CN106768480A - 一种基于热路模型获取变压器的绕阻热点温度的方法 - Google Patents

一种基于热路模型获取变压器的绕阻热点温度的方法 Download PDF

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许晓路
张本
胡志武
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Abstract

本发明提供了一种基于热路模型获取变压器的绕阻热点温度的方法，应用于获取变压器的绕阻热点温度，其中，根据太阳辐射热量建立基于环境温度的热路模型，通过热路模型获取变压器的绕阻热点温度；热路模型包括平均油温模型，顶层油温模型，绕阻热点温度模型；根据平均油温模型对应的微分方程计算获得平均油温；计算获得的平均油温代入顶层油温模型对应的微分方程计算获得顶层油温；将计算获得的顶层油温代入绕阻热点温度模型对应的微分方程计算获得绕阻热点温度。其技术方案的有益效果在于，通过热路模型计算出绕组热点温度，使获得的热点温度值更加的准确克服了现有技术中未考虑太阳辐射热量以及环境温度对绕阻热点温度的影响。

Description

一种基于热路模型获取变压器的绕阻热点温度的方法
技术领域
本发明涉及电力设备技术领域，尤其涉及一种基于热路模型获取变压器的绕组热点温度的方法。
背景技术
在油浸式变压器的运行过程中，往往处于安全性考虑，其运行的容量都是远低于额定容量，设备往往达不到有效利用，变压器内部绝缘材料的寿命是影响变压器运行容量大小的重要因素，其中绝缘材料的热劣化六℃准则，表明绕组的热点温度在80-140℃的温度区间，每上升6℃，其绝缘老化率会增倍，导致其寿命减半，绕组热点温度一旦超过140℃，将危及变压器的正常运行，因此需要实时的监控变压器的绕组热点温度，在现有的检测绕组热点温度技术中，通常采用的是以计算的方式获得，其计算的方法包括数值计算法，国家标准推荐计算法，以及热路比拟计算法，但是这些算法均没有考虑外界的太阳辐射对应变压器内部的温度造成的影响，进而使得测出的绕组热点温度值不够准确。
发明内容
针对现有技术中获取油浸式变压器的绕组热点温度存在的上述问题，现提供一种旨在实现基于太阳辐射热量建立热路模型，根据热路模型获取油浸式变压器的绕组热点温度方法。
具体技术方案如下：
一种基于热路模型获取变压器的绕阻热点温度的方法，应用于评估变压器的过载能力，其特征在于，根据太阳辐射热量建立基于环境温度的热路模型，通过所述热路模型获取所述变压器的绕组热点温度；
所述热路模型包括平均油温模型，顶层油温模型，绕组热点温度模型；
所述绕组热点温度模型对应的微分方程：
所述顶层油温模型对应的微分方程：
所述平均温度模型对应的微分方程：
其中，qcu为铜芯热量，qfe为铁芯热量，qsun为影响所述变压器的顶层油温的太阳辐射能量，q′sun为影响所述变压器的平均油温的太阳辐射能量，θmoil为平均油温，θhoil为顶层油温，θhs为绕组热点温度，θamb为环境温度；
Cmoil，Rmoil分别为所述平均油温的热电容和热阻；
Choil-moil，Rhoil-moil分别为所述顶层油温的热电容和热阻；
Chs-hoil，Rhs-hoil分别为所述绕组热点温度的热电容和热阻；
根据所述热路模型获取所述绕组热点温度包括以下步骤：
步骤S1、根据所述平均油温模型对应的微分方程计算获得平均油温；
步骤S2、将计算获得的所述平均油温代入所述顶层油温模型对应的微分方程计算获得顶层油温；
步骤S3、将计算获得的所述顶层油温代入所述绕组热点温度模型对应的微分方程计算获得所述绕组热点温度。
优选的，所述步骤S1中：
在所述平均油温模型对应的微分方程中，所述环境温度可通过外部测量获得，所述平均油温的热电容和热阻可通过通用计算式计算获得。
优选的，所述步骤S2中：
在所述顶层油温模型对应的微分方程中，所述顶层油温的热电容和热阻可通过通用计算式计算获得。
优选的，所述步骤S3中：
所述绕组热点温度模型对应的微分方程中，所述绕组热点温度中的热电容和热阻通过通用式计算获得。
优选的，所述通用式为：
C为热电容，R为热阻；
其中，c为单位单元内的比热容，ρ为介质密度，ν为介质的体积
q为热源，θ为导致热量转移的温度，n为常数。
优选的，q′sun＝0.3AcPsun，Psun＝IR＝951.39(sin a)1.15；
其中，A为所述变压器箱体受辐射的面积；
c为所述变压器箱体表面材料的辐射吸收率；
Psun为太阳到达地球表面单位面积上的辐射功率；
a为太阳高度与地平线的夹角。
优选的，根据所述热路模型，获得所所述绕组热点温度的计算公式；
根据所述计算公式获得所述绕组热点温度，其中，θamb为所述环境温度，Δθor为顶层油温升，R为负载损耗比，K为负载系数，x为变压器油经验值，y为绕组经验值。
上述技术方案具有如下优点或有益效果：在计算获取油浸式变压器的绕组热点温度时，根据太阳的辐射热量以及油浸式变压器的环境热量建立热路模型，通过热路模型计算出绕组的绕组热点温度，使获得的绕组热点温度值更加的准确，克服了现有技术中忽略太阳辐射热量以及环境温度对绕组热点温度的影响。
附图说明
参考所附附图，以更加充分的描述本发明的实施例。然而，所附附图仅用于说明和阐述，并不构成对本发明范围的限制。
