CN104749505A - 一种牵引变压器绕组温升与油流速度关联性测试的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种牵引变压器绕组温升与油流速度关联性测试的方法，试验步骤包括：1)，在环境温度和散热条件不变的条件下测试变压器在不同负荷下绕组的温升及散热器出口处油流流速，计算出绕组温升关于散热器出口处油流速度的拟合函数；2)，在负荷和散热条件不变的条件下改变环境温度，计算环境温度对绕组温升关于散热器出口油流流速的影响系数；3)，在负荷和环境温度不变的条件下改变散热器的散热条件，计算散热条件对绕组温升关于散热器出口油流流速的影响系数；4)，确定绕组温升关于散热器出口油流速度在各种影响因素作用下的修正函数；5)基于确定的油流速度和绕组温升关于散热器出口油流速度的拟合函数确定绕组温升。本发明能够为节能型牵引变压器绕组温升研究提供可靠地试验平台，并基于确定的关联曲线实现对绕组温升的实时测量。

Description

一种牵引变压器绕组温升与油流速度关联性测试的方法

技术领域

本发明属于变压器研究实验装备，具体涉及一种牵引变压器绕组温升与油流速度关联性测试的方法。

背景技术

高速重载是提高铁路运输效率的重要途径，近年来随着经济发展对铁路运能需求的增长，高速重载铁路得到迅速发展。目前中国高铁总里程已达12000公里，30吨轴重重载铁路也已建成。随着电气化铁路的高速化与重载化，牵引变压器在运行过程中产生的损耗也随之增加，在造成极大电能损失的同时，牵引变压器内部发热也越来越严重。牵引变压器的安全运行很大程度上取决于其绝缘状态，而温度是影响变压器绝缘性能的最重要因素，绝缘材料的温度越高，绝缘老化速度越快，寿命越短，而在变压器内部绕组温度最高，绝缘最容易受到破坏，为保证变压器长期安全运行，需要对绕组温升实时监测，准确计算或测量出绕组温升尤其是热点温升是研究变压器绝缘性能的重要方向。

目前研究变压器热点温升的方法有热路法、数值计算法和直接测量法。热路法是根据变压器内部的生热散热原理，将变压器热场内在属性等效为热容、热阻、热流量等集中参数，建立具有实际意义的等值热路，但是热路模型在某些特殊工况下误差较大，局限性明显，如在变压器超额定值过载情况下通过热路模型预测出来的热点温度明显低于实际热点温度；数值计算法是基于计算流体力学对变压器内部热源以及边界条件由解析逼近确定，再对变压器绕组热点温度进行计算和定位。数值计算法中对变压器的结构进行了简化，很多参数和模型都是近似的，所以计算得到的解也是近似的，而且计算量大计算速度慢对设备要求高。直接测量法是在变压器绕组内部埋设温度传感器直接测量温度，这必将增加生产成本，而时变的大电流产生的强磁场会影响温度传感器的测量精度，同时在绕组内部埋设温度传感器对变压器的绝缘性能又提出来更高的要求。计算牵引变压器绕组温升与油流速度关联性，用易于测得的油流速度来推算绕组温升有助于变压器绕组温升的实时监控。

发明内容

针对背景技术中所述的牵引变压器绕组温升尤其是热点温升的计算与测量中的局限问题，本发明的目的是提供一种牵引变压器绕组温升与油流速度关联性测试的方法，通过在线测量油流速度得到变压器绕组实时温升。

本发明的目的是通过如下的手段实现的。

一种牵引变压器绕组温升与油流速度关联性测试的方法。

其试验系统包括：以由电热丝14和U型绝缘杆15构成的铁芯发热元件由内及外分别为：环氧树脂桶16、低压绕组10、高压绕组9、和器身6，铁芯0及各绕组间设置相应的绝缘构造；器身内空隙以绝缘油22充斥；电热丝14缠绕在U型绝缘杆上，其抽头可调交流电源3相连；相应地，高压绕组9和低压绕组10的抽头分别与第一可调直流电源1和第二可调直流电源2相连)；所述冷却系统由散热器11、油泵13、回流阀12、绝缘油22构成，与器身6内部空间构成油路，在环氧树脂桶16四周均匀打有小孔；在器身的出油口部设置有流量计和温度传感器；在各绕组内设置有温度传感器及阻值测量装置；

