CN115790895A - 一种变压器温度在线监测数据处理及热状态评估方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种变压器温度在线监测数据处理及热状态评估方法，通过在线监测温度数据的动态变化关系，构建温度随时间变化持续时长限制的热状态模型，提出变压器热状态在线评估方法。充分挖掘在线监测的数据信息，更加精确地分析变压器的运行热状态，便于优化控制系统，提高设备运行效率。不仅可以动态合理评估变压器运行温度，相对于传统接近临界值后的调控，能够显著提高控制效率。并且可以通过时间维度上的扩充，减小测量误差导致的误操作，减少检修现场人力、物力资源浪费，提高变压器故障诊断的效率。

Description

一种变压器温度在线监测数据处理及热状态评估方法

技术领域

本发明属于中频变压器安全技术领域，特别涉及一种变压器温度在线监测数据处理及热状态评估方法。

背景技术

对电力变压器，其温度的状态与变压器能否安全稳定运行息息相关。变压器在运行中，遇到短路、过载、环境温度过高或冷却通风不够等情况时，就会过热，加快绝缘老化，减少运行寿命。绕组温度过高会直接导致变压器不能正常工作。因此，对变压器的运行温度进行在线实时检测，评估运行中变压器的热状态至关重要。

目前已提出的一些绝缘老化状况的评估模型如寿命与温度的关系模型，以及一些温度反馈式变压器散热风机控制方案等，均是基于变压器温度规定标准的限值。通常超过某一限值就会有相应的采取措施，但这种评估方案仅考虑温度值，没有考虑异常温度持续时间的问题，且容易被坏数据影响出现错误判断。因此，对于油浸式变压器，有必要寻求一种考虑温度在时间维度上动态变化情况的热状态评估方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种变压器温度在线监测数据处理及热状态评估方法，能够解决常规变压器温度数据处理以及评估方法中未能考虑温度随时间变化信息的问题，充分利用变压器在线监测温度数据在时间维度上的信息，提高变压器热状态评估的准确度。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种变压器温度在线监测数据处理及热状态评估方法，包括以下步骤：

S1：确定在线采集的变压器温度数据类别，包括顶层油温、绕组热点温度和与纤维绝缘材料接触的金属部件的温度、其他金属部件的热点温度等，测得的温度数据类别此处记为n个；

S2：根据在线采集的变压器温度数据类别，基于变压器的型号以及在不同负载下规定的温度限值，推导考虑温度持续时长的温度界限；

S3：将在线采集的变压器温度数据，共n个，在当前时刻前溯固定时长构成热评估温度数据单元，统计温度值及其持续时间；

S4：从温度值和温度持续时间两个方面，分别对采集的各类温度数据进行判定，赋予其状态等级；

S5：对n个不同温度类别的状态评估结果，取最严重的等级作为当前时刻总的热状态评估结果；

S6：移动时间尺度到新采集的下一时刻温度值，包含最新的采样数据以及该时刻前固定时长的采样数据，共同组成热评估的输入温度数据单元，重复S3到S5步骤获取变压器总的热状态评估结果。

进一步的，所述测得的温度数据类别至少有1个顶油温度，因此n≥1；

进一步的，所述推导考虑温度持续时长的温度界限方法为指数关系的三要素法，包括稳态值、初始状态值、时间常数三个要素，公式为：

T_r＝T_∞+(T₀-T_∞)*e^(-t/τ)。

其中，初始状态值为T₀，稳态值为T_∞，时间常数为τ。

进一步的，所述固定时长包含的温度数据至少为能够反映温度异常状态的长度，根据热状态判定条件时长不得小于30分钟。

进一步的，所述根据热状态判定条件时长应取2小时以上。

进一步的，所述温度值及其持续时间的统计方法为，通过热评估的输入单元是固定时长的温度数据，对该时间长度内所有的温度值进行记录，并针对每个温度值，记录其持续时间，对大于等于限定温度值的时长，也要算作该温度值的持续时长，从而可获得一系列温度及其对应持续时间的数据。

