CN113035561A - 一种基于油压测量的变压器绕组油流量平衡设计的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于油压测量的变压器绕组油流量平衡设计的方法，包括：根据变压器的绕组损耗和散热油道结构初步计算各绕组在额定负载或特定负载如过负载情况下的油流及温升情况；根据绕组底部和顶部的进出口油压和面积选定合适的油压测量传感器量程、尺寸参数，确定固定方式并安装所述油压测量传感器；在变压器温升试验时测量油压和常规试验检测的绕组温升；根据绕组的损耗和绕组平均温升测量值、绕组热点温升计算值、油压测量值计算各绕组的流量分配，评价绕组油流是否合理，各绕组温升值是否均衡。本发明实施例采用适应绕组内部安装的小微型油压传感器，实现对装配后实际产品油压的测量，结合常规试验的绕组平均温升、热点温升测量结果。

Description

一种基于油压测量的变压器绕组油流量平衡设计的方法
技术领域
本发明涉及变压器技术领域，尤其涉及一种基于油压测量的变压器绕组油流量平衡设计的方法。
背景技术
变压器的温升问题实际上是电磁生热一流体一温度场的三场耦合问题，变压器绕组的散热油路结构复杂，在设计阶段仍难以实现全场域的电磁-流体-温度场耦合求解，采用二维有限元方法或传统流体解析计算方法，温升计算值存在一定误差。
对于自冷/吹风冷却方式来说，热量通过绕组的外表面传至相邻的油介质中，油被加热，密度降低，沿着器身周围借助浮力向上流动，而下部的冷油接连取代了上浮的油，热油沿着散热器的壁散出它的热，油的密度又重新增加并向下流动，如此循环，构成闭合的流体场。油流量分配及流速是由绕组表面热负荷及绕组散热结构所决定。在大型电力变压器中，变压器由于损耗较高，多设置强迫油循环式冷却系统，变压器油在油泵的作用下以较快的速度进入线圈，带走运行中所产生的大量热量，而后进入冷却器冷却，形成冷却循环，而冷却油路则为固定形式，即油泵开启时，根据油路的设置，油流按固定的比例进入各个线圈，对线圈进行冷却，如果不是对各个绕组散热结构进行统筹设计，就可能造成了各个线圈之间的冷却不均，线圈温升不均，大量的冷却油流被浪费掉了。
另外，变压器绕组是由工人借助绕线机手工制造，受导线种类、垫块、纸筒等绝缘材料特性，绕组套装等工艺影响较大，有时也会出现真实产品与计算模型差异较大，油道不畅通，绕组温升值与计算结果差异较大，甚至温升超标的情况。
发明内容
本发明为了克服现有技术的不足，本发明提供了一种基于油压测量的变压器绕组油流量平衡设计的方法，采用适应绕组内部安装的小微型油压传感器，实现对装配后实际产品油压的测量，结合常规试验的绕组平均温升、热点温升测量结果。
本发明实施例提供一种基于油压测量的变压器绕组油流量平衡设计的方法，所述方法包括：
根据变压器的绕组损耗和散热油道结构初步计算各绕组在额定负载或特定负载如过负载情况下的油流及温升情况；
根据绕组底部和顶部的进出口油压和面积选定合适的油压测量传感器量程、尺寸参数，确定固定方式并安装所述油压测量传感器；
在变压器温升试验时测量油压和常规试验检测的绕组温升，根据国家标准推荐方法计算绕组热点温升值；
根据绕组的损耗和绕组平均温升测量值、绕组热点温升计算值、油压测量值计算各绕组的流量分配，评价绕组油流是否合理，各绕组温升值是否均衡；
若评价结果不合理，则调整绕组的进出油口面积和绕组油道、档油板结构尺寸，重新根据变压器的绕组损耗和散热油道结构初步计算各绕组在额定负载或特定负载如过负载情况下的油流及温升情况直至评价结果。
所述根据变压器的绕组损耗和散热油道结构初步计算各绕组在额定负载或特定负载如过负载情况下的油流及温升情况包括：
计算结果中包含各绕组的底部和顶部进、出口油压、油流量、流速，绕组对油平均温升，绕组热点温升。
所述根据绕组底部和顶部的进出口油压和面积选定合适的油压测量传感器量程、尺寸参数，确定固定方式并安装所述油压测量传感器包括：
