CN104361241B - 一种油浸式电力变压器冷却器效率的评估方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种油浸式电力变压器冷却器效率的评估方法，步骤包括：计算待评估变压器在指定时间段的平均负载损耗，将平均负载损耗加上铭牌空载损耗得到平均总损耗功率；计算待评估变压器在指定时间段的平均剩余功率；假定待评估变压器的冷却器效率，计算待评估变压器的冷却器在指定时间段的平均冷却功率，根据所述平均总损耗功率减去平均冷却功率等于平均剩余功率的能耗平衡关系，将平均总损耗功率减去平均剩余功率并除以平均冷却功率计算反推出待评估变压器的冷却器效率。本发明能够实现冷却器效率计算以掌握变压器的负载能力以解决变压器冷却器效率不足的问题，适用于安装冷却器的变压器，且还可为推算变压器顶层油温升提供基础。
Description
技术领域
本发明涉及油浸式电力变压器的效率优化技术，具体涉及一种油浸式电力变压器冷却器效率的评估方法。
背景技术
变压器制造厂采用工厂计算法对油浸式电力变压器的损耗、油温升、绕组温升进行计算，根据计算结果，配置一定容量的冷却系统，以满足油浸式电力变压器的冷却需求。但是，电网中的油浸式电力变压器在运行一段时间以后，因受污染和粉尘等因素的影响，将不可避免的会引起冷却系统效率下降，如不及时进行清扫或检修处理，可能使油浸式电力变压器的顶层油温升值超过允许值，影响变压器带负载的能力，并可能导致电网卡负荷运行，给供电企业和社会生产、生活用电带来不便。
因此，很有必要对运行中油浸式电力变压器的冷却系统的效率作出评估，并根据评估结果来制定行之有效的检修策略，提高电力变压器的利用效率。然而，变压器制造厂只考虑了冷却系统在100％的冷却效率下顶层油温升的计算值，对运行中的油浸式电力变压器，到目前为止，国内很少有人提出针对变压器冷却器效率评估的有效方法。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：针对现有技术的上述问题，提供一种能够实现冷却器效率计算以掌握变压器的负载能力以解决变压器冷却器效率不足的问题，适用于安装冷却器的变压器，且还可为推算变压器顶层油温升提供基础的油浸式电力变压器冷却器效率的评估方法。
为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：
一种油浸式电力变压器冷却器效率的评估方法，步骤包括：
1)计算待评估变压器在指定时间段的平均负载损耗
2)将所述平均负载损耗加上待评估变压器的铭牌空载损耗p0，得到待评估变压器在指定时间段的平均总损耗功率
3)计算待评估变压器在指定时间段的平均剩余功率
4)假定待评估变压器的冷却器效率η，根据假定的冷却器效率η计算待评估变压器的冷却器在指定时间段的平均冷却功率
5)根据所述平均总损耗功率减去平均冷却功率等于平均剩余功率的能耗平衡关系，根据式(5)反推计算待评估变压器的冷却器效率η；
式(5)中，r表示指定时间段的时间长度，p0表示待评估变压器的铭牌空载损耗，表示待评估变压器在指定时间段的平均负载损耗，表示待评估变压器在指定时间段的平均剩余功率，m表示冷却器的投入组数，△Ti表示指定时间段内i时刻时的顶层油温升，PL表示单组冷却器的额定冷却容量，△ow表示冷却器额定容量下的进口油温和进口风温的差值。
优选地，所述步骤1)中计算待评估变压器在指定时间段的平均负载损耗的详细步骤包括：判断待评估变压器的线圈类型，如果待评估变压器为三线圈变压器，则根据式(1)计算待评估变压器在指定时间段的平均负载损耗否则如果待评估变压器为两线圈变压器，则根据式(2)计算待评估变压器在指定时间段的平均负载损耗
式(1)中，r表示指定时间段的时间长度，Ih(i)表示i时刻高压绕组的运行电流，Ihe表示高压绕组的额定电流，Im(i)表示i时刻中压绕组的运行电流，Ime表示中压绕组的额定电流，Il(i)表示i时刻低压绕组的运行电流，Ile表示低压绕组的额定电流，phm表示高中铭牌负载损耗，phl表示高低铭牌负载损耗，pml表示中低铭牌负载损耗；n表示高压绕组与低压绕组容量比值；
