CN103324215A - 变压器负荷智能管理系统用热路模型的设置方法 - Google Patents

变压器负荷智能管理系统用热路模型的设置方法 Download PDF

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本发明公开了一种变压器负荷智能管理系统用热路模型的设置方法，包括以下步骤：a、设置三热路模型，然后测定及计算变压器的平均油温、变压器箱体的传导热阻、变压器箱体的表面对流散热热阻、变压器冷却器的散热热阻以及变压器散热器的散热效率，根据以上测定及计算出的结果再计算出顶层油温，然后该顶层油温作为上一层热路模型的参考温度，依次计算各层热路模型的温度值；b、将测温传感器检测的变压器油温升值与通过热路模型算法计算出的温度值进行比对，验证并不断修正得到更接近实际的变压器热路模型；根据验证并修正后的热路模型计算出变压器的油温，可以推算出当前环境和运行条件下，变压器内部热点温度、绕组温度、顶油温度随时间改变的趋势。

Description

变压器负荷智能管理系统用热路模型的设置方法
 
技术领域：
本发明涉及一种电力变压器热路模型，特别是涉及一种变压器负荷智能管理系统用热路模型的设置方法。 
背景技术：
国外科研人员对于变压器的热特性研究较早，早在1977年，捷克的S.V. Preimin等人便对给定线饼周围油平均温度和平均对流换热系数的单个线饼进行了温度场数值计算和模型试验研究；2001年，英国的Swift提出了应用热电类比理论建立变压器热路模型的理念，对以后变压器热点温度的研究有着重要的推动，在此之后，美国的Dejan Susa等人再次基础上对热路模型法做出了进一步的改进，并取得了较为满意的结果。另外，国外确立的IEC、IEEE等变压器负载标准，对之后变压器热特性的研究也有着较大的推动作用。
总体来说国外仍然停留在单独对变压器热点温度的研究层面上，并没有结合实际环境及运行条件对变压器节能、增容运行进行评估和分析，实际工程应用价值较小。
相比于国外，我国对变压器热效应的研究起步较晚，且大多数对变压器内部温度的研究都是基于数值计算法，实际应用价值不大。对于热路模型法，也仅停留在改进和验证方面的研究，并没有涉及到变压器的节能、增容运行。
英国的Swift提出基于变压器顶层油温建立热路模型计算热点温度，其模型如图1所示。其中，qfe和qcu分别表示变压器空载损耗及负载损耗，在热路模型中共同作为热源；Coil表示传热物质的热容；Roil表示传热物质热阻；θamb为环境温度；θhoil为顶层油温。利用该模型，首先基于环境温度计算出顶层油温θhoil，而后再将计算得来的顶层油温作为上一层模型的参考温度，进一步计算热点温度值。
类似的，国内有学者还提出了基于底层油温的三热路模型法求解热点温度，如图2所示。根据IEEE C57-91附录G中热点温度计算公式，热点温度=环境温度+底层油温升+绕组热点区域与底层油之间的温度差+热点与热点区域之间的温度差，其中热点区域温度可近似理解为油顶层温度。
无论是图1所示的双热路模型还是图2所示的三热路模型，虽然很好的说明了变压器内部的热量传递过程，但除了环境温度这个因素外，均没有在模型中表现出变压器中热量与自然界中其他因素的热交换过程，例如变压器箱体的自然对流散热、自然风造成的强制对流散热以及日照辐射引起的温度升高等情况。所以有必要在以上热路模型的基础上，进行一定的改进与优化，使之更能反映出真实的传热过程。
发明内容：
本发明所要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种设计独特、容易实施且计算准确的变压器负荷智能管理系统用热路模型的设置方法。
本发明的技术方案是：一种变压器负荷智能管理系统用热路模型的设置方法，包括以下步骤：
a、设置三热路模型，然后测定及计算变压器的平均油温、变压器箱体的传导热阻、变压器箱体的表面对流散热热阻、变压器冷却器的散热热阻以及变压器散热器的散热效率，根据以上测定及计算出的结果再计算出顶层油温，然后该顶层油温作为上一层热路模型的参考温度，依次计算各层热路模型的温度值；
b、在变压器内部设置测温传感器；