油压测量传感器有六个，包含高压线圈进出油口各一个、中压线圈进出油口各一个、低压线圈进出油口各一个、油压测量组件与被测油通路面积比小于2％，不改变油路结构，不影响油路畅通，油压测量组件设置在变压器油通路中，变压器各绕组顶部、底部的进出油口位置；
油压测量传感器量程范围选择根据计算的油流量确定的油压值，油压值在0.1～10倍以上；
对传感器外壳和引线爬电特性要求：耐电场强度E>[Ex]，[Ex]由传感器安装位置的电场强度并留有一定裕度所确定。
所述评价绕组油流是否合理中的评价标准包括：
各绕组油压测量值与各绕组温升值匹配；
将油压、油流量与仿真计算值比较，确认油道畅通；
各绕组温升值均衡；
各绕组热点温升值均衡。
评价绕组油流合理包括：根据变压器的绕组损耗和散热油道结构计算各绕组在额定负载或特定负载如过负载情况下的油流及温升情况，保证油流在绕组间分配合理，各绕组温升均衡。
调整绕组散热油道结构，重新在变压器温升试验时测量油压和常规试验检测的绕组温升，根据国家标准推荐方法计算绕组热点温升值，直至各绕组温升均衡。
相比于现有技术，本发明实施例具有的优点是：
本发明实施例通过采用适应绕组内部安装的小微型油压传感器，实现对装配后实际产品油压的测量，结合常规试验的绕组平均温升、热点温升测量结果，解决绕组温升与油流分配的匹配问题，避免因工艺影响和仿真油流计算不准确造成的油路不通畅和温升超标问题，实现优化绕组散热结构的目的。
通过引入油压测量方法，在变压器不同的工况下，在变压器重载、满载、过负载时，通过油压测量综合评价结构设计和制造工艺对油流的影响，实际测量变压器装配后的绕组真实油流情况，使其根据各个线圈的损耗大小合理分配，使得各个线圈的温升更加均衡一致，达到线圈温升的平衡，且充分利用了油流量，达到了减低油泵负荷，优化整个变压器各绕组温升的效果，同时也对仿真和解析的电磁-流体-温度场计算方法进行校核，避免因工艺影响和仿真油流计算不准确造成的油路不通畅和温升超标问题，实现优化绕组散热结构的目的。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见的，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1为本发明实施例中的基于油压测量的变压器绕组油流量平衡设计方法流程图；
图2为本发明实施例中的油压测量组件在变压器各绕组中安装的示意图。
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前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明实施例为了解决现有技术中所存在的技术问题，借助于现代传感器技术发展，采用适应绕组内部安装的小微型油压传感器，实现对装配后实际产品油流量的测量，结合常规试验的绕组平均温升、热点温升测量结果，解决绕组温升与油流分配的匹配问题，避免因工艺影响和仿真油流计算不准确造成的油路不通畅和温升超标问题，实现优化绕组散热结构的目的。
实施例一
图1示出了本发明实施例中的基于油压测量的变压器绕组油流量平衡设计方法流程图，包括以下步骤：
S101、根据变压器的绕组损耗和散热油道结构初步计算各绕组在额定负载或特定负载如过负载情况下的油流及温升情况；
第一步根据变压器的绕组损耗和散热油道结构初步计算各绕组在额定负载或特定负载如过负载等情况下的油流及温升情况，计算结果中包含各绕组的底部和顶部进、出口油流量、流速，绕组对油平均温升，绕组热点温升。
S102、根据绕组底部和顶部的进出口油压和面积选定合适的油压测量传感器量程、尺寸参数，确定固定方式并安装所述油压测量传感器；
