CN104236754A - 基于箱壁温度的油浸式变压器绕组热点温度监测方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于箱壁温度的油浸式变压器绕组热点温度监测方法，该检测的方法步骤为：a.在变压器出油口外侧的油箱壁上安装温度传感器,以获取箱壁温度值θ_tank；b.采用热电类比法建立热路模型，对油箱壁以内的热传导过程建立热模型，得到基于箱壁温度的热点温度模型，该热点温度模型由热点温度-顶层油温模型以及顶层油温-箱壁温度模型构成；c.通过对公式定义，化解计算可得其通解形式，利用后退欧拉公式进行求解，得到本模型的热点温度值。本发明结构设计科学合理，具有监测精确、提高变压器运行的可靠性、降低停电风险的优点，是一种具有较高创新性的基于箱壁温度的油浸式变压器绕组热点温度监测方法。

Description

基于箱壁温度的油浸式变压器绕组热点温度监测方法

技术领域

本发明属于油浸式电力变压器领域，特别是一种基于箱壁温度的油浸式变压器绕组热点温度监测方法。

背景技术

变压器绕组热点温度是变压器运行时绕组温度的最大值。热点温度是变压器负载值最主要的限制因素，其温度值不能超过允许值，否则会对变压器的绝缘寿命造成很大损害。因此，准确地获取变压器绕组热点温度可提高变压器运行的可靠性、降低停电风险，是变压器状态监测的重要组成部分。

目前，变压器热点温度的获取方法主要有两种。一种是直接测量热点温度的方法，该方法是在变压器绕组内埋设传感器，使用温度测量仪测量显示绕组温度。成熟的方法是使用光线技术，在变压器绕组制造过程中埋入光纤，埋入点越多越精确。但是该方法对绝缘设计要求很高，而且绕组热点位置不确定,测量结果可能并非绕组的热点温度，所以较少使用。另一种是间接计算热点温度。间接计算法主要有数值计算法和热点温度模型法。数值计算法是根据国际电工委员会推荐的油浸电力变压器绕组热点计算公式，通过计算各种关键参数和变压器负载电流值来计算绕组热点温度。热点温度模型法是根据变压器负载损耗与负载电流成正比平方关系而发展的一种绕组测量方法。该种方法计算简单、精度高，是实际中经常采用的测量方法。绕组温度表在油温表的基础上配备一台电流匹配器和电热元件，通过温度叠加来反应变压器绕组温度。但是，该传统的做法不能去掉空气与油箱壁外侧之间的热阻，不能实现热阻的准确定义。同时，环境温度对变压器内部温度的影响也不能反应出来。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种能够略去油箱外壁与空气间的热阻，得到基于箱壁温度的变压器绕组热点温度计算模型，通过热点温度的变化来进行监测的方法。

本发明解决其技术问题是采取以下技术方案实现的：

一种基于箱壁温度的油浸式变压器绕组热点温度监测方法，其特征在于：检测的方法步骤为：

a.在变压器出油口外侧的油箱壁上安装温度传感器,以获取箱壁温度值θ_tank；

b.采用热电类比法建立热路模型，对油箱壁以内的热传导过程建立热模型，得到基于箱壁温度的热点温度模型，该热点温度模型由热点温度-顶层油温模型以及顶层油温-箱壁温度模型构成；

c.通过对公式定义，化解计算可得其通解形式为：

$\frac{\mathrm{d\θ}}{\mathrm{dt}}=\frac{1}{\mathrm{\τ}}(\frac{K^2\mathrm{\β}+1}{\mathrm{\β}+1}\·{\left[{\mathrm{\Δ\θ}}_R\right]}^{1/n}-{[\mathrm{\θ}-{\mathrm{\θ}}_{\tan k}]}^{1/n})$

(式中τ为绕组或油的时间常数；△θ_R为额定负载下的温差值；θ_tank为变压器箱壁温度)

利用后退欧拉公式进行求解，得到本模型的热点温度值。

本发明的优点和积极效果是：

1、本基于箱壁温度的油浸式变压器绕组热点温度监测方法，在已有研究的基础上，通过分析变压器的散热过程，利用热电类比，采用变压器出油口外侧油箱壁上的温度代替其模型中的环境温度，略去了油箱外壁与空气间的热阻，得到了基于箱壁温度的变压器绕组热点温度计算模型。本专利提出的基于箱壁温度的油浸式变压器绕组热点温度监测方法在计算自然散热变压器各种负载下的顶层油温和热点温度时得到了很高的精度值。提高了变压器运行的可靠性、降低了停电风险。

