CN115753880A - 一种基于综合温升因子的油浸式车载牵引变压器散热性能的评估方法 - Google Patents

一种基于综合温升因子的油浸式车载牵引变压器散热性能的评估方法 Download PDF

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CN115753880A CN202211463678.4A CN202211463678A CN115753880A CN 115753880 A CN115753880 A CN 115753880A CN 202211463678 A CN202211463678 A CN 202211463678A CN 115753880 A CN115753880 A CN 115753880A
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Abstract

本发明公开了一种基于综合温升因子的油浸式车载牵引变压器散热性能的评估方法，包括以下步骤：首先建立油浸式车载牵引变压器温升试验平台，分别获取油浸式车载变压器在不同环境温度、不同负载条件下的绕组温度数据、出、进油口绝缘油温度数据和压力泵的压力数据，进而分别计算不同环境温度下与不同负载下的绝缘油温升因子和不同环境温度下与不同负载下的绕组温升因子，确定综合温升评估因子，最终评估油浸式车载牵引变压器的散热性能。本发明根据实际运行状况，可准确评估油浸式车载牵引变压器冷却系统的散热性能，为油浸式车载牵引变压器散热性能的评估提供依据。

Description

一种基于综合温升因子的油浸式车载牵引变压器散热性能的 评估方法
技术领域
本发明属于电气绝缘在线监测与故障诊断领域，具体涉及一种油浸式车载牵引变压器散热性能的评估方法。
技术背景
我国高速铁路规模发展迅速，极大的方便了人们的出行，截至2020年底，我国高速铁路运营里程达3.79万公里，稳居世界第一。车载牵引变压器是动车组的核心部件之一，负责向动车组提供电能，为动车组的正常运行提供保障。目前，车载牵引变压器主要采用强迫油循环风冷方式进行散热，通过绝缘油循环流动，将变压器绕组和铁心产生的热量带到外界。在实际运行过程中，动车组随时启停，牵引负荷波动剧烈，车载牵引变压器运行工况比较复杂，而且动车组的运行速度快，短时间内区域跨度大。区域温度变化和过负载情况下，车载牵引变压器发热功率大，绕组容易过热，变压器温升过高会加速绝缘老化，致使绕组发生短路，若散热系统不能有效降温，长期过热运行将缩短车载牵引变压器的服役年限，危及动车组的安全运行。目前，对于油浸式车载牵引变压器散热性能还缺少有效准确的评估方法，因此，急需一种油浸式车载牵引变压器散热性能的评估方法。
发明内容
针对以上技术问题，本发明的目的是提出一种油浸式车载牵引变压器散热性能的评估方法，能够很好的评估油浸式车载牵引变压器的散热性能。
实现本发明的技术方案如下：
第一步，建立油浸式车载牵引变压器温升试验平台
所述油浸式牵引变压器散热系统由试验箱(1)、变压器外壳(2)、绕组温度传感器(3)、变压器绕组(4)、变压器铁心(5)、出油口温度传感器(6)、温度采集装置(7)、模拟负载电源(8)、进油口温度传感器(9)、进油管道(10)、出油管道(11)、油压泵(12)、温度控制器(13)、进风口(14)、油冷却器(15)、出风口(16)、压力传感器(17)、终端机(18)构成，其中：
变压器外壳(2)、变压器绕组(4)、变压器铁心(5)、进油管道(10)、出油管道(11)、油冷却器(15)、进风口(14)和出风口(16)构成油浸式车载牵引变压器；将油浸式牵引变压器放置于试验箱内(1)；绕组温度传感器(3)放置于变压器绕组(4)表面，用于测量绕组温度，绕组中嵌入的温度传感器从下至上依次编号为1,2,3…n，n＝10；进油口温度传感器(9)放置于进油口表面，用于获取进油口绝缘油温度；出油口温度传感器(6)放置于出油口表面，用于获取出油口绝缘油温度；绕组温度传感器(3)、进油口温度传感器(9)和出油口温度传感器(6)与温度采集装置(7)相连，以采集进油口绝缘油温度、出油口绝缘油温度和变压器绕组温度；温度采集装置(7)与终端机(18)相连，将温度采集装置(7)中的温度数据导入终端机(18)中；压力传感器(17)与终端机(18)相连，将压力传感器(17)中的压力数据导入终端机(18)中；油压泵(12)安装于出油管(11)上，目的是驱动绝缘油的循环散热；油冷却器(15)与进油管道(10)、出油管道(11)相连，出油口管道(11)的高温绝缘油经过油冷却器(15)散热后通过进油管道(10)流入变压器内部；油冷却器(15)与进风口(14)和出风口(16)相连，共同给变压器散热；温度控制器(13)与终端机(18)相连，通过终端机(18)调节试验箱内的环境温度；模拟负载电源(8)与终端机(18)相连，通过终端机(18)控制模拟负载电源的电流；