第二步根据绕组底部和顶部的进出口油流速和面积选定合适的油压测量传感器量程尺寸等参数，确定固定方式并安装，图2为本发明实施例中的油压测量组件在变压器各绕组中安装的示意图，包含高压线圈(1)进出油口各一个、中压线圈(2)进出油口各一个、低压线圈(3)进出油口各一个、油压测量组件与被测油通路面积比小于2％，不改变油路结构，不影响油路畅通，所述油压测量组件(5)设置在变压器油通路(4)中，变压器各绕组顶部、底部的进出油口位置，油压测量传感器有六个，组成一组，也可以设置多组传感器进行更精确的测量，仍然要求油压测量组件与被测油通路面积比小于2％，不改变油路结构，不影响油路畅通。
S103、在变压器温升试验时测量油压和常规试验检测的绕组温升，根据国家标准推荐方法计算绕组热点温升值；
第三步在变压器温升试验(满负载或特定负载)时测量油压和常规试验检测的绕组温升，根据国家标准推荐方法计算绕组热点温升值。
S104、根据绕组的损耗和绕组平均温升测量值、绕组热点温升计算值、油压测量值计算各绕组的流量分配；
S105、评价绕组油流是否合理，各绕组温升值是否均衡，如果是则结束，否则进入S106；
这里根据绕组的损耗和绕组平均温升测量值、绕组热点温升计算值、油压测量值计算各绕组的流量分配，评价绕组油流是否合理，各绕组温升值是否均衡，评价的标准如下：一是各绕组油压测量值与油道面积乘积确定的油流量与各绕组损耗匹配，二是将油流量与第一步计算值比较，确认油道畅通，三是各绕组温升值均衡，四是各绕组热点温升值均衡。
S105、调整绕组的进出油口面积和绕组油道、档油板结构尺寸；
根据评价结果，按需要调整绕组的进出油口面积和绕组油道、档油板等结构尺寸，重复第一步，根据变压器的绕组损耗和散热油道结构计算各绕组在额定负载或特定负载如过负载等情况下的油流及温升情况，保证油流在绕组间分配合理，各绕组温升均衡，基本达到第四步的技术要求。
具体实施过程中，必要时可在绕组散热油道结构调整后重复S103-S105，直至各绕组温升均衡。
实施例二
本发明实施例所提供的基于油压测量的变压器绕组油流量平衡设计方法，具体包括如下步骤：
1、第一步根据变压器的绕组损耗和散热油道结构初步计算各绕组在额定负载或特定负载如过负载等情况下的油流及温升情况，计算结果中包含各绕组的底部和顶部进、出口油流量、流速，绕组对油平均温升，绕组热点温升。
2、第二步根据绕组底部和顶部的进出口油流速和面积选定合适的油压测量传感器量程尺寸等参数，确定固定方式并安装，包含高压线圈(1)进出油口各一个、中压线圈(2)进出油口各一个、低压线圈(3)进出油口各一个、油压测量组件与被测油通路面积比小于2％，不改变油路结构，不影响油路畅通，所述油压测量组件(5)设置在变压器油通路(4)中，变压器各绕组顶部、底部的进出油口位置，油压测量传感器有六个，组成一组，也可以设置多组传感器进行更精确的测量，仍然要求油压测量组件与被测油通路面积比小于2％，不改变油路结构，不影响油路畅通。量程范围选择根据第一步计算的油流量确定的油压值，至少在0.1～10倍以上，对传感器外壳和引线爬电特性要求：耐电场强度E>[Ex]，[Ex]由传感器安装位置的电场强度并留有一定裕度所确定。
3、第三步在变压器温升试验(满负载或特定负载)时测量油压和常规试验检测的绕组温升，根据国家标准推荐方法计算绕组热点温升值。
4、第四步根据绕组的损耗和绕组平均温升测量值、绕组热点温升计算值、油压测量值计算各绕组的流量分配，评价绕组油流是否合理，各绕组温升值是否均衡，评价的标准如下：一是各绕组油压测量值与油道面积乘积确定的油流量与各绕组损耗匹配，二是将油流量与第一步计算值比较，确认油道畅通，三是各绕组温升值均衡，四是各绕组热点温升值均衡。
Min(θH，θM，θL)，Max(θH，θM，θL)∈Ave(θH，θM，θL)±3K，式中：θH，θM，θL分别为高压、中压、低压绕组的平均温升，Ave为平均提取方差值。
5、第五步，根据第四步的评价结果，按需要调整绕组的进出油口面积和绕组油道、档油板等结构尺寸，重复第一步，根据变压器的绕组损耗和散热油道结构计算各绕组在额定负载或特定负载如过负载等情况下的油流及温升情况，保证油流在绕组间分配合理，各绕组温升均衡，基本达到第四步的技术要求。