进一步的，所述状态等级划分根据可进行的处理策略规定，根据热状态严重程度分为1级、2级、3级，1级温度过热需要采取降低负载、切除变压器等措施，2级温度过热需要发出警告信号，3级为正常可长期运行的状态。

进一步的，所述T_∞稳态值以正常周期性负载温度限值作为温度界限；所述T₀初始状态值以短期急救负载温度限值作为温度界限，且短期急救负载不得超过30分钟；所述时间常数τ以长期急救负载温度限值作为持续30分钟时长的温度界限来计算。

进一步的，所述热状态严重程度中1级和2级的区分为推导获得的温度界限T₁₂＝T_r，2级和3级的区分根据变压器油质劣化的国家标准设定为T₂₃＝T_∞/T₀*T_r。

本发明的有益效果：本发明所提出的一种变压器温度在线监测数据处理及热状态评估方法，可以充分利用变压器温度在线监测数据的时间维度信息，实现温度值和持续时长结合的变压器在线热状态评估。融合了时间信息后，变压器热状态的评估不再局限于某一个标准规定值，评估结果更加符合变压器运行的实际情况，设定的动态温度阈值更加合理，提高了油浸式电力变压器工作过程中温度值的预警效果。

附图说明

图1是本发明所述的油浸式变压器温度在线监测数据处理及热状态评估流程图；

图2是本发明所述的大型油浸式变压器顶层油温的状态划分界限示意图；

图3是本发明所述的大型油浸式变压器绕组热点温度的状态界限示意图；

图4是评估方法中作为输入的温度数据迭代示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的说明。

实施例1：

本实施例公开一种油浸式电力变压器温度在线监测数据处理及热状态评估的方法，流程如图1所示，包括以下步骤：

步骤1，确定能够在线采集的变压器温度数据类别。所述的变压器多温度数据类别为大型电力变压器的绕组热点温度。

步骤2，基于国家标准《油浸式电力变压器负载导则》，大型电力变压器在正常周期性负载下绕组热点温度不得超过120℃，在长期急救负载下绕组热点温度不得超过140℃，在短期急救负载下绕组热点温度不得超过160℃。

以指数关系设置温度界限，包括稳态值、初始状态值、时间常数三个要素，以正常周期性负载温度限值作为温度界限的稳态值T_∞，以短期急救负载温度限值作为温度界限的初始状态值T₀，由于短期急救负载不得超过30分钟，因此30分钟以上持续时长的温度不易超过长期急救负载温度限值，可以以此为依据设置时间常数值τ。温度界限公式为：T_r＝T_∞+(T₀-T_∞)*e^(t/τ)。

对于绕组热点温度：T_∞＝120℃，T₀＝160℃，以分钟为单位τ＝30/ln2。因而绕组热点温度界限为T_r＝120+(160-120)*e^(-ln2/30*t)，单位摄氏度，见图2中的浅灰色区域与白色区域分界线。

变压器热状态分为1级，2级，3级，1级代表变压器热状态较为严重，需要采取降低负载、切除变压器等措施，2级代表有过热的可能需要发出警告信号，3级热状态为正常状态无需采取措施。

确定了电力变压器热状态的评估界限T_r后，设置其为1级热状态与2级热状态的分界线T₁₂，以T_∞/T₀的比例乘以温度界限T_r作为2级和3级热状态的区分界限。对于绕组热点温度T₂₃＝120/160*T_r，单位摄氏度，见图2中的深灰色区域与浅灰色区域分界线。

步骤3，在当前时刻前溯固定时长，构成热评估温度数据单元，此处取2小时时长，对该时间长度内所有的温度值进行记录，并针对每个温度值，记录其持续时间，对大于等于某一温度值的时长，也要算作该温度值的持续时长，统计各温度值及其持续时间从而可获得一系列温度及其对应持续时间的数据。