所述实验方法包含以下步骤

1)、在环境温度和散热条件不变的条件下测试变压器在不同负荷下绕组的温升及散热器出口处油流流速，计算出绕组温升关于散热器出口处油流速度的拟合函数；

2)、在负荷和散热条件不变的条件下改变环境温度，计算环境温度对绕组温升关于散热器出口油流流速的影响系数；

3)、在负荷和环境温度不变的条件下改变散热器的散热条件，计算散热条件对绕组温升关于散热器出口油流流速的影响系数；

4)、确定绕组温升关于散热器出口油流速度在各种影响因素作用下的修正函数；

5)、基于步骤1)确定的油流速度和绕组温升关于散热器出口油流速度的拟合函数确定绕组温升。

本发明为研究变压器在牵引负荷下的温度场与油流场提供基础平台，具有以下优点：

1)能够避免强电场和强磁场对测量仪器的干扰，提高测量精度。

2)能够模拟牵引变压器急剧变化的负荷，与牵引变压器的真实工况相似。

3)本发明利用运行中的变压器绕组温升与油流流速的内在关联性，确定绕组热点温升及绕组平均温升和油流速度的关联曲线，利用易于测得的油流速度来预测绕组温升，避免在绕组中安装传感器，破坏变压器的绝缘结构，降低监测成本，实现变压器绕组温升的在线监测。

附图说明

图1本发明试验系统示意图

图2绕组热点温升计算流程图

图3绕组平均温升计算流程图

具体实施方式

图1所示为本发明试验系统示意图。如图所示，本发明系统包括：第一可调直流电源1、第二可调直流电源2、可调交流电源3、直流电阻电4、计算机5、无纸记录仪6、温度传感器10、流速传感器11、风扇12、超声波流量计13、试验变压器19。试验变压器19主要由绝缘子7、高压绕组8、低压绕组9、风扇12、中心电阻丝14、U型绝缘杆15、环氧树脂桶16、散热器17、变压器壳体与支撑部件18组成。试验变压器19的中心是铁芯0，中心电阻丝14缠绕在U型绝缘杆15上并置于环氧树脂桶16内。环氧树脂桶16四周均匀打上小孔(每个圆周打4个孔，共24个孔)，以便冷油从环氧树脂桶16的底部进入，热油从圆周小孔流出，模拟铁芯表面的对流散热，将阻值为120欧的中心电阻丝14缠绕在U型绝缘杆15上并置于环氧树脂桶中，高压绕组8为电阻值为75欧的电阻丝制成，低压绕组9为电阻值为58欧的电阻丝制成。

图2图3所示为本发明绕组温升计算流程图，结合图1本发明试验步骤为：

1)：将第一可调直流电源1与高压绕组8连接，第二可调直流电源2与低压绕组9连接，可调交流电源3与中心电阻丝14连接；将流速传感器11安装在散热器17出口处，并与超声波流量计13连接；将温度传感器10安装在不同高度的饼与饼之间，并与无纸记录仪6连接。

2)：开启可调交流电源3，使得中心电热丝14的发热功率等于变压器铁芯额定空载损耗，待绕组温度稳定之后记录高压绕组8和低压绕组9的最高温度和散热器17出口的油流速度，并用直流电阻电桥4测试高压绕组8和低压绕组9此时的电阻值。

3)：同时开启第一可调直流电源1和第二可调直流电源2给高压绕组8和低压绕组9供电，并保持高压绕组8和低压绕组9的发热功率之比为真实损耗比，待温度场稳定后记录绕组的最高温度和散热器17出口的油流速度，将第一可调直流电源1和第二可调直流电源2与高压绕组8和低压绕组9断开，并用直流电阻电桥4快速测出高压绕组8和低压绕组9的电阻值，测试完之后继续用第一可调直流电源1和第二可调直流电源2给高压绕组8和低压绕组9供电，并逐步加大可调直流电源的输出功率，测量并记录相应的数据。

