about unacceptable overload of the controlled power transformer, and a second digital interface 11, which transmits via the communication line 12 to the operator terminal 13 information about the permissible transformer overload time, depending on its current thermal conditions, the moisture level of the oil in the tank 14 of the transformer and the predicted load level of all windings.

Для измерения теплового потока, идущего от нагретой обмотки трансформатора в охлаждающую среду, необходимо измерение температуры в двух точках трансформатора, которые расположены на пути теплового потока 17 от нагретой обмотки трансформатора в охлаждающую среду.To measure the heat flux coming from the heated transformer winding to the cooling medium, it is necessary to measure the temperature at two points of the transformer, which are located on the heat flux 17 from the heated transformer winding to the cooling medium.

Бак 14 трансформатора (фиг.2) залит трансформаторным маслом 15. Внутри бака 14 расположены обмотки трансформатора 16.The transformer tank 14 (FIG. 2) is filled with transformer oil 15. The transformer windings 16 are located inside the tank 14.

От нагретой обмотки 16 тепловые потоки 17 идут к стенкам бака 14 и охлаждают обмотку 16. Датчик 1с температуры верхних слоев трансформаторного масла (измеренная температура Т1) и датчик 1а температуры наиболее нагретой области верхней части бака трансформатора (измеренная температура Т2) расположены на тепловом потоке 17.From the heated winding 16, the heat flows 17 go to the walls of the tank 14 and cool the winding 16. The temperature sensor 1c of the upper layers of the transformer oil (measured temperature T1) and the temperature sensor 1a of the most heated region of the upper part of the transformer tank (measured temperature T2) are located on the heat flow 17 .

Соответственно тепловой поток Q1 (первый способ), который охлаждает обмотку 16, равен:Accordingly, the heat flux Q1 (first method), which cools the winding 16, is equal to:

Q 1 = ( T 1 T 2 ) * χ 12                                (1)

Figure 00000001
Q one = ( T one - T 2 ) * χ 12 (one)
Figure 00000001

где: Т1 - показания датчика 1с температуры верхних слоев трансформаторного масла, Т2 - показания датчика 1а температуры наиболее нагретой области верхней части бака трансформатора, χ12 - тепловая проводимость между датчиками 1а и 1с.where: T1 - readings of the temperature sensor 1c of the upper layers of transformer oil, T2 - readings of the temperature sensor 1a of the most heated region of the upper part of the transformer tank, χ12 - thermal conductivity between the sensors 1a and 1s.

Нагретое обмоткой 16 трансформаторное масло 15, как любая нагретая жидкость, поднимается наверх, поэтому датчик 1а температуры наиболее нагретой области верхней части бака трансформатора показывает большую температуру, чем датчик 1b температуры наиболее холодной нижней части бака трансформатора (измеренная температура Т3).The transformer oil 15 heated by the winding 16, like any heated liquid, rises upward, therefore, the temperature sensor 1a of the most heated region of the upper part of the transformer tank shows a higher temperature than the temperature sensor 1b of the coldest lower part of the transformer tank (measured temperature T3).

Соответственно тепловой поток Q2 (второй способ), который охлаждает обмотку 16, равен:Accordingly, the heat flux Q2 (second method), which cools the winding 16, is equal to:

Q 2 = ( T 2 T 3 ) * χ 23                                (2)

Figure 00000002
Q 2 = ( T 2 - T 3 ) * χ 23 (2)
Figure 00000002

где: Т2 - показания датчика 1а температуры наиболее нагретой области верхней части бака трансформатора, Т3 - показания датчика 1b температуры наиболее холодной нижней части бака трансформатора, χ23 - тепловая проводимость между датчиками 1а и 1b.where: T2 - readings of the temperature sensor 1a of the most heated region of the upper part of the transformer tank, T3 - readings of the temperature sensor 1b of the coldest lower part of the transformer tank, χ23 - thermal conductivity between the sensors 1a and 1b.

