CN101447048B - 一种变压器绝缘寿命预测的方法与寿命管理系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种变压器绝缘寿命预测的方法与寿命管理系统，其方法技术方案的步骤为：先输入基础数据，随后分步计算计算变压器绕组热点温度θi、各热点温度的累计工作小时数τi、各温度相对热老化率Vhi、主变压器绝缘各温度的相对寿命损失Li、绝缘累积相对寿命损失Lh，之后确定变压器正常老化状态下的设计寿命Lo，再计算变压器绝缘剩余老化寿命Hrl，最后得出推荐检修处理措施。本发明提供的产品是寿命管理系统由计算/应用服务器及软件、数据库服务器、外部系统接口、变压器一次侧电流及环境温度测量仪表、网页服务器及用户端浏览器组成。本发明的优点是在使用阶段可以定量地预测变压器绝缘的剩余寿命。

Description

一种变压器绝缘寿命预测的方法与寿命管理系统

技术领域

本发明涉及一种变压器绝缘寿命预测的方法与寿命管理系统，用于在线预测变压器绝缘的寿命，属于变压器绝缘寿命预测的方法与寿命管理系统技术领域。

背景技术

变压器是输变电系统中最重要的设备，其运行状况的好坏直接影响系统的安全运行。变压器一旦发生事故，造成的直接和间接经济损失是很大的。运行中的变压器在电、热、化学、电动力的作用下，绝缘逐渐老化，关于变压器绝缘故障或绝缘寿命的判断标准，IEC、IEEE和DL标准中有一些初步的规定。长期以来，根据预防性试验和油中溶解气体的气相色谱分析结果判断变压器的绝缘状况，对防止事故起到了很大作用。但定期的预防性试验可能出现过多的维修和不必要的停机，且只能判断变压器绝缘老化状态并不能预测变压器绝缘的剩余寿命，变压器绝缘寿命评定和寿命管理仍是一项新技术，在线预测变压器绝缘的寿命，还没有合适的方法和系统可供使用。

发明内容

本发明的目的是提供一种在线计算和预测多台变压器绝缘寿命的预测的方法与寿命管理系统。

为了达到上述目的，本发明的方法技术方案是提供了一种变压器绝缘寿命预测的方法，其特征在于，运用在计算/应用服务器上，其步骤为：

步骤1、输入基础数据：

在数据服务器内输入变压器绝缘寿命管理系统系统投入使用运行之前变压器的累计运行小时数SH_o；

步骤2、计算变压器绕组热点温度θ_i：

国际电工委员会IEC354标准和国标《油浸式电力变压器负载导则》中，给出了热点温升计算公式，这是目前变压器绕组热点温度估算的传统的经典方法。对于强迫油循环冷却方式的变压器，根据任意负载下稳态热点温度的计算公式：

${\mathrm{\θ}}_i={\mathrm{\θ}}_a+\mathrm{\Δ}{\mathrm{\θ}}_{\mathrm{br}}{\left[\frac{1+{\mathrm{Rk}}^2}{1+R}\right]}^x+2(\mathrm{\Δ}{\mathrm{\θ}}_{\mathrm{imr}}-\mathrm{\Δ}{\mathrm{\θ}}_{\mathrm{br}})k^y+H_{\mathrm{gr}}{k}^y,$

其中，θ_i表示热点温度，θ_a表示环境温度，Δθ_br为额定条件下冷却器出口油温升，R为损耗比，k＝I/I_H，其中，I表示变压器一次侧电流，I_H表示变压器一次侧额定电流，x为油的指数，y为绕组指数；Δθ_imr为额定条件下绕组油平均温升，H_gr为额定条件下绕组热点温度与顶部油温差，其中，I和θ_a为实测值，Δθ_br、x、R、y、Δθ_imr、H_gr为常数，这些常数的取值见下表一

表一变压器负载特性数据

步骤3、计算各热点温度的累计工作小时数τ_i：

步骤3.1、对于变压器投入商业运行若干年后再配置变压器绝缘寿命管理系统的情况，设定记录温度的时间间隔Δτ为30分钟，各热点温度的统计频数为m_i，计算得出变压器绝缘寿命管理系统投入使用后在各热点温度的累计工作小时数τ_i1为：

${\mathrm{\τ}}_{i1}=\frac{\mathrm{\Δ\τ}\×m_i}{60}=\frac{m_i}{2};$

步骤3.2、计算得出变压器绝缘寿命管理系统投入使用之前，变压器在各热点温度的累计工作小时数τ_i0为：其中，i从1累加到N，N为计算迭代次数；

步骤3.3、从主变压器投入商业运行算起，变压器在各热点温度的累计工作小时数τ_i为：

τ_i＝τ_i0+τ_i1

步骤4、计算各温度相对热老化率Vh_i：

变压器在热点温度为t_i(℃)时绝缘的相对热老化率的为：

其中，θ_i为通过步骤2计算得到的变压器绕组热点温度

步骤5、计算主变压器绝缘各温度的相对寿命损失L_i：

主变压器绝缘在各温度的相对寿命损失L_i的计算公式表示为L_i＝Vh_iτ_i，其中，Vh_i为通过步骤4计算得到的各温度相对热老化率，τ_i为通过步骤3计算得到的各热点温度的累计工作小时数；

