CN112666209A - 一种强迫油循环导向绕组传热强化能力的评估方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种强迫油循环导向绕组传热强化能力的评估方法,包括以下步骤:建立强迫油循环导向绕组传热强化能力试验平台、获取不安装挡油板状态下温度与压力数据、分别获取安装n个挡油板状态下的温度与压力数据、计算换热增强系数、计算压力衰减因子、计算传热强化评估因子、评估挡油板数量为N时强迫油循环导向绕组传热强化能力。本发明的有益效果在于:能够实现强迫油循环导向绕组传热强化能力的准确评估,为挡油板总数量的选择提供新的手段,有助于强迫油循环导向绕组结构优化设计和传热强化特性提升,有效提高了变压器绕组传热强化结构设计阶段的工作效率,减少人力物力的消耗。
Description
技术领域
本发明涉及电气绝缘在线检测与故障诊断领域,特别是一种强迫油循环导向绕组传热强化能力的评估方法。
背景技术
运行中的变压器其内部温度会在绕组铜耗和铁耗的作用下升高,若铜耗和铁耗产生的热量不能被及时和合理的传递到变压器外部,积聚的热量将使绕组绝缘受到加速老化甚至直接破坏,进而引发严重事故。由此可见,冷却设计是变压器整体设计中重要的一环。强迫油循环导向的冷却方式作为典型的传热强化方式,相比于自然油循环冷却和自然油循环导向冷却方式具有散热功率大的特点,在大容量、高电压等级的大型电力变压器等设备中被广泛运用。强迫油循环导向冷却方式主要是通过在饼式绕组的饼间油道中设置挡油板进行强化传热,迫使内、外侧油道中的变压器油沿指定路径通过绕组内部并尽量充分接触绕组表面,最大限度提高散热效率。流速恒定的情况下,强迫油循环导向冷却的传热强化能力与挡油板的数量直接相关:挡油板的数量越多,绕组表面的换热系数越大,绕组平均温度越低。但实际情况中变压器油泵驱动力有限,盲目增加挡油板数量的同时会引起油流阻力增大,油流阻力增大使得油流速度降低,反而使得传热强化能力降低。因此,为了使强迫油循环导向冷却能够发挥最大的传热强化能力,挡油板数量在变压器的设计阶段需要被仔细评估和计算。当前工程上有关挡油板数量的选取问题多是依靠厂家的经验处理,并且需要大量的反复试验,对时间和金钱的消耗巨大,并且经验手册计算得出的数值往往有较大的误差,通用性也较差;在试验的过程中,也缺乏能够将传热增强量和压力损失量统一起来的评估指标指导试验。因此,急需一种能够准确评估强迫油循环导向绕组传热强化能力的方法,高效指导变压器生产过程中强迫导向绕组的挡油板数量选择,最大程度优化传热强化性能。
发明内容
针对上述技术问题,本发明的目的是提出一种强迫油循环导向绕组传热强化能力的评估方法,能够实现强迫油循环导向绕组传热强化能力的准确评估。
实现本发明目的的技术方案如下:
第一步、建立强迫油循环导向绕组传热强化能力试验平台
强迫油循环导向绕组传热强化试验平台包括:绕组生热装置(1)、挡油板(2)、挡油板卡槽(3)、直流电源(4)、油泵(5)、油循环管路(6)、恒温控制器(7)、入口压力传感器(8)、油流入口阀门(9)、出口压力传感器(10)、油流出口阀门(11)、绕组温度传感器(12)、数据采集终端(13)、上挡板(14)、下挡板(15)、左挡板(16)、右挡板(17)、入口油温传感器(18)、出口油温传感器(19);
上挡板(14)、下挡板(15)、左挡板(16)、右挡板(17)形成实验装置的油箱,并在上侧和下侧形成变压器油的出口和入口;绕组生热装置(1)在油箱内部放置;绕组生热装置(1)与直流电源(4)相连,用于使绕组生热装置(1)在直流电流作用下模拟绕组铜损;绕组生热装置(1)中嵌入绕组温度传感器(12),绕组温度传感器(12)与数据采集终端(13)相连以采集绕组生热装置的温度数据;入口油温传感器(18)和出口油温传感器(19)与数据采集终端(13)相连以采集装置进、出口油温数据;挡油板卡槽(3)交替安装在