一种低温条件下变压器绕组热点温度预测方法技术

一种低温条件下变压器绕组热点温度预测方法，先建立改进后的三热路模型；根据不同油流冷却方式对改进后的三热路模型进行修正；将测温传感器检测的变压器油的温升值与通过修正后的三热路模型计算出的温度值进行比对，修正得到接近实际的变压器热路模型；基于环境温度，通过接近实际的变压器热路模型计算出变压器的平均油温，然后将变压器的平均油温作为改进后的三热路模型中层油温的参考温度，计算出该模型中的顶层油温，最后计算变压器绕组的热点温度值。本发明专利技术设计简单、容易实施，易于推广实施，为低温条件下变压器抗短路能力校核提供依据，从而提高变压器运行的安全及稳定性，具有较好的经济效益。

Method for predicting hot spot temperature of transformer winding under low temperature

A method to predict the temperature of transformer winding hot spot temperature, first established three thermal model for the improved flow; according to the different cooling modes of oil on three thermal model of the improved correction; the transformer oil temperature sensor for detecting the temperature rise by three thermal model modified the calculated temperature comparison of transformer thermal circuit model close to the actual correction; based on the ambient temperature, calculated by the transformer thermal circuit model close to the actual average temperature of the transformer, and then the average temperature of the transformer as the three thermal model of middle temperature improved the reference temperature, calculate the top oil temperature in the model, the final calculation of hot spot temperature the value of transformer winding. The invention has the advantages of simple design, easy implementation, easy implementation, provide the basis for the transformer under the condition of low temperature anti short circuit ability check, so as to improve the safety and stability of the transformer operation, with good economic benefit.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种低温条件下变压器绕组热点温度预测方法。
技术介绍
根据相关气象统计资料，我国的东北和内蒙古东部地区是极端低温事件的频发区，在户外的电力变压器会受到低的环境温度的考验。温度降低导致油的物理特性改变，会对变压器内部的散热产生较大的负面影响。在低温下，变压器的散热性能与常规条件下不尽相同，针对低温条件下变压器的内部温度的研究具有重要意义。目前变压器热点温度的研究主要是间接测量法，其中热路模型法不但所需参数较少、计算实时性好，且计算准确度满足工程精度要求。GSwift利用热点类比法将变压器内部传热过程等效为集总参数电路模型，首次对集总热容和非线性热阻进行定义。DSusa等在此基础上考虑油粘度和损耗随温度的变化，分析了变压器热阻热容的物理意义。Tang等人对变压器绕组、铁心、油和油箱4部分进行建模，运用热电类比法建立了具有物理意义的电力变压器等效热路模型。国内的江淘莎，滕黎，张爱兰，陈曦等人也对变压器的热路模型进行了改进和分析。现有技术CN103324215A所采用的三热路模型如图1所示，其中，qfe和qcu分别表示变压器空载损耗及负载损耗，在热路模型中共同作为热源；Coil表示传热物质的热容；Roil表示传热物质热阻；θamb为环境温度；θmoil为平均油温；θhoil为顶层油温。热阻Rmoil为(额定平均温升)/(qcu+qfe)，热阻Rhoil-moil为(额定顶油温升-额定平均油温升)/(qcu+qfe)，热阻Rhs-oil为(额定热点温升-额定顶油温升)/qcu，利用该模型，首先基于环境温度计算出平均油温θmoil，而后再将计算得来的平均油温作为上一层模型的参考温度，计算出上一层模型中的顶层油温，最后进一步计算热点温度值。该三热路模型虽然很好的说明了变压器内部的热量传递过程，但除了环境温度这个因素外，没有在模型中表现出变压器中热量与自然界中其他因素的热交换过程，例如变压器箱体的自然对流散热、自然风造成的强制对流散热以及日照辐射引起的温度升高等情况。所以有必要在以上热路模型的基础上，进行一定的改进与优化，使之更能反映出真实的传热过程。
