CN103455061B - 干式变压器用温度控制装置及其操作方法 - Google Patents

Abstract

一种干式变压器用温度控制装置及其控制方法，干式变压器用温度控制装置包括主控制器，还包括用于采集变压器各绕组及铁心温度的传感器、用于测试负载电流的电流互感器以及用于显示通道号及温度值的显示电路，传感器通过放大电路、A/D转换电路与主控制器相接，电流互感器通过A/D转换电路与主控制器相接，显示电路与主控制器相接。本发明将温度显示、控制、远程输出等功能集中于一体，成功实现了抗干扰及防误动，并能监测变压器寿命损失，最终实现对干式变压器使用寿命的精准检测，为延长变压器使用寿命提供参考信息。本发明可应用于所有型号的干式变压器，其具有操作简单、测试结果直观，功能齐全、抗干扰及防误动作强等特点。

Description

干式变压器用温度控制装置及其操作方法

技术领域

本发明涉及一种干式变压器用温度控制装置，特别是一种干式变压器用温度控制装置及其操作方法。

背景技术

干式变压器的安全运行和使用寿命，很大程度上取决于变压器的绕组及铁心的安全可靠。而绕组及铁心的温度超过绝缘耐受温度时，将会使其绝缘破坏，是导致变压器不能正常工作的主要原因之一。因此，对变压器绕组及铁心进行温度监控，并能实时反映变压器寿命损失是必须的。

目前我国干式变压器用的温度控制器采用单片机，利用预埋在变压器绕组的测温孔中的箔热电阻来测量绕组的温度并进行数字显示，提供绕组超温报警、超温跳闸以及传感器故障报警等功能，利用设定温度点控制风机启停，对提高干式变压器运行的安全性、可靠性及使用寿命起到一定的作用。例如三大电子生产的干变温控仪。但是，不能清晰显示对干式变压器使用寿命具体影响值，仍然很难判断绕组热点温度为多少才能够达到即经济又高效，只能靠经验推算，不能真正量化。

中国专利文献号CN201556107U于2010年08月18日公开了一种干式变压器智能温控仪，包括温度检测单元和控制单元，控制单元依次连接温度信号处理单元、主控制器以及可对干式变压器进行散热的散热单元，温度检测单元与控制单元中的温度信号处理单元的输入端相连，温度信号处理单元对温度检测单元采集到的温度数据进行信号处理，将信号送入主控制器，由主控制器判断是否启动散热单元对干式变压器进行散热，其中温控仪还包括人机交互界面单元、温升自动控制单元、高温报警单元、高温跳闸单元和温度检测单元，分别于主控制相连。

发明内容

本发明的目的旨在提供一种结构简单合理、操作灵活、集温度显示、控制、远程输出于一体、成功实现抗干扰及防误动，并能监测变压器寿命损失，最终实现对干式变压器使用寿命的精准检测，为延长变压器使用寿命提供参考信息的干式变压器用温度控制装置及其操作方法，以克服现有技术中的不足之处。

按此目的设计的一种干式变压器用温度控制装置，包括主控制器，其结构特征是还包括用于采集变压器各绕组及铁心温度的传感器、用于测试负载电流的电流互感器以及用于显示通道号及温度值的显示电路，传感器通过放大电路、第二A/D转换电路与主控制器相接，电流互感器通过第一A/D转换电路与主控制器相接，显示电路与主控制器相接。

进一步，干式变压器用温度控制装置还包括时间模块，该时间模块与主控制器相接。

进一步，所述主控制器通过驱动电路分别与风机继电器、报警继电器、跳闸继电器相接。

进一步，所述主控制器与485接口相接。

进一步，所述主控制器与电流输出电路相接。

进一步，所述主控制器为单片机。

一种干式变压器用温度控制装置的操作方法，其特征是包括以下步骤：

步骤一，在绕组额定热点温度θ_ed下，变压器预计寿命为L，单位为小时，

有

其中：

θ_ed为绕组额定热点温度，是指在额定电流、额定电压、额定环境温度下的绕组热点温度，由变压器厂方提供，单位为℃，

a为第一中间过渡系数，单位为小时，

有

b为第二中间过渡系数，单位为k，

有

e是自然对数的底数；

步骤二，在绕组热点温度T_i下，变压器的热老化率为k_i，

有

其中，T_i为绕组热点温度，单位为℃；

有T_i＝m×θ_i，公式五，

m为修正系数，一般情况下，m＝1.25；当变压器厂方能够提供更精确的数据时，使用变压器厂方提供的数据，

θ_i为绕组在负载下的表面热点温度，单位为℃，通过传感器测量获得，

步骤三，在绕组热点温度T_i下，对应变压器负载时间t_i内的变压器寿命损失为L_Ci，单位为小时，

有L_Ci＝t_i×k_i，公式六，

t_i为变压器负载时间，由时间模块实时记录提供，单位为小时，

i＝1，2，3，...n，其中n为正整数，

步骤四，在变压器负载时间t_i内，变压器寿命损失L_Ci占变压器预计寿命的百分比为R，

有

其中：L_Cn为第n段负载时间内的变压器寿命损失，单位为小时。

本发明通过传感器采集变压器三相绕组及铁心温度，温度变化引起传感器阻值变化，将该阻值变化转换成电压信号，再通过滤波、A/D等电路和一系列算法算出温度值；通过电流互感器采集变压器负载电流，A/D转换和一系列算法给出负载状况；通过显示电路显示其通道号及其温度值；通过逻辑算法，当温度超过设定值时，指令风机启停、报警或跳闸等，当传感器故障或内部硬件故障时，发出报警及故障信号，实现抗干扰及防误动作。