6第六步，必要时可在绕组散热油道结构调整后重复第三步至第五步，直至各绕组温升均衡。
本发明实施例所具有的有益效果：引入油压测量方法，在变压器不同的工况下，在变压器重载、满载、过负载时，通过油压测量综合评价结构设计和制造工艺对油流的影响，实际测量变压器装配后的绕组真实油流情况，使其根据各个线圈的损耗大小合理分配，使得各个线圈的温升更加均衡一致，达到线圈温升的平衡，且充分利用了油流量，达到了减低油泵负荷，优化整个变压器各绕组温升的效果，同时也对仿真和解析的电磁-流体- 温度场计算方法进行校核，避免因工艺影响和仿真油流计算不准确造成的油路不通畅和温升超标问题，实现优化绕组散热结构的目的。
以上对本发明实施例进行了详细介绍，本文中应采用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (6)

1.一种基于油压测量的变压器绕组油流量平衡设计的方法，其特征在于，所述方法包括：
根据变压器的绕组损耗和散热油道结构初步计算各绕组在额定负载或特定负载如过负载情况下的油流及温升情况；
根据绕组底部和顶部的进出口油压和面积选定合适的油压测量传感器量程、尺寸参数，确定固定方式并安装所述油压测量传感器；
在变压器温升试验时测量油压和常规试验检测的绕组温升，根据国家标准推荐方法计算绕组热点温升值；
根据绕组的损耗和绕组平均温升测量值、绕组热点温升计算值、油压测量值计算各绕组的流量分配，评价绕组油流是否合理，各绕组温升值是否均衡；
若评价结果不合理，则调整绕组的进出油口面积和绕组油道、档油板结构尺寸，重新根据变压器的绕组损耗和散热油道结构初步计算各绕组在额定负载或特定负载如过负载情况下的油流及温升情况直至评价结果。
2.如权利要求1所述的基于油压测量的变压器绕组油流量平衡设计的方法，其特征在于，所述根据变压器的绕组损耗和散热油道结构初步计算各绕组在额定负载或特定负载如过负载情况下的油流及温升情况包括：
计算结果中包含各绕组的底部和顶部进、出口油压、油流量、流速，绕组对油平均温升，绕组热点温升。
3.如权利要求2所述的基于油压测量的变压器绕组油流量平衡设计的方法，其特征在于，所述根据绕组底部和顶部的进出口油压和面积选定合适的油压测量传感器量程、尺寸参数，确定固定方式并安装所述油压测量传感器包括：
油压测量传感器有六个，包含高压线圈进出油口各一个、中压线圈进出油口各一个、低压线圈进出油口各一个、油压测量组件与被测油通路面积比小于2％，不改变油路结构，不影响油路畅通，油压测量组件设置在变压器油通路中，变压器各绕组顶部、底部的进出油口位置；
油压测量传感器量程范围选择根据计算的油流量确定的油压值，油压值在0.1～10倍以上；
对传感器外壳和引线爬电特性要求：耐电场强度E>[Ex]，[Ex]由传感器安装位置的电场强度并留有一定裕度所确定。
4.如权利要求3所述的基于油压测量的变压器绕组油流量平衡设计的方法，其特征在于，所述评价绕组油流是否合理中的评价标准包括：
各绕组油压测量值与各绕组温升值匹配；
将油压、油流量与仿真计算值比较，确认油道畅通；
各绕组温升值均衡；
各绕组热点温升值均衡。
5.如权利要求4所述的基于油压测量的变压器绕组油流量平衡设计的方法，其特征在于，评价绕组油流合理包括：根据变压器的绕组损耗和散热油道结构计算各绕组在额定负载或特定负载如过负载情况下的油流及温升情况，保证油流在绕组间分配合理，各绕组温升均衡。
6.如权利要求1至5任一项所述的基于油压测量的变压器绕组油流量平衡设计的方法，其特征在于，调整绕组散热油道结构，重新在变压器温升试验时测量油压和常规试验检测的绕组温升，根据国家标准推荐方法计算绕组热点温升值，直至各绕组温升均衡。
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