式(2)中，r表示指定时间段的时间长度，Ih(i)表示i时刻高压绕组的运行电流，Ihe表示高压绕组的额定电流，phl表示高低铭牌负载损耗。
优选地，所述步骤3)中计算待评估变压器的平均剩余功率的函数表达式如式(3)所示；
式(3)中，r表示指定时间段的时间长度，△Tr表示指定时间段结束时刻的顶层油温升，△T0表示指定时间段起始时刻的顶层油温升，c表示变压器油的比热容，A表示经验系数，g表示变压器油总重。
优选地，所述经验系数A的取值为0.95。
优选地，所述步骤4)中根据假定的冷却器效率η计算待评估变压器的冷却器的平均冷却功率的函数表达式如式(4)所示；
式(4)中，η表示待评估变压器的冷却器效率，m表示冷却器的投入组数，r表示指定时间段的时间长度，△Ti表示指定时间段内i时刻的顶层油温升，PL表示单组冷却器的额定冷却容量，△ow表示冷却器额定容量下的进口油温和进口风温的差值。
本发明油浸式电力变压器冷却器效率的评估方法具有下述优点：
1、本发明油浸式电力变压器冷却器效率的评估方法以变压器发热和散热的实时平衡作为理论基础，认为变压器在一个相对较短的时间内，其冷却系统的效率基本保持不变，实时总损耗作为热源存在，变压器冷却系统的实时冷却容量应与实时总损耗相等，即平均总损耗功率减去平均冷却功率等于平均剩余功率的能耗平衡关系，将平均总损耗功率减去平均剩余功率并除以平均冷却功率计算变压器的冷却器效率。作为一种基于变压器的顶层油温升工厂计算方法，通过计算变压器运行中平均负载损耗平均剩余功率通过本发明提出的反推计算思路，能够实现运行中变压器冷却系统的实时冷却器效率计算，能够方便掌握变压器的负载能力，可制定行之有效的检修策略，解决变压器冷却器效率不足的问题。
2、本发明油浸式电力变压器冷却器效率的评估方法结合待评估变压器的冷却设备的类型进行不同的计算，能够适用于安装冷却器的变压器。
3、本发明进一步在获取冷却器效率的基础上，还能够用于在任意负荷下变压器的顶层油温升值的计算。
附图说明
图1为本发明实施例的实施流程示意图。
具体实施方式
如图1所示，本实施例油浸式电力变压器冷却器效率的评估方法的步骤包括：
1)计算待评估变压器在指定时间段的平均负载损耗本实施例中以0时刻开始到r时刻结束的时间段作为指定时间段；
2)将平均负载损耗加上待评估变压器的铭牌空载损耗p0，得到待评估变压器在指定时间段的平均总损耗功率(即)；
3)计算待评估变压器在指定时间段的平均剩余功率
4)假定待评估变压器的冷却器效率η，根据假定的冷却器效率η计算待评估变压器的冷却器在指定时间段的平均冷却功率
5)根据平均总损耗功率减去平均冷却功率等于平均剩余功率的能耗平衡关系，将平均总损耗功率减去平均剩余功率并除以平均冷却功率反推计算待评估变压器的冷却器效率η。
本实施例中，步骤1)中计算待评估变压器在指定时间段的平均负载损耗的详细步骤包括：判断待评估变压器的线圈类型，如果待评估变压器为三线圈变压器，则根据式(1)计算待评估变压器在指定时间段的平均负载损耗否则如果待评估变压器为两线圈变压器，则根据式(2)计算待评估变压器在指定时间段的平均负载损耗
式(1)中，r表示指定时间段的时间长度，Ih(i)表示i时刻高压绕组的运行电流，Ihe表示高压绕组的额定电流，Im(i)表示i时刻中压绕组的运行电流，Ime表示中压绕组的额定电流，Il(i)表示i时刻低压绕组的运行电流，Ile表示低压绕组的额定电流，phm表示高中铭牌负载损耗，phl表示高低铭牌负载损耗，pml表示中低铭牌负载损耗；n表示高压绕组与低压绕组容量比值；本实施例，将变压器负载损耗归算到变压器的各个绕组，由各绕组实时电流大小来计算出实时负载损耗pk，从而能够让计算结果真实反映冷却系统的实时效率。
式(2)中，r表示指定时间段的时间长度，Ih(i)表示i时刻高压绕组的运行电流，Ihe表示高压绕组的额定电流，phl表示高低铭牌负载损耗。
本实施例针对采用冷却器作为冷却装置来计算待评估变压器的冷却器效率η，安装冷却器的变压器一般为强迫导向风冷(ODAF)和强迫风冷(OFAF)两种冷却方式。
本实施例中，步骤3)中计算待评估变压器的平均剩余功率的函数表达式如式(3)所示；