步骤4，根据统计得到的各温度值及其持续时间，基于图2中的热状态划分界限，深灰色区域为3级状态，浅灰色区域为2级状态，白色区域为1级状态，对采集的绕组热点温度数据进行判定，作为此时刻的热状态等级。

步骤5，基于热点温度评估得到的热状态结果作为当前时刻变压器热状态评估结果。

步骤6，移动时间尺度到新采集的下一时刻温度值，如图4所示，评估输入温度数据单元包含最新的采样数据以及该时刻前固定时长的采样数据，重复步骤3到步骤5步骤获取下一时刻变压器的热状态评估结果。

通过上述步骤，可以实现基于绕组热点温度在线监测数据的大型油浸式电力变压器热状态评估。

实施例2：

本实施例公开一种油浸式电力变压器温度在线监测数据处理及热状态评估的方法，包括以下步骤：

步骤1，确定能够在线采集的变压器温度数据类别。所述的变压器多温度数据类别为大型电力变压器的顶层油温。

步骤2，基于国家标准《油浸式电力变压器负载导则》，大型变压器在正常周期性负载下顶层油温不得超过105℃，在长期急救负载下顶层油温不得超过115℃，在短期急救负载下顶层油温不得超过115℃。

根据温度界限公式T_r＝T_∞+(T₀-T_∞)*e^(t/τ)，对于顶层油温：T_∞＝105℃，T₀＝115℃，由于长期和短期急救负载下顶层油温的限值都是115℃，因此时间常数按照大型变压器绕组热点温度的时间常数设置，以分钟为单位τ＝30/ln2。

因而顶层油温界限为T_r＝105+(115-105)*e^(-ln2/30*t)，单位摄氏度，见图3中的中的浅灰色区域与白色区域分界线。

确定了电力变压器热状态的评估界限T_r后，设置其为1级热状态与2级热状态的分界线T₁₂，以T_∞/T₀的比例乘以温度界限T_r作为2级和3级热状态的区分界限。对于顶层油温T₂₃＝105/115*T_r，单位摄氏度，见图3中的中的深灰色区域与浅灰色区域分界线。

步骤3，在当前时刻前溯固定时长，构成热评估温度数据单元，此处取2小时时长，统计各温度值及其持续时间从而可获得一系列温度及其对应持续时间的数据。

步骤4，根据统计得到的各温度值及其持续时间，基于图3中的热状态划分界限，深灰色区域为3级状态，浅灰色区域为2级状态，白色区域为1级状态，对采集的顶层油温数据进行判定，作为此时刻的热状态等级。

步骤5，基于顶层油温评估得到的热状态结果作为当前时刻变压器热状态评估结果。

步骤6，移动时间尺度到新采集的下一时刻温度值，重复步骤3到步骤5步骤获取下一时刻变压器的热状态评估结果。

通过上述步骤，可以实现基于顶层油温在线监测数据的大型油浸式电力变压器热状态评估。

实施例3：

本实施例公开一种油浸式电力变压器温度在线监测数据处理及热状态评估的方法，包括以下步骤：

步骤1，确定能够在线采集的变压器温度数据类别。所述的变压器多温度数据类别包括中型电力变压器的绕组热点温度，顶层油温。

步骤2，基于国家标准《油浸式电力变压器负载导则》，中规定的中型电力变压器在正常周期性负载下绕组热点温度不得超过120℃，顶层油温不得超过105℃，在长期急救负载下绕组热点温度不得超过140℃，顶层油温不得超过115℃，在短期急救负载下绕组热点温度不得超过160℃，顶层油温不得超过115℃。