Тепловой поток Q, исходящий от нагретой обмотки 16, равен:The heat flux Q emanating from the heated winding 16 is equal to:

Q = ( T 41 T 1 ) * χ 14                                (3)

Figure 00000003
Q = ( T 41 - T one ) * χ fourteen (3)
Figure 00000003

где: Т41 - температура обмотки 16, Т1 - показания датчика 1с температуры верхних слоев трансформаторного масла, χl4 - теплопроводность между точками измерения температуры Т1 и Т41. При этом тепловой поток Q равен измеренному значению теплового потока Q1, который охлаждает обмотку 16.where: T41 is the temperature of the winding 16, T1 is the temperature sensor 1c readings of the temperature of the upper layers of transformer oil, χl4 is the thermal conductivity between the temperature measuring points T1 and T41. In this case, the heat flux Q is equal to the measured value of the heat flux Q1, which cools the winding 16.

Из этого равенства (Q=Q1) для измеренного значения Q1 определяется Т41:From this equality (Q = Q1) for the measured value of Q1, T41 is determined:

T 41 = T 1 + V 1 * ( T 1 T 2 ) ,  где V1 = ( χ 12/ χ 14)              (4)

Figure 00000004
T 41 = T one + V one * ( T one - T 2 ) , where v1 = ( χ 12/ χ 14) (4)
Figure 00000004

Аналогично из равенства (Q=Q2) определяется Т42 по измеренным значениям Q2:Similarly, from the equality (Q = Q2), T42 is determined from the measured values of Q2:

T 42 = T 2 + V 2 * ( T 2 T 3 ) ,  где V1 = ( χ 23/ χ 24)              (5)

Figure 00000005
T 42 = T 2 + V 2 * ( T 2 - T 3 ) , where v1 = ( χ 23 / χ 24) (5)
Figure 00000005

Температура Т5 наиболее нагретой точки обмотки трансформатора (ННТ) определяется как наибольшая из температур Т41 и Т42:Temperature T5 of the most heated point of the transformer winding (NNT) is defined as the highest of temperatures T41 and T42:

T 5 = max ( T 41, T 42 )                                                        (6)

Figure 00000006
T 5 = max ( T 41, T 42 ) (6)
Figure 00000006

Разность (P-Q) определяет нагрев или охлаждение трансформатора, где: Р - полная мощность P=∑(Ri*Ii2), которую выделяют токи И, проходящие по обмоткам трансформатора 16, Ri - сопротивления потерь обмоток трансформатора 16. В стационарном состоянии (когда температуры постоянны) (P-Q)=0 (мощность нагрева равна тепловому потоку охлаждения), и таким образом определяется χ12 (для первого способа измерения теплового потока охлаждения):The difference (PQ) determines the heating or cooling of the transformer, where: P is the apparent power P = ∑ (Ri * Ii 2 ), which is emitted by the currents And passing through the windings of the transformer 16, Ri is the loss resistance of the windings of the transformer 16. In the stationary state (when temperatures are constant) (PQ) = 0 (heating power is equal to the heat flow of cooling), and thus χ12 is determined (for the first method of measuring the heat flow of cooling):

χ 12 = P / ( T 1 T 2 )                                                       (7)

Figure 00000007
χ 12 = P / ( T one - T 2 ) (7)
Figure 00000007

Аналогично для второго способа измерения в стационарном состоянии определяется χ23:Similarly, for the second method of measurement in a stationary state, χ23 is determined:

χ 23 = P / ( T 2 T 3 )                                                       (8)

Figure 00000008
χ 23 = P / ( T 2 - T 3 ) (8)
Figure 00000008

Алгоритм учета содержания воды в бумажной изоляции обмоток в области ННТ основан на измерении относительной влажности залитого в трансформатор масла, расчете его абсолютной влажности, вычислении соответствующего равновесного содержания влаги в бумаге и введении поправочного коэффициента допустимой температуры ННТ - подсчета максимального значения T5max.The algorithm for accounting for the water content in paper insulation of windings in the NNT area is based on measuring the relative humidity of the oil poured into the transformer, calculating its absolute humidity, calculating the corresponding equilibrium moisture content in the paper and introducing a correction coefficient for the permissible temperature of the NNT - calculating the maximum value T5max.