式(3)中，r表示指定时间段的时间长度，△Tr表示指定时间段结束时刻的顶层油温升，△T0表示指定时间段起始时刻的顶层油温升，c表示变压器油的比热容，A表示经验系数，g表示变压器油总重。式(3)所示的平均剩余功率的函数表达式由变压器油的热容计算公式推导而来，能够根据变压器油的温度变化计算得到待评估变压器的平均剩余功率本实施例中，经验系数A的取值为0.95。
本实施例中，步骤4)中根据假定的冷却器效率η计算待评估变压器的冷却器的平均冷却功率的函数表达式如式(4)所示；
式(4)中，η表示待评估变压器的冷却器效率，m表示冷却器的投入组数，r表示指定时间段的时间长度，△Ti表示指定时间段内i时刻的顶层油温升，PL表示单组冷却器的额定冷却容量，△ow表示冷却器额定容量下的进口油温和进口风温的差值(一般取值为40)。本实施例中平均冷却功率的函数表达式为结合变压器顶层油温升工厂计算公式反推求出，体现了待评估变压器的冷却器效率和待评估变压器的平均冷却功率之间的函数关系。
本实施例中，步骤5)中计算待评估变压器的冷却器效率η的函数表达式如式(5)所示；
式(5)中，r表示指定时间段的时间长度，p0表示待评估变压器的铭牌空载损耗，表示待评估变压器在指定时间段的平均负载损耗，表示待评估变压器在指定时间段的平均剩余功率，m表示冷却器的投入组数，△Ti表示指定时间段内i时刻时的顶层油温升，PL表示单组冷却器的额定冷却容量，△ow表示冷却器额定容量下的进口油温和进口风温的差值(一般取值为40)。针对待评估变压器而言，在0时刻到r时刻的指定时间段里，平均总损耗功率—平均冷却功率即根据结合式(4)可以推到得出式(5)所示冷却器效率η的函数表达式。
以220kV塘溪#1、#2主变为例，220kV塘溪#1、#2的铭牌参数如表1所示；220kV塘溪#1、#2的冷却器信息如表2所示；220kV塘溪#1、#2主变运行时的发热功率和冷却功率如表3所示。表1：220kV塘溪#1、#2的铭牌参数表。
表2：220kV塘溪#1、#2的冷却器信息表。
表3：220kV塘溪#1、#2主变运行时的发热功率和冷却功率表。
从表3可知，塘溪#1主变在指定时间段(24小时)内的平均总损耗功率为273.7kW,平均散热冷却功率为338.7kW。本实施例中，油总重为43.5吨，24时与0时的顶层油温升的差为0.1K，结合经验系数A为0.95，变压器油的比热容c为1920，指定时间区间为24小时，则计算待评估变压器的平均剩余功率为：所以塘溪#1主变所投3组冷却器的冷却器效率为：η＝(273.3-0.16)/338.7＝80.7％。同理，已知塘溪#2主变油总重为38.5吨，求得塘溪#2主变所投2组冷却器的冷却器效率为84.8％。
毫无疑问，在已经求解出待评估变压器的冷却器效率η的基础上，通过计算待评估变压器的平均总损耗功率计算待评估变压器在指定时间段的平均剩余功率基于式(4)和(5)也可以反过来求解出待评估变压器在0时刻到r时刻的指定时间段里的顶层油温升△T。在获得上述冷却器效率的基础上，可以反向推算出塘溪#1、2主变3组冷却器全开、高-中绕组满负荷运行时，顶层油温升分别为39.6K和29.6K。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (5)
1.一种油浸式电力变压器冷却器效率的评估方法，其特征在于步骤包括：
1)计算待评估变压器在指定时间段的平均负载损耗
2)将所述平均负载损耗加上待评估变压器的铭牌空载损耗p0，得到待评估变压器在指定时间段的平均总损耗功率
3)计算待评估变压器在指定时间段的平均剩余功率
4)假定待评估变压器的冷却器效率η，根据假定的冷却器效率η计算待评估变压器的冷却器在指定时间段的平均冷却功率
5)根据所述平均总损耗功率减去平均冷却功率等于平均剩余功率的能耗平衡关系，根据式(5)反推计算待评估变压器的冷却器效率η；
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式(5)中，r表示指定时间段的时间长度，p0表示待评估变压器的铭牌空载损耗，表示待评估变压器在指定时间段的平均负载损耗，表示待评估变压器在指定时间段的平均剩余功率，m表示冷却器的投入组数，△Ti表示指定时间段内i时刻时的顶层油温升，PL表示单组冷却器的额定冷却容量，△ow表示冷却器额定容量下的进口油温和进口风温的差值。
