CN104483995B - 一种调整变压器工作负载的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种调整变压器工作负载的方法，包括：建立变压器绕组热点温度98℃时负载系数与环境温度之间的关系模型；实时检测变压器绕组的热点温度；将监测到的实时热点温度与98℃进行比较，基于比较结果，将变压器工作的负载系数变更为在所述关系模型中当前环境温度所对应的负载系数。在该方法中，测量绕组热点温度可采用光纤测温技术，进行直接测量，准确度高。总之，通过本发明提供的方法，在变压器运行中能够保证变压器运行时的绕组热点温度尽量靠近98℃的同时，最大化接入工作负载，安全运行时最大化经济效益，解决了变压器工作中，由于热点温度与环境温度、负载系数之间存在的矛盾关系而带来的安全性与经济性难以兼得的技术矛盾。

Description

一种调整变压器工作负载的方法

技术领域

本发明涉及智能电网输配电领域，尤其涉及一种基于光纤测温技术来调整变压器工作负载的方法。

背景技术

大型油浸变压器在运行时，其内部因为有电流流过，会产生绕组发热现象。当绕组温度升高到一定程度时，会引起变压器中绝缘纸的老化，导致绝缘寿命下降，严重时会引起变压器内部短路和放电，甚至引起变压器爆炸。

变压器绕组热点温度一方面和环境温度有关，另一方面跟变压器运行时的负载有关：环境温度升高，变压器绕组热点温度也相应升高；变压器运行所带负载越大，则变压器绕组热点温度也就相应越高。

一般变压器在运行时，会希望其运行安全性得到保证，即希望在绕组热点温度较低时运行，这就迫使变压器只能在较小的负载下工作，在这种情况下，变压器负载不足，存在资源的浪费，变压器的经济性受到影响；如果在较高的负载下运行，经济性得以保证，但大负载引起绕组温度升高使得变压器运行的安全性得不到保证，在不清楚变压器热点温度的情况下，造成安全隐患。因此，变压器的热点温度与工作负载和环境温度之间的关系使得变压器的经济性和安全性之间存在难以克服的技术矛盾。

《GB 1094.7油浸式电力变压器负载导则》中提到“尽管绝缘的老化或劣化是温度、含水量、含氧量和含酸量的时间函数，但是，本部分所展示的模式只是将温度作为控制参数。由于温度分布不均匀，在最高温度下运行的那部分一般将遭受最严重的劣化，因此，老化率是以绕组热点温度为基准的。此时，非热改性绝缘纸的相对老化率V按式(1)确定”，

V＝2^{( θ -98)/6} (1)

其中θ是变压器热点温度(℃)，由绕组的热点温度引起的绝缘纸相对老化率V的变化如下表1所示：

表1由热点温度引起的相对老化率

热点温度/℃	热改性绝缘纸老化率V
		80	0.125
86	0.25
		92	0.5
98	1.0
		104	2.0
110	4.0
		116	8.0
122	16.0
		128	32.0
134	64.0
		140	128.0

从表1可以看出，热点温度在98℃时为正常老化速度，当热点温度每升高或者降低6度时，老化率相对增高或者降低一倍。

发明内容

从变压器运行的原理和实际情况看，绕组热点温度在98℃是一个比较理想的运行环境。因此，使变压器在不同负载和不同环境温度下，其绕组热点温度都保持在98℃左右，不仅可以获得较高的经济效益，同时也能保证变压器运行的安全性，以解决变压器经济性和安全性之间存在难以克服的技术矛盾。

本发明的主要目的在于提出一种调整变压器工作负载的方法，以解决上述技术矛盾。

本发明的技术方案如下：

一种根据环境温度调整变压器工作负载的方法，包括以下步骤：S1、建立变压器绕组热点温度为一预定热点温度时负载系数与环境温度之间的关系模型；S2、实时监测变压器绕组的热点温度；S3、将监测到的变压器绕组的实时热点温度与所述预定热点温度进行比较，基于比较结果，将变压器工作的负载系数变更为在所述关系模型中与当前环境温度所对应的负载系数。一般来说，为了使变压器安全地工作并尽可能延长变压器的使用寿命，应当尽量避免变压器绕组的热点温度过高，因此应当根据变压器的当前热点温度来调整合适的接入负载，于是 本方案提出了上述的方法，在本方案中，针对预定的热点温度，建立在该预定热点温度下，变压器的负载系数与工作的环境温度之间的关系模型，使变压器在不同环境温度下驱动不同负载工作，保证绕组热点温度在该预定热点温度，用户可以根据实际使用需求设置所述预定热点温度，以在驱动较大负载工作而提高变压器使用效率与驱动较小负载工作而延长变压器使用寿命之间进行抉择。有了所述关系模型，用户便可准确地对变压器的工作进行调控，准确获知变压器当前是需要加大负载还是需要减小负载，在保证绕组热点温度为所述预定热点温度的情况下，调整负载使得负载系数与当前环境温度正好符合所述关系模型，这样一来，不仅可以获得较高的经济效益，同时也能保证变压器运行的安全性。由于有所述关系模型为调整依据，用户能够进行定量、准确的调整，防止将负载系数调得过高或过低，负载系数过高导致绕组热点温度过高而降低绝缘寿命，甚至带来安全隐患，负载系数过低导致变压器仅驱动较小负载工作，造成资源浪费。采用本方案提供的调整方法，使变压器能够被充分利用，保证了安全性和经济性。从而，克服了变压器的经济性和安全性之间存在的技术矛盾。

