CN104199484A - 基于整体温度监测的油浸变压器智能冷却控制温度测定方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明是一种基于整体温度监测的油浸变压器智能冷却控制温度测定装置，其特点是：包括油浸变压器通过红外监测仪器与监控计算机的USB口电连接，油浸变压器与测温电阻、数据采集板和监控计算机的USB口依次电连接，油浸变压器通过油浸变压器运行数据采集器与监控计算机的USB口电连接，监控计算机通过网络接口RJ45与油浸变压器冷却系统的控制系统电连接。并提供其温度测定方法．能够保证对油浸变压器运行过程进行有绕组温度监测，有效的防止由于绕组温度过高产生的各种事故，使电网安全稳定运行。其方法科学、合理、有效。

Description

基于整体温度监测的油浸变压器智能冷却控制温度测定方法及装置

技术领域

 本发明涉及测量领域，是一种基于整体温度监测的油浸变压器智能冷却控制温度测定方法及装置。

背景技术

电力变压器是电力系统中最重要的设备之一，它的可靠性直接关系到电网是否安全、高效、经济的运行。大部分变压器的寿命终结是因为其丧失了应有的绝缘能力，而影响绝缘能力的主要因素之一是变压器运行时的绕组温度。变压器绕组最热区域内达到的温度,  也是变压器负载值的最主要限制因素。因此通过监测得到变压器内部温度对变压器的允许过载及运行寿命评估具有重要意义。 

随着变压器每柱容量的不断提高，变压器线圈过热问题也就越来越突出，这不仅会造成绝缘的加速老化而影响其寿命，而且由于线圈局部过热而造成的恶性事故在国内外屡有发生。变压器过热故障是常见的多发性故障，它对变压器的安全运行和使用寿命带来严重威胁。研究表明，大型电力变压器的运行可靠性在很大程度上取决于其绝缘状态。大部分变压器的寿命终结是因为其丧失了应有的绝缘能力，而影响绝缘能力的最主要因素是变压器运行时的绕组温度。 GB/T15164-1994《油浸式电力变压器负载导则》中明确指出：“绕组最热区域内达到的温度，是变压器负载值的最主要限制因素，故应尽一切努力来准确地确定这一温度值”。国内一些变压器专家也认为“不仅绕组的平均温升不能超过允许值，而且绕组的热点温升也不能超过允许值”。因此，提出“在工厂的温升试验中，除测量额定工况下的绕组平均温升外，有必要测量绕组的热点温升” 。变压器绕组热点的绝缘会因为过热而老化。若绕组热点的温度过低，则变压器的能力就没有得到充分利用，减低了经济效益。当变压器投入运行以后，首先遭到破坏的是绝缘材料，特别是绝缘纸。所以变压器使用寿命常常取决于承受最高温度处绝缘材料的寿命。变压器的温升限值以变压器的使用寿命（主要是绝缘材料的寿命）为基础。在相关的国家标准中对变压器在不同的负载运行情况下的温升限值或热点温度做了相应的规定。电力变压器国家标准 GB1094.2-1996《电力变压器  第2部分 温升》规定的电力变压器温升限值是根据不同的负载情况而定的。在连续额定容量下的温升限值见GBl094.2-1996，同时还指出铁芯、绕组外部的电气连接线或油箱中的结构件，不规定温升限值，但仍要求温升不能过高，通常不超过 80K，以免使与其相邻的部件受到热损坏或使油过度老化。

除了变压器绕组过热故障危及绝缘外，变压器内部如铁芯、油箱、夹件、拉板、无载分接开关、连接螺栓及引线等部件同样也会引起变压器局部过热，造成变压器内部过热故障，损害绝缘性能。所以除了对绕组进行温度测量之外，变压器内部其它容易引起过热故障的部件也不能忽视。

实际上，对现场运行的变压器一般都只监测变压器的顶层油温，并通过顶层油温间接估算绕组热点温度，但是目前使用的 IEEE  C57.91-1995 和相应的国标GB/T15164-1994《油浸式电力变压器负载导则》推荐变压器绕组热点温度计算的经验模型在计算时存在一定误差，尤其是大容量变压器顶层油温明显滞后于绕组油温，当变压器负荷快速增加时，由于热传递响应速度的原因，变压器顶层油温需经过一段时延才能反映出绕组的工况变化，这种情况下此方法很难能够反映绕组及匝间油道温度的快速变化，对变压器的允许过载及运行寿命评估也缺乏太多实际意义。