左挡板(16)和右挡板(17)内壁,使得插入挡油板(2)后构成交错的油流通道;可拆卸的挡油板(2)插在挡油板卡槽(3)中,一个挡油板卡槽(3)中只能插入一个挡油板(2);油流入口阀门(9)安装在变压器油入口处,入口压力传感器(8)安装在油流入口阀门(9)外侧;油流出口阀门(11)安装在变压器油出口处,出口压力传感器(10)安装在油流出口阀门(11)外侧;入口压力传感器(8)和出口压力传感器(10)与数据采集终端(13)相连以采集压力数据;油循环管路(6)、恒温控制器(7)和油泵(5)组成变压器油循环流动的路径,连接在油流出口阀门(11)和油流入口阀门(9)之间,使得变压器油循环流动并保持油流入口阀门(9)处的温度保持为恒温控制器(7)的设定值;
第二步、获取不安装挡油板状态下温度与压力数据
所有挡油板卡槽(3)中均不安装挡油板(2),设置油泵(5)流量为0.5kg/s,设置恒温控制器(7)的温度为Tamb,单位为K;打开油流入口阀门(9)、油流出口阀门(11)和油泵(5),使变压器油以0.5kg/s的流量循环流动;
获得所有绕组温度传感器(12)采集到的温度的最大值,记为Tmax-0;获得所有绕组温度传感器(12)采集到的温度的平均值,记为Tmean-0;获得入口压力传感器(8)的压力值,记为Pin-0;获得出口压力传感器(10)的压力值,记为Pout-0;获得入口油温传感器(18)的温度值,记为Tin-0;获得出口油温传感器(19)的温度值,记为Tout-0;上述测得温度数据单位为K,压力数据单位为Pa;
第三步、分别获取安装n个挡油板状态下的温度与压力数据
从最下侧挡油板卡槽(3)开始,自下而上插入n个挡油板(2),n∈[1,N],1<N≤M,N为挡油板(2)个数,M为挡油板卡槽(3)个数;设置油泵(5)流量为0.5kg/s;记所有绕组温度传感器(12)采集到的温度的最大值为Tmax-n;获得所有绕组温度传感器(12)采集到的温度的平均值,记为Tmean-n;获得入口压力传感器(8)的压力值,记为Pin-n;获得出口压力传感器(10)的压力值Pout-n;获得入口油温传感器(18)的温度值,记为Tin-n;获得出口油温传感器(19)的温度值,记为Tout-n;最终,Tmax-n、Tmean-n、Pin-n、Pout-n、Tin-n、Tout-n各能获取N个数据;上述测得温度数据单位为K,压力数据单位为Pa;
第四步、计算换热增强系数Cen
第五步、计算压力衰减因子Pen
第六步、计算传热强化评估因子E
第七步、评估挡油板数量为N时强迫油循环导向绕组传热强化能力
若E>0.1,则挡油板数量为N时强迫油循环导向绕组传热强化能力良好;若E≤0.1,则挡油板数量为N时强迫油循环导向绕组传热强化能力不良。
本发明的有益效果在于,一种强迫油循环导向绕组传热强化能力的评估方法具有以下优点:
1)本发明首次提出了评判强迫油循环导向绕组传热强化能力的指标,能够实现强迫油循环导向绕组传热强化能力的准确评估,为挡油板总数量的选择提供新的方法,有助于强迫油循环导向绕组结构优化设计和传热强化特性提升;
2)相比大量的反复试验与经验手册计算,本发明所提方法能够将传热增强量和压力损失量统一并指导试验,能够有效提高变压器绕组传热强化结构设计阶段的工作效率,减少人力物力的消耗。
附图说明
图1是本发明涉及的一种强迫油循环导向绕组传热强化能力的评估方法的流程图;
图2是本发明涉及的强迫油循环导向绕组传热强化能力试验平台的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施过程对本发明进行进一步说明。需要强调的是,此处所描述的具体实施案例仅仅用于解释本发明,并不限定本发明构思及其权利要求之范围。
第一步、建立强迫油循环导向绕组传热强化能力试验平台