根据温度界限公式T_r＝T_∞+(T₀-T_∞)*e^(t/τ)，对于绕组热点温度：T_∞＝120℃，T₀＝160℃，以分钟为单位τ＝30/ln2，因而绕组热点温度界限为T_r＝120+(160-120)*e^(-ln2/30*t)，单位摄氏度；对于顶层油温：T_∞＝105℃，T₀＝115℃，由于长期和短期急救负载下顶层油温的限值都是115℃，因此时间常数按照大型变压器绕组热点温度的时间常数设置，以分钟为单位τ＝30/ln2，因而顶层油温界限为T_r＝105+(115-105)*e^(-ln2/30*t)，单位摄氏度。

确定了电力变压器热状态的评估界限T_r后，设置其为1级热状态与2级热状态的分界线T₁₂，以T_∞/T₀的比例乘以温度界限T_r作为2级和3级热状态的区分界限。对于绕组热点温度T₂₃＝120/160*T_r，单位摄氏度；对于顶层油温T₂₃＝105/115*T_r，单位摄氏度。

步骤3，在当前时刻前溯固定时长，构成热评估温度数据单元，此处取2小时时长，统计各温度值及其持续时间从而可获得一系列温度及其对应持续时间的数据。

步骤4，根据统计得到的各温度值及其持续时间，基于热状态划分界限分别对采集的各类温度数据进行判定，作为此时刻的热状态等级。

步骤5，基于热点温度评估得到的热状态结果和基于顶层油温评估得到的热状态结果，取最严重的等级作为当前时刻总的热状态评估结果；

步骤6，移动时间尺度到新采集的下一时刻温度值，重复步骤3到步骤5步骤获取下一时刻变压器的热状态评估结果。

通过上述步骤，可以实现基于绕组热点温度以及顶层油温在线监测数据的中型油浸式电力变压器热状态评估。

要对电力变压器热状态做出较全面和准确的判断，必须要获得反映变压器耐热的温度与持续时间的关系，按照国家标准《油浸式电力变压器负载导则》规定的不同负载下变压器温度限值，再结合不同负载的允许持续时长，可以推导出变压器温度允许持续时间的界限。

对于变压器的型号，包括油浸式配电变压器、油浸式中型变压器、油浸式大型变压器，对于不同的负载类别，包括正常周期性负载，长期急救负载，短期急救负载。

以指数关系设置温度界限，包括稳态值、初始状态值、时间常数三个要素，以正常周期性负载温度限值作为温度界限的稳态值T_∞，以短期急救负载温度限值作为温度界限的初始状态值T₀，由于短期急救负载不得超过30分钟，因此认为持续时间30分钟以上的高温以长期急救负载温度限值作为温度界限，并以此为依据设置时间常数值τ，公式为：T_r＝T_∞+(T₀-T_∞)*e^(-t/τ)。

油浸式变压器顶层安装有温度传感器，可以在线采集顶层油温，因此至少可以通过顶层油温进行变压器热状态的评估，如果变压器安装了光纤温度传感器，可以采集绕组热点温度等，需要综合各类温度采集数据进行热状态评估。

根据变压器热状态的严重程度分为1级、2级、3级，1级代表变压器热状态较为严重，需要采取降低负载、切除变压器等措施，2级代表有过热的可能需要发出警告信号，3级热状态为正常状态无需采取措施。

在确定了电力变压器热状态的评估界限T_r后，设置其为1级热状态与2级热状态的分界线，以T_∞/T₀的比例乘以温度界限T_r作为2级和3级热状态的区分界限，T_∞/T₀的比例保证了温度界限的最短持续时长时不超过规定的正常允许界限，远离了规定的注意值，能够满足国家标准规定的变压器油质劣化温度，工作性能稳定，可接受长期运行。

变压器热状态评估时作为评估输入的温度数据时间长度至少为能够反映温度异常状态的时长，根据热状态判定条件，时长不得小于30分钟，通常取2小时以上。

根据顶层油温，热点温度等不同在线温度热状态评估结果，取评估结果中最严重的等级作为变压器总的热状态评估结果。

本实施例的有益效果为：能够准确评估运行变压器的热状态，充分利用变压器温度在线监测数据的时间维度信息，设定的动态温度阈值更加合理，显著提高了油浸式电力变压器工作过程中温度值的预警效果，实现动态预警与科学决策，减少检修现场大量人力、物力的投入，提高电力设备的运维水平。