При (P-Q)>0 происходит увеличение температуры трансформатора, и за интервал времени dt температура Т5 увеличится на dT5:When (P-Q)> 0, the temperature of the transformer increases, and for the time interval dt, the temperature T5 increases by dT5:

d T 5 = ( P Q ) * d t / C                                  (9)

Figure 00000009
d T 5 = ( P - Q ) * d t / C (9)
Figure 00000009

где: С - теплоемкость трансформатора. В линейном приближении определим время tmax, за которое температура Т5 увеличится до максимального значения T5max:where: C is the heat capacity of the transformer. In a linear approximation, we determine the time tmax, during which the temperature T5 increases to the maximum value T5max:

t max = ( T 5 max T 5 ) * C / ( P Q )                    (10)

Figure 00000010
t max = ( T 5 max - T 5 ) * C / ( P - Q ) (10)
Figure 00000010

При этом оценка по формуле (10) - это нижняя граница для tmax, поскольку скорость роста температуры Т5 по мере роста температуры трансформатора будет замедляться. На фиг.3 способ определения допустимых величины и длительности перегрузки силового маслонаполненного трансформаторного оборудования представлен в виде диаграммы.Moreover, the estimate by formula (10) is the lower bound for tmax, since the rate of temperature increase T5 will slow down as the temperature of the transformer increases. In Fig.3, a method for determining the allowable magnitude and duration of the overload of power oil-filled transformer equipment is presented in the form of a diagram.

Из международного стандарта IEC 60354:1991(Е) можно произвести численные оценки. При температуре охлаждающей среды Θа=20°С, превышение температуры масла в нижней части обмотки ΔΘbr=33°С, превышение температуры масла на выходе из обмотки ΔΘor=55°С, градиент температуры наиболее нагретой точки Hqr=23°C. Допустим, что температура бака трансформатора примерно равна температуре масла в соответствующей точке. Тогда при коэффициенте нагрузки (отношении тока трансформатора I к номинальному току) К=1 соответственно получим: температура наиболее холодной нижней части бака трансформатора Т3=Θа+ΔΘbr=53°С, температура наиболее нагретой области верхней части бака трансформатора Т2=Θа+ΔΘor=75°С, температура наиболее нагретой точки обмотки трансформатора (ННТ) T5=Θa+ΔΘor+Hqr=98°C. Соответственно (T2-T3)=22°C, (Т5-Т2)=23°С, и отношение V2=(χ23/χ24)≈1.From the international standard IEC 60354: 1991 (E), numerical estimates can be made. At a temperature of the cooling medium Θа = 20 ° С, excess of the oil temperature in the lower part of the winding ΔΘbr = 33 ° С, excess of the oil temperature at the outlet of the winding ΔΘor = 55 ° С, temperature gradient of the most heated point Hqr = 23 ° C. Assume that the temperature of the transformer tank is approximately equal to the temperature of the oil at the corresponding point. Then, with a load factor (ratio of transformer current I to rated current) K = 1, we accordingly obtain: temperature of the coldest lower part of the transformer tank T3 = Θа + ΔΘbr = 53 ° C, temperature of the most heated region of the upper part of the transformer tank T2 = Θа + ΔΘor = 75 ° С, temperature of the most heated point of the transformer winding (ННТ) T5 = Θa + ΔΘor + Hqr = 98 ° C. Accordingly, (T2-T3) = 22 ° C, (T5-T2) = 23 ° C, and the ratio V2 = (χ23 / χ24) ≈1.

Отсюда видно, что уравнение (5) достаточно хорошо подходит для измерения температуры наиболее нагретой точки обмотки трансформатора Т5: при V2=1 (5) упрощается:This shows that equation (5) is well suited for measuring the temperature of the most heated winding point of the transformer T5: at V2 = 1 (5) it is simplified:

T 5 = 2 * T 2 T 3                   (10)

Figure 00000011
T 5 = 2 * T 2 - T 3 (10)
Figure 00000011

Если для оценки температуры масла на выходе из обмотки (Θа+ΔΘor) использовать показания датчика температуры верхних слоев трансформаторного масла Т1, а для оценки градиента температуры наиболее нагретой точки обмотки трансформатора использовать разность (Т2-Т3) (с учетом того, что V2=(χ23/χ24)≈1), тогда выражение (5) можно записать как:If, to estimate the temperature of the oil at the outlet of the winding (Θa + ΔΘor), use the readings of the temperature sensor of the upper layers of transformer oil T1, and to estimate the temperature gradient of the most heated point of the transformer winding, use the difference (T2-T3) (taking into account that V2 = ( χ23 / χ24) ≈1), then expression (5) can be written as:

T 5 = T 1 + T 2 T 3                   (11)

Figure 00000012
T 5 = T one + T 2 - T 3 (eleven)
Figure 00000012

Таким образом, в предлагаемом способе определения допустимых величины и длительности перегрузки силового маслонаполненного трансформаторного оборудования непосредственно измеряют поток тепла, идущий от нагретой обмотки трансформатора в охлаждающую среду, и рассчитывают допустимое время перегрузки трансформаторного оборудования.Thus, in the proposed method for determining the permissible magnitude and duration of the overload of power oil-filled transformer equipment, the heat flow directly from the heated winding of the transformer to the cooling medium is directly measured, and the allowable time of transformer equipment overload is calculated.

Использование предлагаемого способа позволит повысить эксплуатационную надежность трансформаторного оборудования за счет более достоверного определения допустимых величин и длительности перегрузки силового маслонаполненного трансформатора благодаря прямому измерению теплового потока, идущего от нагретой обмотки трансформатора в охлаждающую среду.Using the proposed method will improve the operational reliability of transformer equipment due to a more reliable determination of permissible values and duration of overloading a power oil-filled transformer due to direct measurement of the heat flux coming from the heated winding of the transformer to the cooling medium.

Claims (1)

Способ определения допустимых величины и длительности перегрузки силового маслонаполненного трансформаторного оборудования, в котором измеряют токи разных трансформаторных обмоток, измеряют температуру верхних слоев трансформаторного масла, залитого в бак трансформатора, измеряют влажность масла и температуру масла в точке измерения влажности масла, исходя из чего рассчитывают равновесное содержание влаги в бумажной изоляции трансформаторных обмоток и соответствующее этому содержанию значение предельно допустимой температуры наиболее нагретой точки трансформаторной обмотки, выдают предупредительный и аварийный сигналы, отличающийся тем, что дополнительно измеряют температуру наиболее нагретой верхней части бака трансформатора и температуру наиболее холодной нижней части бака трансформатора, на основе данных температур и измеренной температуры верхних слоев трансформаторного масла, залитого в бак трансформатора, рассчитывают тепловой поток, охлаждающий трансформатор, на основе теплового потока, охлаждающего трансформатор, и с учетом измеренных токов разных трансформаторных обмоток, которые нагревают трансформатор, рассчитывают зависимость температуры наиболее нагретой точки трансформаторной обмотки от времени, на основе данной зависимости и рассчитанного значения предельно допустимой температуры наиболее нагретой точки трансформаторной обмотки рассчитывают допустимое время перегрузки трансформаторного оборудования. The method of determining the permissible magnitude and duration of the overload of power oil-filled transformer equipment, in which the currents of different transformer windings are measured, the temperature of the upper layers of transformer oil poured into the transformer tank is measured, the oil moisture and oil temperature are measured at the point of measurement of oil moisture, based on which the equilibrium content is calculated moisture in the paper insulation of transformer windings and the value corresponding to this content of the maximum permissible temperature n the warmer point of the transformer winding, give warning and alarm signals, characterized in that they additionally measure the temperature of the warmest upper part of the transformer tank and the temperature of the coldest lower part of the transformer tank, based on temperature data and the measured temperature of the upper layers of the transformer oil, poured into the transformer tank calculate the heat flux cooling the transformer, based on the heat flux cooling the transformer, and taking into account the measured currents ra GOVERNMENTAL transformer windings which heat transformer calculated temperature dependence of the hot spot of the transformer winding time on the basis of this dependence, and the calculated value of maximum permissible temperature of the hottest point of the transformer winding is calculated allowable transfer time of the transformer equipment.
RU2012154161/28A 2012-12-13 2012-12-13 Method for determination of overload value and duration for oil-filled power transformer equipment RU2515121C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2012154161/28A RU2515121C1 (en) 2012-12-13 2012-12-13 Method for determination of overload value and duration for oil-filled power transformer equipment