优选地，所述步骤S1具体包括：

S11、在环境温度不变的情况下，改变变压器的负载系数，并获取在每个负载系数下变压器绕组的热点温度，以建立该环境温度下的热点温度随负载系数变化模型；

S12、针对不同的环境温度，分别执行所述步骤S11，以获得分别对应于每个环境温度的所述热点温度随负载系数变化模型；

S13、针对每个所述热点温度随负载系数变化模型，寻找对应所述预定热点温度的最佳负载系数，以获得对应不同环境温度T_i的i个最佳工作系数点(T_i，K_i’)，其中，K_i’为环境温度T_i时为了使热点温度为所述预定热点温度所需的所述最佳负载系数；

S14、将所述步骤S13中获得的多个所述最佳工作系数点(T_i，K_i’)进行拟合，得到所述关系模型。

优选地，所述步骤S11中建立所述热点温度随负载系数变化模型具体包括：将对应j个不同负载系数K_j的j个数据对(K_n，θ_n)进行拟合，得到所述热点温度随负载系数变化模型，其中，θ_n为负载系数K_n下的热点温度，n＝1,2,3，…，j。

优选地，所述步骤S1具体包括：

S11、在负载系数不变的情况下，改变环境温度，并获取每个环境温度下变压器绕组的热点温度，以建立该负载系数下的热点温度随环境温度变化模型；

S12、针对不同的负载系数，分别执行所述步骤S11，以获得分别对应于每个负载系数的所述热点温度随环境温度变化模型；

S13、针对每个所述热点温度随环境温度变化模型，寻找对应所述预定热点温度的最佳环境温度，以获得对应不同负载系数K_j的j个最佳工作系数点(T_j’，K_j)，其中，T_j’为负载系数K_j时所述预定热点温度所对应的所述最佳环境温度；

S14、将所述步骤S13中获得的多个所述最佳工作系数点(T_j’，K_j)进行拟合，得到所述关系模型。

优选地，所述步骤S11中建立所述热点温度随环境温度变化模型具体包括：将对应i个不同环境温度T_i的i个数据对(T_n，θ_n)进行拟合，得到所述热点温度随环境变化模型，其中，θ_n为环境温度T_n下的热点温度，n＝1,2,3，…，i。

优选地，所述步骤S3具体包括：在一当前环境温度下，若所述实时热点温度小于所述预定热点温度，则根据所述关系模型将负载系数增大到对应所述当前环境温度的所述最佳负载系数，以使变压器绕组热点温度上升至所述预定热点温度；若所述实时热点温度大于所述预定热点温度，则根据所述关系模型将负载系数减小到对应所述当前环境温度的所述最佳负载系数，以使变压器绕组热点温度下降至所述预定热点温度。若实时热点温度高于所述预定热点温度，则说明在当前环境温度下，驱动负载过大，应当减小负载，此时根据所述关系模型，将负载系数变更为对应当前环境温度的负载系数；反之，若实时热点温度低于所述预定热点温度，则说明在当前环境温度下，驱动负载过小，虽然很安全，但变压器没有得到充分的利用，经济效益降低，应当增加负载，此时根据所述关系模型，将负载系数变更为对应当前环境温度的负载系数。这样一来，即完成变压器负载的调整使得变压器能够持续工作于用户想要的工作状态——热点温度维持在所述预定热点温度，同时负载不过高、也不过低，安全性和经济性同时得到保证。

优选地，所述步骤S11和所述步骤S2中通过光纤测温获得所述热点温度。之所以采用光纤测温技术，是因为光纤本身的材质是玻璃(二氧化硅)，不导电，且光纤耐高温、防爆，用于变压器绕组测温中具有较高的安全性和准确度。