步骤6、计算绝缘累积相对寿命损失L_h：

主变压器绝缘累积相对寿命损失L_h计算公式表示为L_h＝∑L_i，其中Li为通过步骤5计算得到的主变压器绝缘各温度的相对寿命损失，i从1累加到N，N为计算迭代次数；

步骤7、确定变压器正常老化状态下的设计寿命Lo，该寿命为已知量；

步骤8、计算变压器绝缘剩余老化寿命H_rl

主变压器绝缘剩余老化寿命H_r的计算公式表示为H_rl＝Lo-L_h，其中，Lo为步骤7中所述的变压器正常老化状态下的设计寿命，L_h为通过步骤6计算得到的绝缘累积相对寿命损失；

步骤9、推荐检修处理措施：

根据变压器绝缘剩余寿命H_rl的预测结果，变压器绝缘的检修处理措施为：

若H_rl＜7000h，则1年内安排计划大修，予以检修或更换；

若7000h≤H_rl＜28000h，则1年后但4年内安排计划大修，予以检修或更换；

若28000h≤H_rl＜56000h，则按照电厂现有规程在下次计划大修中，予以检查并进行变压器绝缘老化鉴定试验；

若H_rl≥56000h，则按照电厂现有规程在计划检修中进行电气预防性试验，继续观察；

步骤10、输出并打印变压器绝缘剩余寿命的预测结果和所推荐的检修处理措施。

本发明提供的一种产品技术方案是提供了一种寿命管理系统，包括至少一台变压器一次侧电流及环境温度测量仪表，变压器一次侧电流及环境温度测量仪表的输出端连接外部系统接口，外部系统接口的输出端连接数据库服务器，其特征在于，数据库服务器双向连接计算/应用服务器及网页服务器，网页服务器双向连接用户端浏览器。

在变压器绝缘寿命预测的计算/应用服务器上安装采用C语言编写的变压器绝缘寿命预测的计算机软件，根据软件设定的时间间隔，从数据库服务器中读取变压器环境温度和一次侧电流，计算变压器热点温度，计算变压器在各热点温度段的相对老化率，计算变压器总的绝缘相对寿命损失，计算得出变压器绝缘剩余寿命的预测结果，再送至数据库服务器保存，供网页服务器调用；数据库服务器存放两类数据：一类数据是变压器一次侧电流、环境温度实时数据，每半小时取一次数据进行保存，计算出热点温度，再送到数据库服务器保存，以供剩余寿命预测计算提供基础数据。另一类数据为变压器绝缘剩余寿命预测结果数据，包括变压器绝缘累积相对寿命损失、变压器绝缘剩余寿命、推荐的检修处理措施，供网页服务器调用；变压器绝缘寿命预测的结果在网页服务器上发布。根据浏览器端用户(即电厂技术人员)发出的请求，网页服务器做出动态响应，通过调用数据库服务器中的变压器绝缘剩余寿命预测的实时计算结果，在网页服务器上形成变压器绝缘剩余寿命预测的结果页面，返回给浏览器端用户。

本发明的优点是在变压器的使用阶段可以定量地预测变压器绝缘的剩余寿命，为变压器绝缘剩余寿命的在线管理提供了技术手段。采用本发明提供的变压器绝缘寿命预测的方法和管理系统，可以使变压器绝缘剩余寿命处于受控状态，实现了依据变压器绝缘剩余寿命来安排变压器绝缘的试验、检修，既可以确保变压器绝缘的安全运行，又可以充分使用变压器绝缘的剩余寿命，达到了安全与经济地使用变压器绝缘的技术效果。

附图说明

图1为本发明提供的一种变压器绝缘寿命管理系统的方框图；

图2为本发明提供的一种变压器绝缘寿命预测方法的流程图。

具体实施方式

以下结合实施例来具体说明本发明。

实施例

本实例中变压器为某电厂300MW发电机组370000kVA容量的主变压器，其冷却方式为强迫油循环冷却方式(OF)。

如图1所示，为本发明提供的一种变压器绝缘寿命管理系统的方框图，由绝缘剩余寿命预测的计算/应用服务器及软件1、数据库服务器2、外部系统接口3、变压器一次侧电流及环境温度测量仪表4、网页服务器5、用户端浏览器6组成。