第二步，分别获取油浸式车载变压器在不同环境温度、不同负载下的绕组温度数据、出、进油口绝缘油温度数据和压力泵的压力数据
根据运行记录获取平均运行环境温度，记为Tnorm，单位为K；根据运行记录获取平均运行油压，记为Pnorm，单位为Pa；油浸式牵引变压器绕组额定电流记为IN，单位为A；设置三个环境温度记为T-j，j＝1,2,3，单位为K，其中T-1＝1.2Tnorm，T-2＝1.4Tnorm，T-3＝1.6Tnorm；设置三个负载电流记为I-j，j＝1,2,3，单位为A，其中I-1＝1.0IN，I-2＝1.2IN，I-3＝1.4IN；
分别在环境温度稳定于T-j，j＝1,2,3，且温度波动幅值不超过1K时，在导线端子通入额定电流IN，在变压器绕组温度波动小于1K时获取绕组温度传感器(3)中采集的温度值，记为RT-j,n，其中T-j为第j个环境温度，n表示在T-j下，从下至上第n个温度传感器的温度值，n＝1,2,3,...,10，第j个环境温度下绕组温度最大值记为RTM-j，第j个环境温度下绕组温度平均值记为RTm-j，获取在第j个环境温度下压力传感器(17)中采集的的压力值PT-j，同时获得在变压器绝缘油温度波动小于1K时，第j个环境温度下的进油口、出油口的温度值TIT-j、TOT-j；
在环境温度稳定于Tnorm时，分别在导线端子通入I-j的负载电流，j＝1,2,3，在绕组温度波动小于1K时获取绕组温度传感器(3)中采集的温度值，记为RI-j,n，其中I-j第j个负载电流，n表示在I-j下，从下至上第n个温度传感器的温度值，第j个负载电流下绕组温度最大值记为RIM-j，第j个负载电流下绕组温度平均值记为RIm-j，获取在第j个负载电流下压力传感器(17)中采集的压力值PI-j，同时获得在第j个负载电流下进油口温度传感器(9)和出油口温度传感器(6)中采集的进油口、出油口的温度值TII-j、TOI-j；
第三步，分别计算不同环境温度下与不同负载下的绝缘油温升因子MT-j、MI-j
通过公式(1)得到环境温度T-j(j＝1,2,3)时的绝缘油温升因子MT-j，通过公式(2)得到负载电流I-j(j＝1,2,3)时的绝缘油温升因子MI-j；
Figure BDA0003956505490000031
Figure BDA0003956505490000032
第四步，分别计算不同环境温度下与不同负载下的绕组温升因子ΩT-j、ΩI-j
通过公式(3)得到环境温度T-j(j＝1,2,3)时的绕组温升因子ΩT-j，通过公式(4)得到负载电流I-j(j＝1,2,3)时的绕组温升因子ΩI-j；
Figure BDA0003956505490000033
Figure BDA0003956505490000034
第五步，计算综合温升评估因子λest
Figure BDA0003956505490000035
第六步，评估油浸式车载牵引变压器的散热性能
若0＜λest≤0.5，则说明该油浸式车载牵引变压器的散热性能优良；若0.5＜λest≤0.7，则说明该油浸式车载牵引变压器的散热性能中等；若λest＞0.7，则说明该油浸式车载牵引变压器的散热性能差，不能达到油浸式车载牵引变压器的散热性能使用要求。
本发明的有益效果在于，一种基于综合温升因子的油浸式车载牵引变压器散热性能的评估方法具有以下优点：综合考虑环境温度和过负载因素对油浸式车载牵引变压器散热性能的影响，可准确计算出综合评估因子，为评估油浸式车载牵引变压器的散热性能提供了一条途径。
附图说明
图1表示的是油浸式车载牵引变压器散热性能的测试平台结构示意图。
图2表示的是一种基于综合温升因子的油浸式车载牵引变压器散热性能的评估流程图。
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，建立油浸式车载牵引变压器温升试验平台
所述油浸式牵引变压器散热系统由试验箱(1)、变压器外壳(2)、绕组温度传感器(3)、变压器绕组(4)、变压器铁心(5)、出油口温度传感器(6)、温度采集装置(7)、模拟负载电源(8)、进油口温度传感器(9)、进油管道(10)、出油管道(11)、油压泵(12)、温度控制器(13)、进风口(14)、油冷却器(15)、出风口(16)、压力传感器(17)、终端机(18)构成，其中：