优选地，通过光纤测温获得所述热点温度具体包括：在变压器不同相的绕组中设置多个光纤传感器；接收各所述光纤传感器同一时刻所测得的绕组温度，选取同一时刻的多个所述绕组温度中的最大值，所述最大值即为该时刻的所述热点温度。

优选地，所述预定热点温度为96～100℃。

优选地，所述预定热点温度为98℃。从变压器运行的原理(参照前述表1)和实际情况看，绕组热点温度在98℃是一个比较理想的运行环境。因此，使变压器在不同负载和不同环境温度下，其绕组热点温度都保持在98℃左右，不仅可以获得较高的经济效益，同时也能避免绝缘加剧老化，保证变压器运行的安全性。因此，建立热点温度为98℃的负载系数-环境温度模型(即所述关系模型)，将实时监测得到的实时热点温度与98℃作比较，根据比较结果并依据所述关系模型，用户可对照当前环境温度相应地调整负载系数，使变压器的热点温度向98℃靠近。将变压器在正常衰老的情况下最大化地充分工作起来，保证了安全性和经济性。

附图说明

图1是本发明的具体实施例提供的调整变压器工作负载的方法流程图；

图2是热点温度98℃时，负载系数与环境温度之间的关系模型的一种示例；

图3是本发明具体实施例中进行光纤传感测温的示意图。

具体实施方式

下面结合附图和优选的实施方式对本发明作进一步说明。

概念定义：

负载系数K：工作电流大小与额定电流大小的比值。

本发明具体实施例提供一种调整变压器工作负载的方法，该方法包括以下三个步骤：

S1、建立变压器绕组热点温度为一预定热点温度时负载系数与环境温度之间的关系模型；

S2、实时监测变压器绕组的热点温度；

S3、将监测到的变压器绕组的实时热点温度与所述预定热点温度进行比较，基于比较结果，将变压器工作的负载系数变更为在所述关系模型中与当前环境温度所对应的负载系数。

需要说明：所述预定热点温度，用户可以自行定义，如果用户关注变压器工作效率多于关注变压器使用寿命，则预定热点温度可以设置为高于98℃，但也不能过高，例如可以设置为99℃、100℃等，反之，如果用户更加关注变压器的使用寿命，则预定热点温度可以定义到低于98℃，例如96℃、97℃等。

下面将以变压器绝缘正常老化速度所对应的最佳热点温度98℃为例，对上述方法进行更详细充分的说明：

将上述方法应用于变压器实际投运中来调整变压器的工作负载，具体流程可以如下，同时参考图1：

步骤10：在环境温度不变的情况下，改变变压器负载系数使变压器在不同负载下工作，同时测量在不同负载系数下绕组的热点温度，以建立在该环境温度下的热点温度随负载系数变化模型。具体地，例如：在环境温度T₁下(对应表2中以T₁开头的行)，改变变压器的负载系数K：在负载系数K₁下监测到绕组热点温度为θ₁ ¹，在负载系数K₂下监测到绕组热点温度为θ₁ ²，不断改变负载系数，重复测量动作，在负载系数K_j下监测到绕组热点温度为θ₁ ^j。

步骤12：在其他多个环境温度T₂、T₃、T₄、…T_i下，分别执行步骤10，从而获得如下表2所示的数值：

表2在不同的环境温度下改变负载系数测量的热点温度值

需要说明，不同于环境温度T₁的其他环境温度下，负载系数的改变不一定与环境温度T₁的负载改变相同，可以随机进行改变，上表2仅是一种举例，并不构成对步骤10的限制。

继续上述例子，对上述表2中的每个环境温度T，均可建立在该环境温度下的热点温度随负载系数变化模型θ＝f(K)，于是得到分别对应于i个环境温度的所述热点温度随负载系数变化模型：θ₁＝f₁(K)，θ₂＝f₂(K)，θ₃＝f₃(K)，…，θ_i＝f_i(K)。具体地，建立每个所述热点温度随负载系数变化模型θ＝f(K)均可采用例如下面的方法：对于环境温度T₁下j个对应不同负载系数K_j的数据对(K_n，θ_n)进行拟合，其中n＝1,2,3，…，j，例如采用最小二乘法拟合，即可得到对应环境温度T₁的所述热点温度随负载系数变化模型：θ₁＝f₁(K)。

步骤14：对步骤12中获得的每个所述热点温度随负载系数变化模型，执行下述动作：使热点温度θ_i＝f_i(K)＝98℃，得到i个最佳负载系数K_i’，从而获得i个不同的最佳工作系数点(T_i，K_i’)，K_i’即为环境温度T_i时热点温度98℃所对应的所述最佳负载系数。