强迫油循环导向绕组传热强化试验平台包括:绕组生热装置1、挡油板2、挡油板卡槽3、直流电源4、油泵5、油循环管路6、恒温控制器7、入口压力传感器8、油流入口阀门9、出口压力传感器10、油流出口阀门11、绕组温度传感器12、数据采集终端13、上挡板14、下挡板15、左挡板16、右挡板17、入口油温传感器18、出口油温传感器19;
上挡板14、下挡板15、左挡板16、右挡板17形成实验装置的油箱,并在上侧和下侧形成变压器油的出口和入口;绕组生热装置1在油箱内部放置,绕组生热装置1在竖直方向上留有间隙用于模拟饼式绕组的水平油道;绕组生热装置1与直流电源4相连,用于使绕组生热装置1在直流电流作用下模拟绕组铜损;绕组生热装置1中嵌入绕组温度传感器12,绕组温度传感器12与数据采集终端13相连以采集绕组生热装置的温度数据;入口油温传感器18和出口油温传感器19与数据采集终端13相连以采集装置进、出口油温数据;挡油板卡槽3交替安装在左挡板16和右挡板17内壁,使得插入挡油板2后构成交错的油流通道;可拆卸的挡油板2插在挡油板卡槽3中,一个挡油板卡槽3中只能插入一个挡油板2;油流入口阀门9安装在变压器油入口处,入口压力传感器8安装在油流入口阀门9外侧;油流出口阀门11安装在变压器油出口处,出口压力传感器10安装在油流出口阀门11外侧;入口压力传感器8和出口压力传感器10与数据采集终端13相连以采集压力数据;油循环管路6、恒温控制器7和油泵5组成变压器油循环流动的路径,连接在油流出口阀门11和油流入口阀门9之间,使得变压器油循环流动并保持油流入口阀门9处的温度保持为恒温控制器7的设定值;
第二步、获取不安装挡油板状态下温度与压力数据
所有挡油板卡槽3中均不安装挡油板2,设置油泵5流量为0.5kg/s,设置恒温控制器7的温度为Tamb=300K;打开油流入口阀门9、油流出口阀门11和油泵5,使变压器油以0.5kg/s的流量循环流动;
在数据采集终端13中获得所有绕组温度传感器12采集到的温度值,数据采集终端直接可输出绕组温度传感器中温度最高的传感器的温度值,记为Tmax-0;同理,获得所有绕组温度传感器12采集到的温度的平均值,记为Tmean-0;获得入口压力传感器8的压力值,记为Pin-0;获得出口压力传感器10的压力值,记为Pout-0;获得入口油温传感器18的温度值,记为Tin-0;获得出口油温传感器19的温度值,记为Tout-0;结束第二步,获得Tmax-0=352K、Tmean-0=339K、Pin-0=645Pa、Pout-0=376Pa、Tin-0=300K、Tout-0=315K;
第三步、分别获取安装n个挡油板状态下的温度与压力数据
挡油板卡槽3个数M为6个,挡油板2个数N为5个;从最下侧挡油板卡槽3开始,自下而上插入n个挡油板2,n∈[1,N];设置油泵5流量为0.5kg/s;从n=1开始,记所有绕组温度传感器12采集到的温度的最大值为Tmax-n;获得所有绕组温度传感器12采集到的温度的平均值,记为Tmean-n;获得入口压力传感器8的压力值,记为Pin-n;获得出口压力传感器10的压力值Pout-n;获得入口油温传感器18的温度值,记为Tin-n;获得出口油温传感器19的温度值,记为Tout-n;n=1时的数据记录完毕后,令n的取值加1;若此时n≤N,再次执行第三步并记录数据,直至n>N时停止执行第三步;最终,Tmax-n、Tmean-n、Pin-n、Pout-n、Tin-n、Tout-n各能获取N个数据;
第四步、计算换热增强系数Cen
将第二步和第三步获得的数据代入下式,计算换热增强系数Cen,得到Cen=0.009694;
第五步、计算压力衰减因子Pen
将第二步和第三步获得的数据代入下式,计算压力衰减因子Pen,得到Pen=5.356;
第六步、计算传热强化评估因子E
将第四步和第五步获得的数据代入下式,计算传热强化评估因子E,得到E=0.04254;
第七步、评估挡油板数量为N时强迫油循环导向绕组传热强化能力