变压器外壳(2)、变压器绕组(4)、变压器铁心(5)、进油管道(10)、出油管道(11)、油冷却器(15)、进风口(14)和出风口(16)构成油浸式车载牵引变压器；将油浸式牵引变压器放置于试验箱内(1)；绕组温度传感器(3)放置于变压器绕组(4)表面，用于测量绕组温度，绕组中嵌入的温度传感器从下至上依次编号为1,2,3…n，n＝10；进油口温度传感器(9)放置于进油口表面，用于获取进油口绝缘油温度；出油口温度传感器(6)放置于出油口表面，用于获取出油口绝缘油温度；绕组温度传感器(3)、进油口温度传感器(9)和出油口温度传感器(6)与温度采集装置(7)相连，以采集进油口绝缘油温度、出油口绝缘油温度和变压器绕组温度；温度采集装置(7)与终端机(18)相连，将温度采集装置(7)中的温度数据导入终端机(18)中；压力传感器(17)与终端机(18)相连，将压力传感器(17)中的压力数据导入终端机(18)中；油压泵(12)安装于出油管(11)上，目的是驱动绝缘油的循环散热；油冷却器(15)与进油管道(10)、出油管道(11)相连，出油口管道(11)的高温绝缘油经过油冷却器(15)散热后通过进油管道(10)流入变压器内部；油冷却器(15)与进风口(14)和出风口(16)相连，共同给变压器散热；温度控制器(13)与终端机(18)相连，通过终端机(18)调节试验箱内的环境温度；模拟负载电源(8)与终端机(18)相连，通过终端机(18)控制模拟负载电源的电流；
第二步，分别获取油浸式车载变压器在不同环境温度、不同负载下的绕组温度数据、出、进油口绝缘油温度数据和压力泵的压力数据
根据运行记录获取平均运行环境温度，记为Tnorm，单位为K；根据运行记录获取平均运行油压，记为Pnorm，单位为Pa；油浸式牵引变压器绕组额定电流记为IN，单位为A；设置三个环境温度记为T-j，j＝1,2,3，单位为K，其中T-1＝1.2Tnorm，T-2＝1.4Tnorm，T-3＝1.6Tnorm；设置三个负载电流记为I-j，j＝1,2,3，单位为A，其中I-1＝1.0IN，I-2＝1.2IN，I-3＝1.4IN；
分别在环境温度稳定于T-j，j＝1,2,3，且温度波动幅值不超过1K时，在导线端子通入额定电流IN，在变压器绕组温度波动小于1K时获取绕组温度传感器(3)中采集的温度值，记为RT-j,n，其中T-j为第j个环境温度，n表示在T-j下，从下至上第n个温度传感器的温度值，n＝1,2,3,...,10，第j个环境温度下绕组温度最大值记为RTM-j，第j个环境温度下绕组温度平均值记为RTm-j，获取在第j个环境温度下压力传感器(17)中采集的的压力值PT-j，同时获得在变压器绝缘油温度波动小于1K时，第j个环境温度下的进油口、出油口的温度值TIT-j、TOT-j；
在环境温度稳定于Tnorm时，分别在导线端子通入I-j的负载电流，j＝1,2,3，在绕组温度波动小于1K时获取绕组温度传感器(3)中采集的温度值，记为RI-j,n，其中I-j第j个负载电流，n表示在I-j下，从下至上第n个温度传感器的温度值，第j个负载电流下绕组温度最大值记为RIM-j，第j个负载电流下绕组温度平均值记为RIm-j，获取在第j个负载电流下压力传感器(17)中采集的压力值PI-j，同时获得在第j个负载电流下进油口温度传感器(9)和出油口温度传感器(6)中采集的进油口、出油口的温度值TII-j、TOI-j；
结束第二步，获得环境温度为T-1的数据，从下至上绕组上各点的温度RT-1,n，n＝1,2,3,…10，分别为355.82K、358.84K、362.07K、364.90K、367.25K、369.11K、371.27K、372.84K、373.27K、374.22K，RTm-1＝366.96K，RTM-1＝374.22K，进油口温度TIT-1为339.85K，出油口温度TOT-1为346.35K，压力值PT-1为255Pa；获得环境温度为T-2的数据，绕组上各点的温度RT-2,n，n＝1,2,3,…10，分别为356.31K，357.85K，359.64K，363.27K，372.73K，373.28K，374.35K，375.76K，376.42K，377.22K，RTm-2＝368.68K，RTM-2＝377.22K，进油口温度TIT-2为345.75K，出油口温度TOT-2为348.78K，压力值PT-2为260Pa；获得环境温度为T-3的数据，从下至上绕组上各点的温度RT-3,n，n＝1,2,3,…10，分别为357.12K，357.99K，359.86K，364.02K，372.79K，373.76K，374.85K，375.98K，377.62K，378.16K，RTm-3＝369.22K，RTM-3＝378.16K，进油口温度TIT-3为346.33K，出油口温度TOT-3为349.24K，压力值PT-3为265Pa；