本发明把变压器绝缘的老化率和寿命损失表示为变压器的运行温度、时间和负载的函数，将计算得到的变压器实时寿命损失通过显示电路显示在屏幕上，让使用者对绕组及铁心热点温度对变压器使用寿命影响更直观。

本发明将温度显示、控制、远程输出等功能集中于一体，成功实现了抗干扰及防误动，并能监测变压器寿命损失，最终实现对干式变压器使用寿命的精准检测，为延长变压器使用寿命提供参考信息。

本发明克服了现有对于干式变压器的使用寿命具体影响值只能靠经验推算，而不能真正量化的问题，可应用于所有型号的干式变压器，其具有操作简单、测试结果直观，功能齐全、抗干扰及防误动作强等特点。

附图说明

图1为本发明一实施例的控制框图。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述。

参见图1，本干式变压器用温度控制装置，

包括主控制器，还包括用于采集变压器各绕组及铁心温度的传感器、用于测试负载电流的电流互感器以及用于显示通道号及温度值的显示电路，传感器通过放大电路、第二A/D转换电路与主控制器相接，电流互感器通过第一A/D转换电路与主控制器相接，显示电路与主控制器相接。

在本实施例中，干式变压器用温度控制装置还包括时间模块，该时间模块与主控制器相接。

主控制器通过驱动电路分别与风机继电器、报警继电器、跳闸继电器相接。主控制器与485接口相接。主控制器与电流输出电路相接。

主控制器为单片机。K1为温度控制器的电源开关。

从电源电路开始，经过滤波电路为主控制器提供电源。

传感器通过热电阻测试铁芯D的温度、三相A、B、C绕组的温度，并带有超温保护功能，传感器通过放大电路，A/D转换将信息传送给主控制器。

时间模块处理变压器的运行时间，并将其传输给主控制器。

电流互感器测试负载电流，通过A/D转换将信息传送给主控制器。

主控制器收到信息后，将温度及通道信息直接通过显示电路显示。

将温度、负载状况作为输入信息计算出变压器在此热点温度下热老化率(即每小时损失的寿命)，然后结合时间模块进行积分，得出此时干式变压器寿命损失值。

主控制器输出温度信号给驱动电路，触发风机继电器、报警继电器、跳闸继电器、工作状态继电器及铁心报警继电器，实现控制输出动作。

本干式变压器用温度控制装置带有外接设备输出端口，电流输出及485接口方便信息存储及共享。

本干式变压器用温度控制装置严格按照变压器行业标准JB/T7631-2005《变压器用电子温控器》进行设计和制造。

采用单片机作为主控制器，通过传感器采集变压器各绕组及铁心温度，并根据这两种温度信号，实现三个功能：通过显示电路显示其通道号及其温度值；通过逻辑算法对风机启停、系统报警或跳闸等进行系统自动检测，实现抗干扰及防误动作；结合温度传感器测试温度及负载状况，计算变压器寿命损失值。

在本实施例中，风机可以包括第一风机和第二风机，相应的风机继电器也就包括第一风机继电器和第二风机继电器。多个风机继电器的存在只是为了控制更多的风机，其原因是每一台风机继电器的功率有限。

干式变压器用温度控制器的操作方法，包括以下步骤：

步骤一，在绕组额定热点温度θ_ed下，变压器预计寿命为L，单位为小时，

有

其中：

θ_ed为绕组额定热点温度，是指在额定电流、额定电压、额定环境温度下的绕组热点温度，由变压器厂方提供，单位为℃，

a为第一中间过渡系数，单位为小时，

有

b为第二中间过渡系数，单位为k，

有

e是自然对数的底数；

步骤二，在绕组热点温度T_i下，变压器的热老化率为k_i，

有

其中，T_i为绕组热点温度，单位为℃；

有T_i＝m×θ_i，公式五，

m为修正系数，一般情况下，m＝1.25；当变压器厂方能够提供更精确的数据时，使用变压器厂方提供的数据，

θ_i为绕组在负载下的表面热点温度，单位为℃，通过传感器测量获得，

步骤三，在绕组热点温度T_i下，对应变压器负载时间t_i内的变压器寿命损失为L_Ci，单位为小时，

有L_Ci＝t_i×k_i，公式六，

t_i为变压器负载时间，由时间模块实时记录提供，单位为小时，

i＝1，2，3，…n，其中n为正整数，

对于变压器来说，有变压器负载时间和变压器非负载时间，变压器非负载时间是指变压器不工作时间，变压器负载时间是间歇式的，一段变压器负载时间+变压器非负载时间+另一段变压器负载时间+……，因此，i＝1，2，3，…n，其中n为正整数。