以上所示，只为本发明之较佳实施例，并非以此限制本发明的实施范围，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本专利技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本专利的保护范围。

Claims (9)

1.一种变压器温度在线监测数据处理及热状态评估方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：确定在线采集的变压器温度数据类别，包括顶层油温、绕组热点温度和纤维绝缘材料接触的金属部件的温度、其他金属部件的热点温度，测得的温度数据类别此处记为n个；

S2：根据在线采集的变压器温度数据类别，基于变压器的型号以及在不同负载下规定的温度限值，推导考虑温度持续时长的温度界限；

S3：将在线采集的变压器温度数据，共n个，在当前时刻前溯固定时长构成热评估温度数据单元，统计温度值及其持续时间；

S4：从温度值和温度持续时间两个方面，分别对采集的各类温度数据进行判定，赋予被测量变压器当前的状态等级；

S5：对n个不同温度类别的状态评估结果，取最严重的等级作为当前时刻总的热状态评估结果；

S6：移动时间尺度到新采集的下一时刻温度值，包含最新的采样数据以及该时刻前固定时长的采样数据，共同组成热评估的输入温度数据单元，重复S3到S5步骤获取变压器总的热状态评估结果。

2.根据权利要求1所述的变压器温度在线监测数据处理及热状态评估方法，其特征在于，所述测得的温度数据类别至少有1个顶油温度，因此n≥1。

3.根据权利要求1所述的一种变压器温度在线监测数据处理及热状态评估方法，其特征在于，所述推导考虑温度持续时长的温度界限方法为指数关系的三要素法，包括稳态值、初始状态值和时间常数三个要素，公式为：

T_r＝T_∞+(T₀-T_∞)*e^(-t/τ)。

其中，初始状态值为T₀，稳态值为T_∞，时间常数为τ。

4.根据权利要求1所述的变压器温度在线监测数据处理及热状态评估方法，其特征在于，所述固定时长包含的温度数据至少为能够反映温度异常状态的长度，根据热状态判定条件时长不得小于30分钟。

5.根据权利要求4所述的变压器温度在线监测数据处理及热状态评估方法，其特征在于，所述根据热状态判定条件时长取2小时以上。

6.根据权利要求1所述的变压器温度在线监测数据处理及热状态评估方法，其特征在于，所述温度值及其持续时间的统计方法为，通过热评估的输入单元是固定时长的温度数据，对该时间长度内所有的温度值进行记录，并针对每个温度值，记录其持续时间，对大于等于限定温度值的时长，也要算作该温度值的持续时长，从而可获得一系列温度及其对应持续时间的数据。

7.根据权利要求1所述的变压器温度在线监测数据处理及热状态评估方法，其特征在于，所述状态等级的划分根据可进行的处理策略规定，根据热状态严重程度分为1级、2级、3级，1级温度过热需要采取降低负载、切除变压器，2级温度过热需要发出警告信号，3级为正常可长期运行的状态。

8.根据权利要求3所述的变压器温度在线监测数据处理及热状态评估方法，其特征在于，所述T_∞稳态值以正常周期性负载温度限值作为温度界限；所述T₀初始状态值以短期急救负载温度限值作为温度界限，且短期急救负载不得超过30分钟；所述时间常数τ以长期急救负载温度限值作为持续30分钟时长的温度界限来计算。

9.根据权利要求7所述的变压器温度在线监测数据处理及热状态评估方法，其特征在于，所述热状态严重程度中1级和2级的区分为推导获得的温度界限T₁₂＝T_r，2级和3级的区分根据变压器油质劣化的标准设定为T₂₃＝T_∞/T₀*T_r。

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