由于变压器冷却控制系统介于变电一次设备与二次设备之间, 变压器制造厂家的研发重点在于变压器的结构, 很少考虑冷却控制系统的改进, 而二次设备生产厂家只注重继电保护和变电站直流系统等电网主设备, 根本涉及不到变压器冷却控制系统, 从而造成变压器冷却控制系统的研发严重滞后于其他技术的发展。

变压器运行规程中要求, 主变冷却器的投入和退出要根据主变上层油温或变压器运行负荷自动控制,目前主要的控制信号的采集也主要依赖顶层油温和绕组温度决定，但是变压器内部温度分布并不均匀，只依靠几个测点来决定冷却系统运行，不能达到很好的冷却效果。所以应该改进。

随着科技的发展，特别是信号分析技术，电子技术的发展推动了温度监测技术的发展，综合运用各种先进技术和知识，构建统一的、综合的、实时的检测平台，将是变压器整体温度决定冷去系统运行。

发明内容

本发明的构思基础是：

1．油浸变压器中温度是由环境温度，变压器运行状态共同决定；

2．可以通过计算机数值模拟技术，建立被监测的油浸变压器模型温度场模型。将各种监测数据对应到变压器模型中，进行进一步修正处理，从而准确得到绕组温度监测结果；

3．本发明首先应用传统测温手段和红外成像技术来确定油浸变压器温度分布情况，并对应到建立变压器数值模拟模型中；

4． 然后采集变压器主要运行状态参数，利用参数进一步修正模型，完善得到的油浸变压器温度模型；

5．油浸变压器冷却系统的温度信号取变压器整体模型的1分钟均值，温度场3个超过5秒瞬时最高值。 

本发明所要解决的技术问题在于，在于基于油浸变压器运行中常规的环境温度、绝缘油顶层油温、压力、湿度及负荷测点，结合油浸变压器红外成像技术监测和新增温度测点，利用计算机数值模拟技术，提供一种油浸变压器智能冷却控制温度测定装置，从而为油浸变压器智能冷却控制温度测定装置，并提供其方法。 

本发明采用的技术方案是：一种基于整体温度监测的油浸变压器智能冷却控制温度测定装置，其特殊之处在于： 它包括油浸变压器通过红外监测仪器与监控计算机的USB口电连接，油浸变压器与测温电阻、数据采集板和监控计算机的USB口依次电连接，油浸变压器通过油浸变压器运行数据采集器与监控计算机的USB口电连接，监控计算机通过网络接口RJ45与油浸变压器冷却系统的控制系统电连接。

一种基于整体温度监测的油浸变压器智能冷却控制温度测定方法，其特殊之处在于，它包括以下内容：

1）一种基于整体温度监测的油浸变压器智能冷却控制温度测定装置的设置：基于整体温度监测的油浸变压器智能冷却控制温度测定装置包括油浸变压器通过红外监测仪器与监控计算机的USB口电连接，油浸变压器与测温电阻、数据采集板和监控计算机的USB口依次电连接，油浸变压器通过油浸变压器运行数据采集器与监控计算机的USB口电连接，监控计算机通过网络接口RJ45与油浸变压器冷却系统的控制系统电连接；

2）在油浸变压器上安装油浸变压器绕组温度监红外监测仪器，在油浸变压器的正面、侧面、顶部分别设置温度测点，从而得到其三维图像并将红外监测仪器所得的图像处理后送入到监控计算机的数字模拟软件中，得到变压器整体温度分布图像；

3) 在油浸变压器上设置的测温点具体是在油浸变压器两个对底角和其交叉的两个队顶角上设置测温热电偶，测温热电偶与测温电阻、数据采集板依次电连接，并将测温点得到的数据送入到监控计算机的数字模拟软件中；