在外界温度稳定于Tnorm时，获得负载电流为I-1的数据，从下至上绕组上各点的温度RI-1,n，n＝1,2,3,…10，分别为354.52K、355.27K、359.24K、361.72K、363.89K、364.24K、366.79K、370.89K、372.28K、373.81K，RIm-1＝364.27K，RIM-1＝373.81K，进油口温度TII-1为338.63K，出油口温度TOI-1为345.12K，压力值PI-1为250Pa；获得负载电流为I-2的数据，从下至上绕组上各点的温度RI-2,n，n＝1,2,3,…10，分别为357.23K，358.29K，360.82K，365.09K，374.45K，376.26K，378.66K，380.89K，381.37K，383.26K，RIm-2＝371.63K，RIM-2＝383.26K，进油口温度TII-2为343.76K，出油口温度TOI-2为353.23K，压力值PI-2为260Pa；获得负载电流为的I-3数据，从下至上绕组上各点的温度RI-3,n，n＝1,2,3,…10，分别为358.27K，360.78K，364.09K，368.24K，374.45K，376.26K，379.68K，381.91K，383.28K，387.36K，RIm-3＝373.43K，RIM-3＝387.36K，进油口温度TII-3为347.49K，出油口温度TOI-3为357.09K，压力值PI-3为270Pa；
第三步，分别计算不同实验环境温度下与不同负载下的绝缘油温升因子MT-j、MI-j
通过公式(1)得到环境温度T-j(j＝1,2,3)时的绝缘油温升因子MT-j，j＝1,2,3，分别为MT-1＝2.2570、MT-2＝2.2140、MT-3＝2.1720，通过公式(2)得到负载电流I-j(j＝1,2,3)时的油温升因MI-j，j＝1,2,3，分别为MI-1＝6.3200、MI-2＝5.0630、MI-3＝4.8590；
Figure BDA0003956505490000061
Figure BDA0003956505490000062
第四步，分别计算不同环境温度下与不同负载下的绕组温升因子ΩT-j、ΩI-j
通过公式(3)得到环境温度T-j(j＝1,2,3)时的绕组温升因子ΩT-j，j＝1,2,3，分别为3.4284、8.1836、22.4800；通过公式(4)得到负载电流I-j(j＝1,2,3)时的绕组温升因子ΩI-j，j＝1,2,3，分别为13.1438、17.5405、22.3961；
Figure BDA0003956505490000063
Figure BDA0003956505490000064
第五步，通过公式(5)计算综合温升评估因子λest
Figure BDA0003956505490000071
第六步，评估油浸式车载牵引变压器的散热性能
计算得到综合温升评估因子λest为0.5891，该油浸式车载牵引变压器的散热性能中等。

Claims (1)

1.一种基于综合温升因子的油浸式车载牵引变压器散热性能的评估方法，其特征在于，包括：
第一步，建立油浸式车载牵引变压器温升试验平台
所述油浸式牵引变压器散热系统由试验箱(1)、变压器外壳(2)、绕组温度传感器(3)、变压器绕组(4)、变压器铁心(5)、出油口温度传感器(6)、温度采集装置(7)、模拟负载电源(8)、进油口温度传感器(9)、进油管道(10)、出油管道(11)、油压泵(12)、温度控制器(13)、进风口(14)、油冷却器(15)、出风口(16)、压力传感器(17)、终端机(18)构成，其中：