4)：根据测得的高压绕组8和低压绕组9阻值以及材料的温度系数计算出绕组的平均温升，并用计算机5拟合出绕组热点温升及绕组平均温升关于散热器17出口油流速度的拟合函数F3，F4。

5)：在保持高压绕组8和低压绕组9发热功率和散热条件不变的情况下，测试不同环境温度时绕组温升和油流速度，得到不同环境温度时绕组热点温升和绕组平均温升以及散热器17出口油流速度，并用计算机5拟合出环境温度对绕组热点温升及绕组平均温升关于散热器17出口油流速度的拟合函数F3，F4的修正系数K1，K2

第六步：在保持高压绕组8和低压绕组9发热功率和环境温度不变的情况下，测试不同散热条件时绕组温升和油流速度，得到不同散热条件时绕组热点温升和绕组平均温升以及散热器17出口油流速度，并用计算机拟合出散热条件对绕组热点温升及绕组平均温升关于散热器出口油流速度的拟合函数F3，F4的修正系数K3，K4

第七步：通过确定的各种负载情况下的绕组热点温升和绕组平均温升关于散热器出口处的油流速度之间的拟合函数F3，F4和环境温度对绕组热点温升及绕组平均温升关于散热器出口油流速度的拟合函数F3，F4的修正系数K1，K2以及散热条件对绕组热点温升及绕组平均温升关于散热器出口油流速度的拟合函数F3，F4的修正系数K3，K4，得到绕组热点温升和绕组平均温升关于油流速度的修正函数F1＝K1×K3×F3，F2＝K2×K4×F4。

Claims (4)

1.一种牵引变压器绕组温升与油流速度关联性测试的方法，其特征在于，

试验系统包括：以由电热丝(14)和U型绝缘杆(15)构成的铁芯发热元件由内及外分别为：环氧树脂桶(16)、低压绕组(10)、高压绕组(9)、和器身(6)，铁芯(0)及各绕组间设置相应的绝缘构造；器身内空隙以绝缘油(22)充斥；电热丝(14)缠绕在U型绝缘杆(15)上，其抽头可调交流电源(3)相连；相应地，高压绕组(9)和低压绕组(10)的抽头分别与第一可调直流电源(1)和第二可调直流电源(2)相连)；所述冷却系统由散热器(11)、油泵(13)、回流阀(12)、绝缘油(22)构成，与器身(6)内部空间构成油路，在环氧树脂桶(16)四周均匀打有小孔；在器身的出油口部设置有流量计和温度传感器；在各绕组内设置有温度传感器及阻值测量装置；

实验方法包含以下步骤

1)、在环境温度和散热条件不变的条件下测试变压器在不同负荷下绕组的温升及散热器出口处油流流速，计算出绕组温升关于散热器出口处油流速度的拟合函数；

2)、在负荷和散热条件不变的条件下改变环境温度，计算环境温度对绕组温升关于散热器出口油流流速的影响系数；

3)、在负荷和环境温度不变的条件下改变散热器的散热条件，计算散热条件对绕组温升关于散热器出口油流流速的影响系数；

4)、确定绕组温升关于散热器出口油流速度在各种影响因素作用下的修正函数；

5)、基于步骤1)确定的油流速度和绕组温升关于散热器出口油流速度的拟合函数确定绕组温升。

2.根据权利要求1所述的一种牵引变压器绕组温升与油流速度关联性测试的方法，其特征在于：通过调节第一可调直流电源(1)与第二可调直流电源(2)的输出功率能够模拟节能型牵引变压器实际负载变化。

3.根据权利要求1所述的一种牵引变压器绕组温升与油流速度关联性测试的方法，其特征在于，由测量绕组阻值并与材料的温度系数对比计算绕组平均温升，通过埋设在绕组内部的温度传感器直接测量绕组的热点温度。

4.根据权利要求1所述的一种牵引变压器绕组温升与油流速度关联性测试的方法，其特征在于基于环境温度、不同散热条件等因素影响下拟合出油流速度与绕组温升关联曲线，以易于测量的油流速度直接读取绕组温升。