4）在监控计算机中建立油浸变压器的温度场数值模拟模型，模型包括油浸变压器外形尺寸，主要部件相对位置；

5）通过与油浸变压器相连的油浸变压器运行数据采集器采集油浸变压器的运行参数，包括环境温度，绝缘油顶部温度，油浸变压器运行电流、电压、频率；

6）数据整理、清洗、限值设定：对2）-5）步骤提取的各种数据，进行整理，并根据运行状态参数，对数据进行修正，清洗，去掉坏数据，保证数据有效；

 7）计算油浸变压器整体模型的1分钟均值t1，温度场3个超过5秒瞬时最高值的均值t2，并将信号送给冷却系统控制系统作为的温度信号；

8）控制策略如下：

(1)当t1＜28℃且t2＜40℃时，无需启动冷却系统；

(2)当28℃≤t1＜35℃或40℃≤t2＜50℃时，启动冷却系统，若3机方式启动1机即可，若变频，怎频率小于50%即可；

(3)当35℃≤t1＜50℃或50℃≤t2＜60℃时，启动冷却系统，若3机方式启动1机即可，若变频，怎频率小于70%即可；

(4)当50℃≤t1＜65℃或60℃≤t2＜70℃时，启动冷却系统，若3机方式启动2机即可，若变频，怎频率小于100%即可；

(5)当65℃≤t1或70℃≤t2℃时，启动冷却系统，若3机方式启动3机即可，若变频，则超频。

由于本发明种基于整体温度监测的油浸变压器智能冷却控制温度测定装置是基于油浸变压器运行中常规参数和常规监测技术，结合计算机数值模拟软件而实现的，能够保证对油浸变压器运行过程进行有绕组温度监测。有效的防止由于绕组温度过高产生的各种事故，使电网安全稳定运行。其方法科学、合理、有效。 

附图说明

图1为种基于整体温度监测的油浸变压器智能冷却控制温度测定装置结构框图。

图2 温度测点与红外测温仪位置示意图。

具体实施方式

下面利用附图所示的实施例对本发明作进一步说明。 

参照图1,以某有载调压变压器 SSZ10-150000/220为例，本发明一种基于整体温度监测的油浸变压器智能冷却控制温度测定装置，包括油浸变压器通过红外监测仪器与监控计算机的USB口电连接，油浸变压器与测温电阻、数据采集板和监控计算机的USB口依次电连接，油浸变压器通过油浸变压器运行数据采集器与监控计算机的USB口电连接，监控计算机通过网络接口RJ45与油浸变压器冷却系统的控制系统电连接。数据处理软件依据自动控制技术和计算机数据处理技术编制，是本领域技术人员所熟悉的技术。

其中：油浸变压器运行数据采集器、测温热电偶、测温电阻、数据采集板、红外监测仪器和计算机、均为市售产品。油浸变压器运行数据采集器和数据采集板采用IMP3595数据采集系统，红外监测仪器美国雷泰 Ti30 热成像仪。 

本发明的种基于整体温度监测的油浸变压器智能冷却控制温度测定方法,包括以下内容：

1）一种基于整体温度监测的油浸变压器智能冷却控制温度测定装置的设置：基于整体温度监测的油浸变压器智能冷却控制温度测定装置，包括油浸变压器通过红外监测仪器与监控计算机的USB口电连接，油浸变压器与测温电阻、数据采集板和监控计算机的USB口依次电连接，油浸变压器通过油浸变压器运行数据采集器与监控计算机的USB口电连接，监控计算机通过网络接口RJ45与油浸变压器冷却系统的控制系统电连接。

2） 在油浸变压器上安装油浸变压器绕组温度用的红外监测仪器，具体位置如图2 新增温度测点与红外测温仪位置示意图所示，应在油浸变压器的正面、侧面、顶部分别安装，从而可以得到其三维图像并将红外监测仪器所得的图像处理后送入到监控计算机的数字模拟软件中，得到变压器整体温度分布图像；油浸变压器的计算机数字模拟软件编制为本领域专业人员熟知技术。 

3) 在油浸变压器上安装测温点，具体如图2,设置温度测点1与红外测温仪位置示意图所示，在两个对底角和其交叉的两个队顶角上安装测温热电偶，测温热电偶与测温电阻电连接，然后与数据采集板电连接，并将测温点得到的数据送入到监控计算机的数字模拟软件中。