变压器外壳(2)、变压器绕组(4)、变压器铁心(5)、进油管道(10)、出油管道(11)、油冷却器(15)、进风口(14)和出风口(16)构成油浸式车载牵引变压器；将油浸式牵引变压器放置于试验箱内(1)；绕组温度传感器(3)放置于变压器绕组(4)表面，用于测量绕组温度，绕组中嵌入的温度传感器从下至上依次编号为1,2,3…n，n＝10；进油口温度传感器(9)放置于进油口表面，用于获取进油口绝缘油温度；出油口温度传感器(6)放置于出油口表面，用于获取出油口绝缘油温度；绕组温度传感器(3)、进油口温度传感器(9)和出油口温度传感器(6)与温度采集装置(7)相连，以采集进油口绝缘油温度、出油口绝缘油温度和变压器绕组温度；温度采集装置(7)与终端机(18)相连，将温度采集装置(7)中的温度数据导入终端机(18)中；压力传感器(17)与终端机(18)相连，将压力传感器(17)中的压力数据导入终端机(18)中；油压泵(12)安装于出油管(11)上，目的是驱动绝缘油的循环散热；油冷却器(15)与进油管道(10)、出油管道(11)相连，出油口管道(11)的高温绝缘油经过油冷却器(15)散热后通过进油管道(10)流入变压器内部；油冷却器(15)与进风口(14)和出风口(16)相连，共同给变压器散热；温度控制器(13)与终端机(18)相连，通过终端机(18)调节试验箱内的环境温度；模拟负载电源(8)与终端机(18)相连，通过终端机(18)控制模拟负载电源的电流；
第二步，分别获取油浸式车载变压器在不同环境温度、不同负载下的绕组温度数据、出、进油口绝缘油温度数据和压力泵的压力数据
根据运行记录获取平均运行环境温度，记为Tnorm，单位为K；根据运行记录获取平均运行油压，记为Pnorm，单位为Pa；油浸式牵引变压器绕组额定电流记为IN，单位为A；设置三个环境温度记为T-j，j＝1,2,3，单位为K，其中T-1＝1.2Tnorm，T-2＝1.4Tnorm，T-3＝1.6Tnorm；设置三个负载电流记为I-j，j＝1,2,3，单位为A，其中I-1＝1.0IN，I-2＝1.2IN，I-3＝1.4IN；
分别在环境温度稳定于T-j，j＝1,2,3，且温度波动幅值不超过1K时，在导线端子通入额定电流IN，在变压器绕组温度波动小于1K时获取绕组温度传感器(3)中采集的温度值，记为RT-j,n，其中T-j为第j个环境温度，n表示在T-j下，从下至上第n个温度传感器的温度值，n＝1,2,3,...,10，第j个环境温度下绕组温度最大值记为RTM-j，第j个环境温度下绕组温度平均值记为RTm-j，获取在第j个环境温度下压力传感器(17)中采集的的压力值PT-j，同时获得在变压器绝缘油温度波动小于1K时，第j个环境温度下的进油口、出油口的温度值TIT-j、TOT-j；
在环境温度稳定于Tnorm时，分别在导线端子通入I-j的负载电流，j＝1,2,3，在绕组温度波动小于1K时获取绕组温度传感器(3)中采集的温度值，记为RI-j,n，其中I-j第j个负载电流，n表示在I-j下，从下至上第n个温度传感器的温度值，第j个负载电流下绕组温度最大值记为RIM-j，第j个负载电流下绕组温度平均值记为RIm-j，获取在第j个负载电流下压力传感器(17)中采集的压力值PI-j，同时获得在第j个负载电流下进油口温度传感器(9)和出油口温度传感器(6)中采集的进油口、出油口的温度值TII-j、TOI-j；
第三步，分别计算不同环境温度下与不同负载下的绝缘油温升因子MT-j、MI-j
通过公式(1)得到环境温度T-j(j＝1,2,3)时的绝缘油温升因子MT-j，通过公式(2)得到负载电流I-j(j＝1,2,3)时的绝缘油温升因子MI-j；
Figure FDA0003956505480000021
Figure FDA0003956505480000022
第四步，分别计算不同环境温度下与不同负载下的绕组温升因子ΩT-j、ΩI-j
通过公式(3)得到环境温度T-j(j＝1,2,3)时的绕组温升因子ΩT-j，通过公式(4)得到负载电流I-j(j＝1,2,3)时的绕组温升因子ΩI-j；
Figure FDA0003956505480000023
Figure FDA0003956505480000024
第五步，计算综合温升评估因子λest
Figure FDA0003956505480000031
第六步，评估油浸式车载牵引变压器的散热性能
若0＜λest≤0.5，则说明该油浸式车载牵引变压器的散热性能优良；若0.5＜λest≤0.7，则说明该油浸式车载牵引变压器的散热性能中等；若λest＞0.7，则说明该油浸式车载牵引变压器的散热性能差，不能达到油浸式车载牵引变压器的散热性能使用要求。
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