图1为本发明一种基于热路模型获取变压器的绕阻热点温度的方法的实施例的流程图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，但不作为本发明的限定。
本发明的技术方案中包括一种基于热路模型获取变压器的绕阻热点温度的方法。
一种基于热路模型获取变压器的绕阻热点温度的方法的实施例，应用于评估变压器的过载能力，其特征在于，根据太阳辐射热量建立基于环境温度的热路模型，通过热路模型获取变压器的绕组热点温度；
上述的热路模型包括平均油温模型，顶层油温模型，绕组热点温度模型；
绕组热点温度模型对应的微分方程：
顶层油温模型对应的微分方程：
平均温度模型对应的微分方程：
其中，qcu为铜芯热量，qfe为铁芯热量，qsun为影响变压器的顶层油温的太阳辐射能量，q′sun为影响变压器的平均油温的太阳辐射能量，θmoil为平均油温，θhoil为顶层油温，θhs为绕组热点温度，θamb为环境温度；
Cmoil，Rmoil分别为平均油温的热电容和热阻；
Choil-moil，Rhoil-moil分别为顶层油温的热电容和热阻；
Chs-hoil，Rhs-hoil分别为绕组热点温度的热电容和热阻；
根据热路模型获取绕组热点温度包括以下步骤：
步骤S1、根据平均油温模型对应的微分方程计算获得平均油温；
步骤S2、将计算获得的平均油温代入顶层油温模型对应的微分方程计算获得顶层油温；
步骤S3、将计算获得的顶层油温代入绕组热点温度模型对应的微分方程计算获得绕组热点温度。
上述技术方案中，通过建立热路模型，可方便的实时计算获取的变压器的绕组热点温度，其中热路模型主要由平均油温模型，顶层油温模型，绕组温度模型组成；
在计通过热路模型计算获得变压器的绕组热点温度时；
首先可通过平均油温模型对应的微分方程计算获得平均油温，具体的计算过程为，qcu，铜芯热量，qfe，铁芯热量，qsun，影响变压器的顶层油温的太阳辐射能量，q′sun，影响变压器的平均油温的太阳辐射能量，可通过计算获得，Cmoil，Rmoil分别可计算获得，环境温度可通过测量获得，因此在平均油温对应的微分方程式中仅平均油温是未知，通过将计算获得的已知数据带入此微分方程中即可算出平均油温；
接着将算出的平均油温值带入顶层油温模型中，其中在顶层油温模型对应的微分方程式中，Choil-moil，Rhoil-moil可通过具体算出，其它的变量同样可以计算获得，因此可通过算出的已知量求出顶层油温；
最后将算出的顶层油温带入绕组热点温度模型中，其中在绕组热点温度模型对应的微分方程式中，Chs-hoil，Rhs-hoil可通过计算获得，其它的变量同样可以计算获得，因此可通过算出的已知量求出热点油温；
需要说明的是，由于太阳辐射的角度不同因此会出现影响变压器的顶层油温的太阳辐射能量，以及影响变压器的平均油温的太阳辐射能量；
变压器的绕组热点温度表示变压器的绕组中最热的温度点。
在一种较优的实施方式中，步骤S1中：
在平均油温模型对应的微分方程中，环境温度可通过外部测量获得，平均油温的热电容和热阻可通过通用计算式计算获得。
在一种较优的实施方式中，步骤S2中：
在顶层油温模型对应的微分方程中，顶层油温的热电容和热阻可通过通用计算式计算获得。
在一种较优的实施方式中，步骤S3中：
绕组热点温度模型对应的微分方程中，绕组热点温度中的热电容和热阻通过通用式计算获得。
在一种较优的实施方式中，通用式为：
C为热电容，R为热阻；
其中，c为单位单元内的比热容，ρ为介质密度，ν为介质的体积
q为热源，θ为导致热量转移的温度即温升，n为常数。
上述技术方案中，平均油温模型，顶层油温模型，绕组热点温度模型对应的热电容以及热阻，均通过该通用式计算获得；
需要说明的是热路模型中变压器的热阻，包括两种，一种是变压器箱体对外散热热阻，一种是变压器冷却器散热热阻，其中变压器箱体散热热阻较大，对变压器整体散热影响较小，通常忽略不计，只计算变压器冷却器散热热阻，其计算公式为：
hF表示未受到风扇作用的片散表面换热系数，hN表示受到风扇作用的片散表面换热系；W、H分别表示片散的宽度与高度。
在一种较优的实施方式中，q′sun＝0.3AcPsun，Psun＝IR＝951.39(sin a)1.15；
其中，A为变压器箱体受辐射的面积，单位㎡；
c为变压器箱体表面材料的辐射吸收率，变压器表面的辐射吸收率决定于材料性质、颜色以及表面粗糙度等；
Psun为太阳到达地球表面单位面积上的辐射功率，单位W/㎡
a为太阳高度与地平线的夹角。
在一种较优的实施方式中，根据所述热路模型中的油温模型，顶层油温模型，绕组热点温度模型，推倒获得所所述绕组热点温度的计算公式；
根据所述计算公式获得所述绕组热点温度值；其中，θamb为所述环境温度，Δθor为顶层油温升，Δθhoil为额定负载下热点到顶层油的温度梯度，R为负载损耗比，K为负载系数，x为变压器油经验值，y为绕组经验值。
负载损耗比，负载系数，变压器油经验值，绕组经验值的参数值均是已知，可获得，根据获得的顶层温度可计算获得最终的绕组热点温度。
以上所述仅为本发明较佳的实施例，并非因此限制本发明的实施方式及保护范围，对于本领域技术人员而言，应当能够意识到凡运用本发明说明书及图示内容所作出的等同替换和显而易见的变化所得到的方案，均应当包含在本发明的保护范围内。