网页服务器5分别与数据库服务器2和用户端浏览器6连接，计算/应用服务器1与数据库服务器2连接，数据库服务器2通过外部系统接口3分别与多台变压器一次侧电流及环境温度测量仪表4连接。

本实例采用图1所示的变压器绝缘寿命管理系统，采用如图2所示变压器绝缘剩余寿命预测的方法流程图所示的方法预测变压器绝缘剩余寿命，该寿命预测软件安装在变压器绝缘寿命预测的计算/应用服务器1上。在该变压器运行期间，变压器一次侧电流及环境温度测量仪表4实际测量的一次侧电流和环境温度数据通过外部系统接口3，每30分钟保存一次至数据库服务器2中，同时进行计算变压器热点温度，保存至数据库服务器2，利用热点温度计算结果进行变压器绝缘寿命计算，结果保存至数据库服务器2。变压器绝缘寿命预测结果由数据库服务器2发布至网页服务器5，用户端浏览器6通过网页服务器5查询变压器绝缘寿命预测结果。另一方面可以根据浏览器端用户6发出的请求，网页服务器5做出动态响应，通过调用数据库服务器2中的变压器绝缘剩余寿命预测的实时计算结果，在网页服务器5上形成变压器绝缘剩余寿命预测的结果页面，返回给浏览器端用户6。

如图2所示，为本发明提供的一种变压器绝缘寿命预测方法的流程图，其步骤为：

步骤1、输入基础数据：

在数据服务器内输入变压器绝缘寿命管理系统投入使用运行之前变压器的累计运行小时数SH_o；本实例变压器绝缘寿命管理系统与变压器同时投入商业运行，则SH_o为0。

步骤2、计算变压器绕组热点温度θ_i：

根据任意负载下稳态热点温度的计算公式：

${\mathrm{\θ}}_i={\mathrm{\θ}}_a+\mathrm{\Δ}{\mathrm{\θ}}_{\mathrm{br}}{\left[\frac{1+{\mathrm{Rk}}^2}{1+R}\right]}^x+2(\mathrm{\Δ}{\mathrm{\θ}}_{\mathrm{imr}}-\mathrm{\Δ}{\mathrm{\θ}}_{\mathrm{br}})k^y+H_{\mathrm{gr}}{k}^y,$

本实例中由于变压器是冷却方式为强迫油循环冷却的大型电力变压器，按照表一的变压器负载特性数据，其中，θ_i——热点温度；x：油的指数(取值为1)；R：损耗比(取值为6)；y：绕组指数(取值为1.6)；Δθ_br：底部油温升(取值为36)；Δθ_imr：额定条件下绕组油平均温升(取值46)；H_gr：绕组热点温度与顶部油温差(取值22)；k＝I/I_H，I：变压器一次侧电流实测值；I_H为额定一次侧电流；θ_a为环境温度实测值。本例中计算中假设变压器环境温度为20℃，变压器所带负载为额定负载时，k＝1，则计算得出变压器热点温度θi＝98℃。