2.根据权利要求1所述的油浸式电力变压器冷却器效率的评估方法，其特征在于，所述步骤1)中计算待评估变压器在指定时间段的平均负载损耗的详细步骤包括：判断待评估变压器的线圈类型，如果待评估变压器为三线圈变压器，则根据式(1)计算待评估变压器在指定时间段的平均负载损耗否则如果待评估变压器为两线圈变压器，则根据式(2)计算待评估变压器在指定时间段的平均负载损耗
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3.根据权利要求2所述的油浸式电力变压器冷却器效率的评估方法，其特征在于：所述步骤3)中计算待评估变压器的平均剩余功率的函数表达式如式(3)所示；
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<mrow>
<mo>(</mo>
<msub>
<mi>&Delta;T</mi>
<mi>r</mi>
</msub>
<mo>-</mo>
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<mn>0</mn>
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<mi>c</mi>
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<mrow>
<mn>3600</mn>
<mi>r</mi>
</mrow>
</mfrac>
<mo>-</mo>
<mo>-</mo>
<mo>-</mo>
<mrow>
<mo>(</mo>
<mn>3</mn>
<mo>)</mo>
</mrow>
</mrow>
式(3)中，r表示指定时间段的时间长度，△Tr表示指定时间段结束时刻的顶层油温升，△T0表示指定时间段起始时刻的顶层油温升，c表示变压器油的比热容，A表示经验系数，g表示变压器油总重。
4.根据权利要求3所述的油浸式电力变压器冷却器效率的评估方法，其特征在于：所述经验系数A的取值为0.95。
5.根据权利要求4所述的油浸式电力变压器冷却器效率的评估方法，其特征在于：所述步骤4)中根据假定的冷却器效率η计算待评估变压器的冷却器的平均冷却功率的函数表达式如式(4)所示；
<mrow>
<mover>
<msub>
<mi>P</mi>
<mn>1</mn>
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<mn>1</mn>
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<mrow>
<mi>i</mi>
<mo>=</mo>
<mn>0</mn>
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<mi>r</mi>
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<mi>&Delta;T</mi>
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<mi>&Delta;</mi>
<mrow>
<mi>o</mi>
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</msub>
</mfrac>
<mo>-</mo>
<mo>-</mo>
<mo>-</mo>
<mrow>
<mo>(</mo>
<mn>4</mn>
<mo>)</mo>
</mrow>
</mrow>
式(4)中，η表示待评估变压器的冷却器效率，m表示冷却器的投入组数，r表示指定时间段的时间长度，△Ti表示指定时间段内i时刻的顶层油温升，PL表示单组冷却器的额定冷却容量，△ow表示冷却器额定容量下的进口油温和进口风温的差值。
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