步骤16：将步骤14中获得的i个不同的最佳工作系数点(T_i，K_i’)进行拟合，例如采用最小二乘法进行拟合，即可得到前述步骤S1中所述的“热点温度98℃时的负载系数与环境温度之间的关系模型”，可用图2所示曲线表示。图2中，曲线上方是热点温度大于98℃的负载系数与环境温度关系模型，下方则是热点温度小于98℃的负载系数与环境温度关系模型。

步骤18：在变压器的运行过程中，实时监测绕组的热点温度，将监测到的实时热点温度与98℃进行比较：在一当前环境温度下，若所述实时热点温度小于98℃，则根据例如图2所示的所述关系模型将负载系数增大到对应所述当前环境温度的所述最佳负载系数，使变压器绕组热点温度上升至98℃；若所述实时热点温度大于98℃，则根据所述关系模型将负载系数减小到对应所述当前环境温度的所述最佳负载系数，使变压器绕组热点温度下降至98℃。继续以图2所示的关系模型为例，若变压器运行的当前环境温度为35℃，并且监测到当前变压器的绕组热点温度为105℃，超过98℃，则说明在当前环境温度35℃下，变压器驱动的负载过大，从而根据所述关系模型，将负载系数减小到与35℃对 应的负载系数(图2中0.72左右)；若在前述的环境温度35℃，监测到的热点温度为90℃，则说明在当前环境温度下，变压器驱动的负载过小，存在变压器资源浪费，可以适当增加负载，根据所述关系模型，将负载系数增大到0.72左右。按照上述方法进行调整，使变压器在合适的负载下运行，同时保证变压器的绕组热点温度尽量维持在98℃，这样不仅避免了因热点温度过高而导致的绝缘加速老化，而且也能让变压安全运行并最大程度带来经济效益。

前述提到的监测变压器绕组的热点温度，均可以采用光纤测温技术：如图3所示，在变压器100的绕组中不同位置埋入光纤传感器200，一般变压器都有三相，所以至少有三个绕组，例如图3中，在三相绕组101、102和103中都埋入了多个光纤传感器200，从而可以监测到绕组不同位置的温度，获得的温度数据为光信号，通过接口板300与光纤600，将温度数据传输到光纤测温分析装置400进行数据处理以获得每个光纤传感器所在位置处的绕组温度值。在同一时刻内获得的多个绕组温度值中，最大值即为该时刻的绕组热点温度。通过本实施例提供的方法，通过网络500，用户User可在变电站的控制端，调控变压器的运行，调整变压器的工作负载。

需要说明，步骤S1中建立所述关系模型不限于前述提供的方法，具体地，前述步骤10、12、14提供的方法，也可用如下的步骤10’、12’、14’替代，后续步骤16、18不变：

步骤10’：在负载系数不变的情况下，改变变压器工作的环境温度，同时测量在不同环境温度下绕组的热点温度，以建立在该负载系数下的热点温度随环境温度变化模型。具体地，例如：在负载系数K₁下(对应表2中K₁所在列)，改变变压器工作的环境温度T：在环境温度T₁下监测到绕组热点温度为θ₁ ¹，在环境温度T₂下监测到绕组热点温度为不断改变环境温度，重复测量动作，在环境温度T_i下监测到绕组热点温度为θ_i ¹。

步骤12’：在其他多个负载系数K₂、K₃、K₄、…K_j下，分别执行步骤10’，从而获得如前述表2所示的数值。需要说明，不同于负载系数K₁的其他负载系数下，环境温度的改变不一定与负载系数K₁的环境温度改变相同，可以随机进行改变，上表2仅是一种举例，并不构成对步骤10’的限制。对上述表2中的每 个负载系数K，均可建立在该负载系数下的热点温度随环境温度变化模型θ＝f(T)，于是得到分别对应于j个环境温度的所述热点温度随负载系数变化模型：θ₁＝f₁(T)，θ₂＝f₂(T)，θ₃＝f₃(T)，…，θ_j＝f_j(T)。具体地，建立每个所述热点温度随环境温度变化模型θ＝f(T)均可采用例如下面的方法：对于负载系数K₁下i个对应不同环境温度T_i的数据对(T_n，θ_n)进行拟合，其中n＝1,2,3，…，i，例如采用最小二乘法拟合，即可得到对应负载系数K₁的所述热点温度随环境温度变化模型：θ₁＝f₁(T)。