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2012154161/28A RU2515121C1 (en) 2012-12-13 2012-12-13 Method for determination of overload value and duration for oil-filled power transformer equipment

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2515121C1 true RU2515121C1 (en) 2014-05-10

Family

ID=50629696

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2012154161/28A RU2515121C1 (en) 2012-12-13 2012-12-13 Method for determination of overload value and duration for oil-filled power transformer equipment

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2515121C1 (en)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6714022B2 (en) * 2001-02-20 2004-03-30 Gary Hoffman Apparatus and method for cooling power transformers
US6727821B2 (en) * 2000-07-13 2004-04-27 Perseus 2000, Llc Apparatus and method for predicting an overload trip for an electrical power transformer
UA69641U (en) * 2011-10-10 2012-05-10 Винницкий Национальный Технический Университет Device for diagnostics of a power oil transformer
RU2453859C2 (en) * 2010-08-18 2012-06-20 Виктор Анатольевич Туркот Device for determining allowable values and overload time for power oil-filled transformer equipment

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6727821B2 (en) * 2000-07-13 2004-04-27 Perseus 2000, Llc Apparatus and method for predicting an overload trip for an electrical power transformer
US6714022B2 (en) * 2001-02-20 2004-03-30 Gary Hoffman Apparatus and method for cooling power transformers
RU2453859C2 (en) * 2010-08-18 2012-06-20 Виктор Анатольевич Туркот Device for determining allowable values and overload time for power oil-filled transformer equipment
UA69641U (en) * 2011-10-10 2012-05-10 Винницкий Национальный Технический Университет Device for diagnostics of a power oil transformer

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Susa et al. A simple model for calculating transformer hot-spot temperature
Susa et al. Dynamic thermal modeling of distribution transformers
Radakovic et al. A new method for the calculation of the hot-spot temperature in power transformers with ONAN cooling
US4623265A (en) Transformer hot-spot temperature monitor
CN104749505A (en) Traction transformer winding temperature rise and oil flow speed relevance testing method
CN112115628B (en) Hot spot temperature detection method based on distribution calculation of temperature field of oil-immersed transformer
CN104697664B (en) The method of adjustment coiling hot point of transformer on-line temperature monitoring
CN104198068A (en) Temperature monitoring device and temperature monitoring method for winding of oil immersed transformer
CN111623884B (en) Transformer hot spot temperature identification method and system based on improved heat network model
EP3785417A1 (en) Technologies for detecting cyber-attacks against electrical distribution devices
CN108535570B (en) Cable load measuring device and measuring method
RU2453859C2 (en) Device for determining allowable values and overload time for power oil-filled transformer equipment
CN109060176B (en) A kind of oil-immersed transformer top-oil temperature monitoring method
CN110361415A (en) A kind of heat dissipation index measurement and dynamic compatibilization method
RU2515121C1 (en) Method for determination of overload value and duration for oil-filled power transformer equipment
CN111177907B (en) Automatic assessment method and device for service life of reactor
RU129261U1 (en) DEVICE FOR DETERMINING ALLOWABLE QUANTITIES AND DURATION OF OVERLOADING OIL-FILLED TRANSFORMER EQUIPMENT
CN108917984B (en) Non-invasive winding temperature measurement method for forced oil circulation air-cooled pancake winding transformer
CN109029780B (en) Non-invasive winding temperature measurement method for oil-immersed air-cooled pancake winding transformer
CN108917983B (en) Non-invasive winding temperature measurement method for oil-immersed air-cooled layered winding transformer
RU118481U1 (en) DEVICE FOR DETERMINING THE ACCEPTABLE DURATION OF OVERLOADING AND MONITORING THE EFFICIENCY OF THE COOLING SYSTEM OF A POWER OIL TRANSFORMER
CN112924786B (en) Method and device for testing temperature rise characteristic of thermal simulation device of transformer winding temperature controller
KR100995709B1 (en) Load management equipment for oil filled transformers
RU131198U1 (en) DEVICE FOR CONTROL OF ELECTRIC POWER SUPPLY LOSSES IN TRANSFORMERS
Yin et al. Hot spot temperature estimation method for dry-type transformers considering heat dissipation characteristics of the insulation layer

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20151214