Claims (7)

1.一种基于热路模型获取变压器的绕阻热点温度的方法，应用于获取变压器的绕组热点温度，其特征在于，根据太阳辐射热量建立基于环境温度的热路模型，通过所述热路模型获取所述变压器的绕组热点温度；
所述热路模型包括平均油温模型，顶层油温模型，绕组热点温度模型；
所述绕组热点温度模型对应的微分方程：
所述顶层油温模型对应的微分方程：
所述平均温度模型对应的微分方程：
其中，qcu为铜芯热量，qfe为铁芯热量，qsun为影响所述变压器的顶层油温的太阳辐射能量，q′sun为影响所述变压器的平均油温的太阳辐射能量，θmoil为平均油温，θhoil为顶层油温，θhs为绕组热点温度，θamb为环境温度；
Cmoil，Rmoil分别为所述平均油温的热电容和热阻；
Choil-moil，Rhoil-moil分别为所述顶层油温的热电容和热阻；
Chs-hoil，Rhs-hoil分别为所述绕组热点温度的热电容和热阻；
根据所述热路模型获取所述绕组热点温度包括以下步骤：
步骤S1、根据所述平均油温模型对应的微分方程计算获得平均油温；
步骤S2、将计算获得的所述平均油温代入所述顶层油温模型对应的微分方程计算获得顶层油温；
步骤S3、将计算获得的所述顶层油温代入所述绕组热点温度模型对应的微分方程计算获得所述绕组热点温度。
2.根据权利要求1所述的基于热路模型获取变压器的绕阻热点温度的方法，其特征在于，所述步骤S1中：
在所述平均油温模型对应的微分方程中，所述环境温度可通过外部测量获得，所述平均油温的热电容和热阻可通过通用计算式计算获得。
3.根据权利要求1所述的基于热路模型获取变压器的绕阻热点温度的方法，其特征在于，所述步骤S2中：
在所述顶层油温模型对应的微分方程中，所述顶层油温的热电容和热阻可通过通用计算式计算获得。
4.根据权利要求1所述的基于热路模型获取变压器的绕阻热点温度的方法，其特征在于，所述步骤S3中：
所述绕组热点温度模型对应的微分方程中，所述绕组热点温度中的热电容和热阻通过通用式计算获得。
5.根据权利要求2,3或4所述的基于热路模型获取变压器的绕阻热点温度的方法，其特征在于，所述通用式为：
C＝cρν，C为热电容，R为热阻；
其中，c为单位单元内的比热容，ρ为介质密度，ν为介质的体积
q为热源，θ为导致热量转移的温度，n为常数。
6.根据权利要求1所述的基于热路模型获取变压器的绕阻热点温度的方法，其特征在于，qsun＝AcPsun，q′sun＝0.3AcPsun，Psun＝IR＝951.39(sin a)1.15；
其中，A为所述变压器箱体受辐射的面积；
c为所述变压器箱体表面材料的辐射吸收率；
Psun为太阳到达地球表面单位面积上的辐射功率；
a为太阳高度与地平线的夹角。
7.根据权利要求1所述的基于热路模型获取变压器的绕阻热点温度的方法，其特征在于，根据所述热路模型，获得所述绕组热点温度的计算公式；
根据所述计算公式获得所述绕组热点温度；
其中，θamb为所述环境温度，Δθor为顶层油温升，Δθhoil为额定负载下热点到顶层油的温度梯度，R为负载损耗比即负载损耗与空载损耗比，K为负载系数，x为变压器油经验值，y为绕组经验值。
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