2、本发明结构设计科学合理，具有监测精确、提高变压器运行的可靠性、降低停电风险的优点，是一种具有较高创新性的基于箱壁温度的油浸式变压器绕组热点温度监测方法。

附图说明

图1为本发明变压器热量散失过程的示意图；

图2(a)为热点温度-顶层油温模型；

图2(b)为顶层油温-箱壁温度模型。

附图标记：

1-铁芯、2-绕组、3-温度传感器。

具体实施方法

下面结合附图、通过具体实施例对本发明作进一步详述。以下实施例只是描述性的，不是限定性的，不能以此限定本发明的保护范围。

一种基于箱壁温度的油浸式变压器绕组热点温度监测方法，其特征在于：检测的方法步骤为：

a.在变压器出油口外侧的油箱壁上安装温度传感器3,以获取箱壁温度值θ_tank；

b.热量在两个连通的系统间传递时，温差是热量传递的动力，热量流动的速率可由温差和流体力学的基本理论计算得到，通过比较热定律和电路定律，发现两者间具有相似性，因此可采用热电类比法建立热路模型估计变压器绕组的热点温度，由于变压器的热量主要由绕组2和铁芯1产生，热量从产生到散失到空气中的主要过程如图1所示；

通过图1的热量散失过程发现：油箱壁处在变压器内部热量散到外部的交界处，它既受变压器内部热量的影响，又受外部环境的影响，由于油箱壁的位置，对油箱壁以内的热传导过程建立热模型，得到了基于箱壁温度的热点温度模型，如图2所示。此模型既去掉了空气与油箱壁外侧之间的热阻，实现了热阻的准确定义，同时环境温度对变压器内部温度的影响也可以通过油箱壁温度间接反应出来；

该热点温度模型由热点温度-顶层油温模型(如图2(a))以及顶层油温-箱壁温度模型(如图2(b))构成。图2中各符号表示的含义为：

q为变压器空载损耗与负载损耗的和；R_h-o和R_o-t分别为绕组-顶油热阻和顶油-箱壁热阻；θ_tank和θ_top分别为箱壁温度和顶油温度；θ_hs为热点温度；C_oil和C_hs分别为油热电容和绕组的热电容；

c.通过对公式定义，化解计算可得其通解形式为：

$\frac{\mathrm{d\θ}}{\mathrm{dt}}=\frac{1}{\mathrm{\τ}}(\frac{K^2\mathrm{\β}+1}{\mathrm{\β}+1}{\·\left[{\mathrm{\Δ\θ}}_R\right]}^{1/n}-{[\mathrm{\θ}-{\mathrm{\θ}}_{\tan k}]}^{1/n})$

(式中τ为绕组或油的时间常数；△θ_R为额定负载下的温差值；θ_tank为变压器箱壁温度)

利用后退欧拉公式进行求解，得到本模型的热点温度值。

尽管为说明目的公开了本发明的实施例和附图，但是本领域的技术人员可以理解：在不脱离本发明及所附权利要求的精神和范围内，各种替换、变化和修改都是可能的，因此，本发明的范围不局限于实施例和附图所公开的内容。

Claims (1)

1.一种基于箱壁温度的油浸式变压器绕组热点温度监测方法，其特征在于：检测的方法步骤为：

a.在变压器出油口外侧的油箱壁上安装温度传感器,以获取箱壁温度值θ_tank；

b.采用热电类比法建立热路模型，对油箱壁以内的热传导过程建立热模型，得到基于箱壁温度的热点温度模型，该热点温度模型由热点温度-顶层油温模型以及顶层油温-箱壁温度模型构成；

c.通过对公式定义，化解计算可得其通解形式为：

$\frac{\mathrm{d\θ}}{\mathrm{dt}}=\frac{1}{\mathrm{\τ}}(\frac{K^2\mathrm{\β}+1}{\mathrm{\β}+1}{\·\left[{\mathrm{\Δ\θ}}_R\right]}^{1/n}-{[\mathrm{\θ}-{\mathrm{\θ}}_{\tan k}]}^{1/n})$

(式中τ为绕组或油的时间常数；△θ_R为额定负载下的温差值；θ_tank为变压器箱壁温度)

利用后退欧拉公式进行求解，得到本模型的热点温度值。