步骤14’：对步骤12’中获得的每个所述热点温度随环境温度变化模型，执行下述动作：使热点温度θ_j＝f_j(T)＝98℃，得到j个最佳环境温度T_j’，从而获得j个不同的最佳工作系数点(T_j’，K_j)，T_j’即为负载系数K_j时热点温度98℃所对应的所述最佳环境温度。

需要说明，通过本发明提供的方法，也能够建立绕组热点温度为其他值(例如96℃、100℃等)时的负载系数与环境温度关系模型，但是根据前述表1可知，其他热点温度值下的所述关系模型的建立，在经济效益和变压器使用寿命或安全性之间，至少一者是受损的，建立热点温度98℃的所述关系模型，是避免变压器老化速度过快，且保证变压器安全工作的前提下获得最大化的经济效益。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干等同替代或明显变型，而且性能或用途相同，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种调整变压器工作负载的方法，其特征在于：包括以下步骤：

S1、建立变压器绕组热点温度为一预定热点温度时负载系数与环境温度之间的关系模型；

S2、实时监测变压器绕组的热点温度；

S3、将监测到的变压器绕组的实时热点温度与所述预定热点温度进行比较，基于比较结果，将变压器工作的负载系数变更为在所述关系模型中与当前环境温度所对应的负载系数，所述负载系数为工作电流大小与额定电流大小的比值。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述步骤S1具体包括：

S11、在环境温度不变的情况下，改变变压器的负载系数，并获取在每个负载系数下变压器绕组的热点温度，以建立该环境温度下的热点温度随负载系数变化模型；

S12、针对不同的环境温度，分别执行所述步骤S11，以获得分别对应于每个环境温度的所述热点温度随负载系数变化模型；

S13、针对每个所述热点温度随负载系数变化模型，寻找对应所述预定热点温度的最佳负载系数，以获得对应不同环境温度T_i的i个最佳工作系数点(T_i，K_i’)，其中，K_i’为环境温度T_i时为了使热点温度为所述预定热点温度所需的所述最佳负载系数；

S14、将所述步骤S13中获得的多个所述最佳工作系数点(T_i，K_i’)进行拟合，得到所述关系模型。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于：所述步骤S11中建立所述热点温度随负载系数变化模型具体包括：将对应j个不同负载系数K_j的j个数据对(K_n，θ_n)进行拟合，得到所述热点温度随负载系数变化模型，其中，θ_n为负载系数K_n下的热点温度，n＝1,2,3，…，j。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述步骤S1具体包括：

S11、在负载系数不变的情况下，改变环境温度，并获取每个环境温度下变压器绕组的热点温度，以建立该负载系数下的热点温度随环境温度变化模型；

S12、针对不同的负载系数，分别执行所述步骤S11，以获得分别对应于每个负载系数的所述热点温度随环境温度变化模型；

S13、针对每个所述热点温度随环境温度变化模型，寻找对应所述预定热点温度的最佳环境温度，以获得对应不同负载系数K_j的j个最佳工作系数点(T_j’，K_j)，其中，T_j’为负载系数K_j时所述预定热点温度所对应的所述最佳环境温度；

S14、将所述步骤S13中获得的多个所述最佳工作系数点(T_j’，K_j)进行拟合，得到所述关系模型。

5.如权利要求4所述的方法，其特征在于：所述步骤S11中建立所述热点温度随环境温度变化模型具体包括：将对应i个不同环境温度T_i的i个数据对(T_n，θ_n)进行拟合，得到所述热点温度随环境变化模型，其中，θ_n为环境温度T_n下的热点温度，n＝1,2,3，…，i。

6.如权利要求2至5任一项所述的方法，其特征在于：所述步骤S3具体包括：在一当前环境温度下，若所述实时热点温度小于所述预定热点温度，则根据所述关系模型将负载系数增大到对应所述当前环境温度的所述最佳负载系数，以使变压器绕组热点温度上升至所述预定热点温度；若所述实时热点温度大于所述预定热点温度，则根据所述关系模型将负载系数减小到对应所述当前环境温度的所述最佳负载系数，以使变压器绕组热点温度下降至所述预定热点温度。

7.如权利要求6所述的方法，其特征在于：所述步骤S11和所述步骤S2中通过光纤测温获得所述热点温度。

8.如权利要求7所述的方法，其特征在于：通过光纤测温获得所述热点温度具体包括：在变压器不同相的绕组中设置多个光纤传感器；接收各所述光纤传感器同一时刻所测得的绕组温度，选取同一时刻的多个所述绕组温度中的最大值，所述最大值即为该时刻的所述热点温度。

9.如权利要求1至5任一项所述的方法，其特征在于：所述预定热点温度为96～100℃。

10.如权利要求9所述的方法，其特征在于：所述预定热点温度为98℃。