  4）在监控计算机中建立油浸变压器的温度场数值模拟模型，模型要包括油浸变压器外形尺寸，主要部件相对位置。

  5）通过与油浸变压器相连的油浸变压器运行数据采集器采集油浸变压器的运行参数，包括环境温度，绝缘油顶部温度，油浸变压器运行电流、电压、频率。

6）数据整理、清洗、限值设定：对2）-5）步骤提取的各种数据，进行整理，并根据运行状态参数，对数据进行修正，清洗，去掉坏数据，保证数据有效。

 7）计算油浸变压器整体模型的1分钟均值t1，温度场3个超过5秒瞬时最高值的均值t2，并将信号送给冷却系统控制系统作为的温度信号。

8）控制策略如下：

(1)当t1＜28℃且t2＜40℃时，无需启动冷却系统；

(2)当28℃≤t1＜35℃或40℃≤t2＜50℃时，启动冷却系统，若3机方式启动1机即可，若变频，怎频率小于50%即可；

(3)当35℃≤t1＜50℃或50℃≤t2＜60℃时，启动冷却系统，若3机方式启动1机即可，若变频，怎频率小于70%即可；

(4)当50℃≤t1＜65℃或60℃≤t2＜70℃时，启动冷却系统，若3机方式启动2机即可，若变频，怎频率小于100%即可；

(5)当65℃≤t1或70℃≤t2℃时，启动冷却系统，若3机方式启动3机即可，若变频，则超频。

Claims (2)

1.一种基于整体温度监测的油浸变压器智能冷却控制温度测定装置，其特征在于： 它包括油浸变压器通过红外监测仪器与监控计算机的USB口电连接，油浸变压器与测温电阻、数据采集板和监控计算机的USB口依次电连接，油浸变压器通过油浸变压器运行数据采集器与监控计算机的USB口电连接，监控计算机通过网络接口RJ45与油浸变压器冷却系统的控制系统电连接。

2.一种基于整体温度监测的油浸变压器智能冷却控制温度测定方法，其特点在于，它包括以下内容：

1）一种基于整体温度监测的油浸变压器智能冷却控制温度测定装置的设置：基于整体温度监测的油浸变压器智能冷却控制温度测定装置包括油浸变压器通过红外监测仪器与监控计算机的USB口电连接，油浸变压器与测温电阻、数据采集板和监控计算机的USB口依次电连接，油浸变压器通过油浸变压器运行数据采集器与监控计算机的USB口电连接，监控计算机通过网络接口RJ45与油浸变压器冷却系统的控制系统电连接；

2）在油浸变压器上安装油浸变压器绕组温度监红外监测仪器，在油浸变压器的正面、侧面、顶部分别设置温度测点，从而得到其三维图像并将红外监测仪器所得的图像处理后送入到监控计算机的数字模拟软件中，得到变压器整体温度分布图像；

3) 在油浸变压器上设置的测温点具体是在油浸变压器两个对底角和其交叉的两个队顶角上设置测温热电偶，测温热电偶与测温电阻、数据采集板依次电连接，并将测温点得到的数据送入到监控计算机的数字模拟软件中；

 4）在监控计算机中建立油浸变压器的温度场数值模拟模型，模型包括油浸变压器外形尺寸，主要部件相对位置；

 5）通过与油浸变压器相连的油浸变压器运行数据采集器采集油浸变压器的运行参数，包括环境温度，绝缘油顶部温度，油浸变压器运行电流、电压、频率；

6）数据整理、清洗、限值设定：对2）-5）步骤提取的各种数据，进行整理，并根据运行状态参数，对数据进行修正，清洗，去掉坏数据，保证数据有效；

 7）计算油浸变压器整体模型的1分钟均值t1，温度场3个超过5秒瞬时最高值的均值t2，并将信号送给冷却系统控制系统作为的温度信号；

8）控制策略如下：

(1)当t1＜28℃且t2＜40℃时，无需启动冷却系统；

(2)当28℃≤t1＜35℃或40℃≤t2＜50℃时，启动冷却系统，若3机方式启动1机即可，若变频，怎频率小于50%即可；

(3)当35℃≤t1＜50℃或50℃≤t2＜60℃时，启动冷却系统，若3机方式启动1机即可，若变频，怎频率小于70%即可；

(4)当50℃≤t1＜65℃或60℃≤t2＜70℃时，启动冷却系统，若3机方式启动2机即可，若变频，怎频率小于100%即可；

(5)当65℃≤t1或70℃≤t2℃时，启动冷却系统，若3机方式启动3机即可，若变频，则超频。