c、将测温传感器检测的变压器油温升值与通过热路模型算法计算出的温度值进行比对，验证并不断修正得到更接近实际的变压器热路模型；
d、根据验证并修正后的热路模型计算出变压器的油温，可以推算出当前环境和运行条件下，变压器内部热点温度、绕组温度、顶油温度随时间改变的趋势，并预测出过负荷运行下，变压器所能达到的最大过负荷安全运行时间。
所述变压器箱体的传导热阻按照傅里叶导热定律和热阻定义来求解。所述测温传感器采用测温电缆。
本发明的有益效果是：
1、本发明基于变压器的平均油温建立热路模型，并且，通过热路模型计算出变压器及变压器冷却器的实际散热效率，提高了变压器负荷能力的判断精度，确保变压器安全运行。
2、本发明通过与光纤测温设备检测结果对比的方式来更新热路模型，验证了系统的准确性和有效性，在原智能节能增容系统基础上进一步提高设备的负载率超过2%。
3、本发明由于变压器安装环境不同，外部散热条件差别非常大，因而提出了不同安装方式下的热路模型修正方案，并在大桥变，徐庄变和白庙变的变压器上得到验证，使该热路模型具有通用性和适用性。
4、本发明针对不同电压等级的工作环境，采用了在不同电磁环境下的鲁棒性设计，提高了设备的抗电磁干扰能力。并通过了IEC61000的最高标准测试。
5、本发明根据变压器运行现场的采样数据，如电流、电压（判断分接开关位置）、环境温度、自然风速、日照强度、以及实测顶层和底层油温，并考虑到冷却器实际安装情况和散热效率，按照计算公式，可以推算出当前环境和运行条件下，变压器内部热点温度、绕组温度、顶油温度随时间改变的趋势。
6、本发明设计独特、容易实施且计算准确，其适用范围广，易于推广实施，具有良好的经济效益。
附图说明：
图1为现有技术中双热路模型的原理图；
图2为现有技术中三热路模型的原理图；
图3为本发明热路模型的原理图；
图4为热路模型中热阻和热容的定义图。
具体实施方式：
实施例：参见图1、图2、图3和图4，
变压器负荷智能管理系统用热路模型的设置方法，包括以下步骤：
a、设置三热路模型，然后测定及计算变压器的平均油温、变压器箱体的传导热阻、变压器箱体的表面对流散热热阻、变压器冷却器的散热热阻以及变压器散热器的散热效率，根据以上测定及计算出的结果再计算出顶层油温，然后该顶层油温作为上一层热路模型的参考温度，依次计算各层热路模型的温度值；
b、在变压器内部设置测温传感器；
c、将测温传感器检测的变压器油温升值与通过热路模型算法计算出的温度值进行比对，验证并不断修正得到更接近实际的变压器热路模型；
d、根据验证并修正后的热路模型计算出变压器的油温，可以推算出当前环境和运行条件下，变压器内部热点温度、绕组温度、顶油温度随时间改变的趋势，并预测出过负荷运行下，变压器所能达到的最大过负荷安全运行时间。
变压器箱体的传导热阻按照傅里叶导热定律和热阻定义来求解。测温传感器采用测温电缆。
图4中R和C的下标cu、fe、oil和wk分别代表绕组、铁芯、变压器油和变压器外壳及附件。

Claims (3)

1.一种变压器负荷智能管理系统用热路模型的设置方法，包括以下步骤：
a、设置三热路模型，然后测定及计算变压器的平均油温、变压器箱体的传导热阻、变压器箱体的表面对流散热热阻、变压器冷却器的散热热阻以及变压器散热器的散热效率，根据以上测定及计算出的结果再计算出顶层油温，然后该顶层油温作为上一层热路模型的参考温度，依次计算各层热路模型的温度值；
b、在变压器内部设置测温传感器；
c、将测温传感器检测的变压器油温升值与通过热路模型算法计算出的温度值进行比对，验证并不断修正得到更接近实际的变压器热路模型；
d、根据验证并修正后的热路模型计算出变压器的油温，可以推算出当前环境和运行条件下，变压器内部热点温度、绕组温度、顶油温度随时间改变的趋势，并预测出过负荷运行下，变压器所能达到的最大过负荷安全运行时间。
2.根据权利要求1所述的变压器负荷智能管理系统用热路模型的设置方法，其特征是：所述变压器箱体的传导热阻按照傅里叶导热定律和热阻定义来求解。
3.根据权利要求1所述的变压器负荷智能管理系统用热路模型的设置方法，其特征是：所述测温传感器采用测温电缆。
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