若E>0.1,则挡油板数量为N时强迫油循环导向绕组传热强化能力良好;若E≤0.1,则挡油板数量为N时强迫油循环导向绕组传热强化能力不良。
Claims (1)
1.一种强迫油循环导向绕组传热强化能力的评估方法,其特征在于,包括以下步骤:
第一步、建立强迫油循环导向绕组传热强化能力试验平台
强迫油循环导向绕组传热强化试验平台包括:绕组生热装置(1)、挡油板(2)、挡油板卡槽(3)、直流电源(4)、油泵(5)、油循环管路(6)、恒温控制器(7)、入口压力传感器(8)、油流入口阀门(9)、出口压力传感器(10)、油流出口阀门(11)、绕组温度传感器(12)、数据采集终端(13)、上挡板(14)、下挡板(15)、左挡板(16)、右挡板(17)、入口油温传感器(18)、出口油温传感器(19);
上挡板(14)、下挡板(15)、左挡板(16)、右挡板(17)形成实验装置的油箱,并在上侧和下侧形成变压器油的出口和入口;绕组生热装置(1)在油箱内部放置;绕组生热装置(1)与直流电源(4)相连,用于使绕组生热装置(1)在直流电流作用下模拟绕组铜损;绕组生热装置(1)中嵌入绕组温度传感器(12),绕组温度传感器(12)与数据采集终端(13)相连以采集绕组生热装置的温度数据;入口油温传感器(18)和出口油温传感器(19)与数据采集终端(13)相连以采集装置进、出口油温数据;挡油板卡槽(3)交替安装在左挡板(16)和右挡板(17)内壁,使得插入挡油板(2)后构成交错的油流通道;可拆卸的挡油板(2)插在挡油板卡槽(3)中,一个挡油板卡槽(3)中只能插入一个挡油板(2);油流入口阀门(9)安装在变压器油入口处,入口压力传感器(8)安装在油流入口阀门(9)外侧;油流出口阀门(11)安装在变压器油出口处,出口压力传感器(10)安装在油流出口阀门(11)外侧;入口压力传感器(8)和出口压力传感器(10)与数据采集终端(13)相连以采集压力数据;油循环管路(6)、恒温控制器(7)和油泵(5)组成变压器油循环流动的路径,连接在油流出口阀门(11)和油流入口阀门(9)之间,使得变压器油循环流动并保持油流入口阀门(9)处的温度保持为恒温控制器(7)的设定值;
第二步、获取不安装挡油板状态下温度与压力数据
所有挡油板卡槽(3)中均不安装挡油板(2),设置油泵(5)流量为0.5kg/s,设置恒温控制器(7)的温度为Tamb,单位为K;打开油流入口阀门(9)、油流出口阀门(11)和油泵(5),使变压器油以0.5kg/s的流量循环流动;
获得所有绕组温度传感器(12)采集到的温度的最大值,记为Tmax-0;获得所有绕组温度传感器(12)采集到的温度的平均值,记为Tmean-0;获得入口压力传感器(8)的压力值,记为Pin-0;获得出口压力传感器(10)的压力值,记为Pout-0;获得入口油温传感器(18)的温度值,记为Tin-0;获得出口油温传感器(19)的温度值,记为Tout-0;上述测得温度数据单位为K,压力数据单位为Pa;
第三步、分别获取安装n个挡油板状态下的温度与压力数据
从最下侧挡油板卡槽(3)开始,自下而上插入n个挡油板(2),n∈[1,N],1<N≤M,N为挡油板(2)个数,M为挡油板卡槽(3)个数;设置油泵(5)流量为0.5kg/s;记所有绕组温度传感器(12)采集到的温度的最大值为Tmax-n;获得所有绕组温度传感器(12)采集到的温度的平均值,记为Tmean-n;获得入口压力传感器(8)的压力值,记为Pin-n;获得出口压力传感器(10)的压力值Pout-n;获得入口油温传感器(18)的温度值,记为Tin-n;获得出口油温传感器(19)的温度值,记为Tout-n;最终,Tmax-n、Tmean-n、Pin-n、Pout-n、Tin-n、Tout-n各能获取N个数据;上述测得温度数据单位为K,压力数据单位为Pa;
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