步骤3、计算各热点温度的累计工作小时数τ_i，i从1累加到N，N为计算迭代次数；

本实例变压器绝缘寿命管理系统与变压器同时投入商业运行，设定记录温度的时间间隔Δτ为30分钟，此温度下计算一次则m_i为1，则

${\mathrm{\τ}}_i=\frac{\mathrm{\Δ\τ}\×m_i}{60}=\frac{m_i}{2}=0.5$

步骤4、计算各温度相对热老化率Vh_i：

如变压器环境温度为20℃，变压器所带负载为额定负载时，k＝1，则计算得出变压器热点温度θi＝98℃

热点温度为98℃时的绝缘的相对热老化率为：

${\mathrm{Vh}}_i=2^{({\mathrm{\θ}}_i-98)/6}=1$

步骤5、计算主变压器绝缘各温度的相对寿命损失L_i：

主变压器绝缘在各温度的相对寿命损失L_i的计算公式表示为：

L_i＝Vh_iτ_i

本例中计算的热点温度为98℃时，此温度下计算的半小时的相对寿命损失为：

L_i＝1×0.5＝0.5

步骤6、计算绝缘累积相对寿命损失L_h：

主变压器绝缘累积相对寿命损失L_h计算公式表示为

L_h＝∑L_i，i从1累加到N，N为计算迭代次数；

步骤7、确定变压器正常老化状态下的设计寿命Lo，对于按照GB1094设计的变压器，在热点温度98℃下相对热老化率为1，设计寿命为30年；

步骤8、计算变压器绝缘剩余老化寿命H_rl：

主变压器绝缘剩余老化寿命H_r的计算公式表示为：

H_rl＝L-L_h

步骤9、推荐检修处理措施

根据变压器绝缘剩余寿命H_rl的预测结果，推荐计划检修中变压器绝缘的检修处理措施为：

若H_rl＜7000h，则建议1年内安排计划大修，予以检修或更换；

若7000h≤H_rl＜28000h，则建议1年后但4年内安排计划大修，予以检修或更换；

若28000h≤H_rl＜56000h，则建议按照电厂《检修规程》在下次计划大修中，予以检查并进行变压器绝缘老化鉴定试验；

若H_rl≥56000h，则建议按照电厂《检修规程》在计划检修中进行电气预防性试验，继续观察；

步骤10、输出并打印变压器绝缘剩余寿命的预测结果和所推荐的检修处理措施。

采用本发明提供的变压器绝缘寿命的预测方法及寿命管理系统，可以在线定量预测该型号300MW发电机组370000kVA容量的主变压器绝缘剩余寿命，变压器绝缘寿命处于受控状态。根据绝缘寿命的预测结果安排该型号主变压器绝缘的检修和更换，既可以确保变压器安全运行，又可以合理使用变压器绝缘剩余寿命，达到了安全与经济地使用变压器的技术效果。

Claims (2)

1.一种变压器绝缘寿命预测的方法，其特征在于，运用在计算/应用服务器上，其步骤为：

步骤1、输入基础数据：

在数据服务器内输入变压器绝缘寿命管理系统投入使用运行之前变压器的累计运行小时数SH_o；

步骤2、根据现有方法计算得到变压器绕组热点温度θ_i：

步骤3、计算各热点温度的累计工作小时数τ_i：

步骤3.1、对于变压器投入商业运行若干年后再配置变压器绝缘寿命管理系统的情况，设定记录温度的时间间隔Δτ为30分钟，各热点温度的统计频数为m_i，计算得出变压器绝缘寿命管理系统投入使用后在各热点温度的累计工作小时数τ_i1为：

${\mathrm{\τ}}_{i1}=\frac{\mathrm{\Δ\τ}\×m_i}{60}=\frac{m_i}{2};$

步骤3.2、计算得出变压器绝缘寿命管理系统投入使用之前，变压器在各热点温度的累计工作小时数τ_i0为：

其中i从1累加到N，N为计算迭代次数；

步骤3.3、从主变压器投入商业运行算起，变压器在各热点温度的累计工作小时数τ_i为：

τ_i＝τ_i0+τ_i1

步骤4、计算各温度相对热老化率Vh_i：

变压器在热点温度为t_i(℃)时绝缘的相对热老化率的为：

其中，θ_i为通过步骤2计算得到的变压器绕组热点温度

步骤5、计算主变压器绝缘各温度的相对寿命损失L_i：

主变压器绝缘在各温度的相对寿命损失L_i的计算公式表示为L_i＝Vh_iτ_i，其中，Vh_i为通过步骤4计算得到的各温度相对热老化率，τ_i为通过步骤3计算得到的各热点温度的累计工作小时数；

步骤6、计算绝缘累积相对寿命损失L_h：

主变压器绝缘累积相对寿命损失L_h计算公式表示为L_h＝∑L_i，其中L_i为通过步骤5计算得到的主变压器绝缘各温度的相对寿命损失，i从1累加到N，N为计算迭代次数；

步骤7、确定变压器正常老化状态下的设计寿命Lo，该寿命为已知量；

步骤8、计算变压器绝缘剩余老化寿命H_rl

主变压器绝缘剩余老化寿命H_r的计算公式表示为H_rl＝Lo-L_h，其中，Lo为步骤7中所述的变压器正常老化状态下的设计寿命，L_h为通过步骤6计算得到的绝缘累积相对寿命损失；

步骤9、推荐检修处理措施：

根据变压器绝缘剩余寿命H_rl的预测结果，变压器绝缘的检修处理措施为：

若H_rl＜7000h，则1年内安排计划大修，予以检修或更换；

若7000h≤H_rl＜28000h，则1年后但4年内安排计划大修，予以检修或更换；

若28000h≤H_rl＜56000h，则按照电厂现有规程在下次计划大修中，予以检查并进行变压器绝缘老化鉴定试验；

若H_rl≥56000h，则按照电厂现有规程在计划检修中进行电气预防性试验，继续观察；

步骤10、输出并打印变压器绝缘剩余寿命的预测结果和所推荐的检修处理措施。

2.一种运用如权利要求1所述方法的寿命管理系统，包括至少一台变压器一次侧电流及环境温度测量仪表(4)，变压器一次侧电流及环境温度测量仪表(4)的输出端连接外部系统接口(3)，外部系统接口(3)的输出端连接数据库服务器(2)，其特征在于，数据库服务器(2)双向连接计算/应用服务器(1)及网页服务器(5)，网页服务器(5)双向连接用户端浏览器(6)。

Images