步骤四，在变压器负载时间t_i内，变压器寿命损失L_Ci占变压器预计寿命的百分比为R，

有

其中：

L_Cn为第n段负载时间内的变压器寿命损失，单位为小时。

下面以具体数据进行计算。

当绕组额定热点温度θ_ed＝120℃，绕组在负载下的表面热点温度θ＝124℃，负载时间t＝168h时，换句话说就是，当i＝1时，取一段变压器负载时间进行计算，计算绕组在负载下的表面热点温度为124℃时，运行168小时后变压器寿命损失占到变压器预计寿命的多少？

由公式五计算，绕组热点温度T＝1.25×124＝155℃，

当绕组额定热点温度为120℃时，求出第一中间过渡系数和第二中间过渡系数：

由公式二，

由公式三，

绕组额定热点温度120℃时的预计寿命：

由公式一，有

$L=a\×e^{\left(\frac{b}{{\mathrm{\θ}}_{ed}+273}\right)}=1.72\×{10}^{-15}\×e^{\left(\frac{18115}{120+273}\right)}=179875\left(h\right),$

变压器的热老化率的计算：

由公式四，有

$\begin{array}{c}k=L\×a^{-1}\×e^{\left(\frac{-b}{T+273}\right)}\\ =179875\×{(1.72\×{10}^{-15})}^{-1}\×e^{\left(\frac{-18115}{155+273}\right)}=43.45\end{array},$

即在此温度下一周时间内寿命损失为：

由公式六，有

L_C＝k×t＝43.45×168＝7300(h)，

在绕组额定热点温度为120℃，绕组表面热点温度为124℃时，变压器运行一周的寿命损失占到变压器预计寿命的百分比：

由公式七，有

$R=\frac{L_C\×100\%}{L}=\frac{7300\×100\%}{179875}=4.06\%.$

Claims (1)

1.一种干式变压器用温度控制装置的控制方法，所述干式变压用温度控制装置包括主控制器、用于采集变压器各绕组及铁心温度的传感器、用于测试负载电流的电流互感器以及用于显示通道号及温度值的显示电路，传感器通过放大电路、第二A/D转换电路与主控制器相接，电流互感器通过第一A/D转换电路与主控制器相接，显示电路与主控制器相接；

还包括时间模块，该时间模块与主控制器相接；

主控制器通过驱动电路分别与风机继电器、报警继电器、跳闸继电器相接；

所述主控制器与485接口相接；

所述主控制器与电流输出电路相接；

所述主控制器为单片机；

其特征是：所述的干式变压器用温度控制装置的控制方法包括以下步骤：

步骤一，在绕组额定热点温度θ_ed下，变压器预计寿命为L，单位为小时，有 $L=a\×e^{\left(\frac{b}{{\mathrm{\θ}}_{ed}+273}\right)},$ 公式一，

其中：

θ_ed为绕组额定热点温度，是指在额定电流、额定电压、额定环境温度下的绕组热点温度，由变压器厂方提供，单位为℃，

a为第一中间过渡系数，单位为小时，

有 $a=e^{\ln \left(180000\right)-\frac{ln\left(2\right)\×({\mathrm{\θ}}_{ed}+279)}{6}},$ 公式二，

b为第二中间过渡系数，单位为k，

有 $b=\frac{ln2\×({\mathrm{\θ}}_{ed}+273)\×({\mathrm{\θ}}_{ed}+279)}{6},$ 公式三，

e是自然对数的底数；

步骤二，在绕组热点温度T_i下，变压器的热老化率为k_i，

有 $k_i=L\×a^{-1}\×e^{\left(\frac{-b}{T_i+273}\right)},$ 公式四，

其中，T_i为绕组热点温度，单位为℃；

有T_i＝m×θ_i，公式五，

m为修正系数，一般情况下，m＝1.25；当变压器厂方能够提供更精确的数据时，使用变压器厂方提供的数据，

θ_i为绕组在负载下的表面热点温度，单位为℃，通过传感器测量获得，

步骤三，在绕组热点温度T_i下，对应变压器负载时间t_i内的变压器寿命损失为L_Ci，单位为小时，

有L_Ci＝t_i×k_i，公式六，

t_i为变压器负载时间，由时间模块实时记录提供，单位为小时，

i＝1，2，3，...n，其中n为正整数，

步骤四，在变压器负载时间t_i内，变压器寿命损失L_Ci占变压器预计寿命的百分比为R，

有 $R=\frac{L_{C1}+L_{C2}+L_{C3}+...L_{Cn}}{L}\×100\%,$ 公式七，

其中：L_Cn为第n段负载时间内的变压器寿命损失，单位为小时。