技术实现思路
为克服现有热路模型的不足，本专利技术的目的在于提供一种考虑低温条件下变压器特殊的散热条件，容易实施且计算准确的低温条件下变压器绕组热点温度的预测方法。为实现上述目的，本专利技术的技术方案是：一种低温条件下变压器绕组热点温度预测方法，包括以下步骤：a、首先测定及计算变压器油的密度、粘度、热导率、比热容随温度的变化规律，然后测量及计算变压器的平均油温、变压器油的热阻、变压器箱体的传导热阻、变压器箱体的表面对流散热热阻以及变压器散热片的散热热阻，从而建立改进后的三热路模型；b、根据不同油流冷却方式对改进后的三热路模型进行修正；c、将测温传感器检测的变压器油的温升值与通过修正后的三热路模型计算出的温度值进行比对，修正得到接近实际的变压器热路模型；d、基于环境温度，通过接近实际的变压器热路模型计算出变压器的平均油温，然后将变压器的平均油温作为改进后的三热路模型中层油温的参考温度，计算出该模型中的顶层油温，最后计算变压器绕组的热点温度值。本专利技术进一步的改进在于，步骤b中修正的具体过程如下：对于ON冷却方式的变压器，绕组顶部油温等于油箱中顶层油温；对于OF冷却方式的变压器以及OD冷却方式的变压器，变压器绕组顶部的油温等于底部油温加上该绕组内部的平均油温与底部油温之间差值的二倍。本专利技术进一步的改进在于，步骤d中计算变压器的平均油温以及该模型中的顶层油温时，均增加了由日照引起的热源qsun＝AαPsun，A为变压器箱体受到辐射的面积，单位为m2；α为变压器箱体表面材料的辐射吸收率。本专利技术进一步的改进在于，测量及计算变压器油的热阻的过程如下：测得油的热导率k、油密度ρ、油的比热容cp、油粘度u后，通过式(1)-(4)中，计算出该温度下，变压器油的热阻Rth-oil；其中，A为变压器箱体受到辐射的面积、h为传热系数、Nu为计算传热系数h所需要的努赛尔数，Pr为普朗特数，Gr为格拉肖夫数；L为特征尺寸、g为万有引力系数、k为油的热导率、ρ为油密度、β为油热膨胀系、cp为油的比热容、u为油粘度、Δθoil为油对环境温度梯度。本专利技术进一步的改进在于，步骤c中修正方法为：由于变压器在进行出厂试验时并没有受到外界风速的影响，所以利用修正后的三热路模型计算出的温度值计算出理想条件下变压器片式散热器的散热热阻，然后再与通过测温传感器检测的变压器油的温升值计算得到的片式散热器强迫对流散热热阻相叠加，求得总的散热热阻，从而得到接近实际的变压器热路模型。本专利技术进一步的改进在于，所述测温传感器采用测温电缆。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：1、本专利技术基于变压器的平均油温建立热路模型，在计算热点温度时不考虑空载损耗这部分发热所引发的热效应，在变压器油循环过程中，铁芯周围的散热油道并不与绕组周围的散热油道直接相连。铁芯发热所产生的热量对顶油温升会产生直接的影响，而对绕组热点温升则不会产生直接影响，绕组导线中的直流电阻损耗和涡流损耗产生的热量才是造成绕组热点温升的主要因素。因此，在计算热点温度时不考虑空载损耗这部分发热所引发的热效应。用实验测量的方式得到低温对变压器油密度、粘度、比热容、热导率的影响，计算特定温度下变压器油的热阻，提高了变压器绕组热点温度的预测精度。2、本专利技术弥补了在低温条件下常规热路模型计算不精确的不足，并且本专利技术设计简单、容易实施，易于推广实施，为低温条件下变压器抗短路能力校核提供依据，从而提高变压器运行的安全及稳定性，具有较好的经济效益。进一步的，本专利技术考虑了太阳辐射对变压器热点温度的影响，在每层热路模型的计算中都加入了太阳辐射的热源，使得低温条件下变压器绕组热点温度预测更加精确。附图说明图1为现有技术中三热路模型的原理图。图2为实验测得变压器油热导率随温度的变化规律。图3为实验测得变压器油粘度随温度的变化规律。图4为实验测得变压器油密度随温度的变化规律。图5为实验测得变压器油比热容随温度的变化规律。图6为改进后的三热路模型原理图。图7为单个热路模型计算方法示意图。图8为本模型(基于平均油温)与现有技术模型(基于底层油温)的实验对比图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术进行详细说明。参见图2、图3、图4、图5、图6、图7和图8，一种低温条件(-20℃到0℃)下变压器绕组热点温度预测方法，包括以下步骤：a、由于热路模型中油的非线性热阻与变压器油的密度、粘度、热导率、比热容相关，所以测定及计算变压器油的密度、粘度、热导率、比热容随温度的变化规律，利用该规律计算变压器油的热阻。本专利技术考虑低温对变压器油密度、粘度、比热容、热导率的影响。变压器油的密度、粘度、比热容、热导率随温度变化较大，在计算变压器油的热阻时必须考虑这部分影响。温度对变压器油密度、粘度、比热容、热导率的影响如图2～图5所示。b、测量及计算变压器的平均油温、变压器油的热阻，变压器箱体的传导热阻、变压器箱体的表面对流散热热阻、变压器散热片的散热热阻，从而建立改进后的三热路模型，参见图6。本专利技术考虑太阳辐射对变压器热点温度的影响。为记及室外变压器在实际运行情况下受到的来自太阳辐射的影响，可以将太阳辐射带来的热本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种低温条件下变压器绕组热点温度预测方法，其特征在于，包括以下步骤：a、首先测定及计算变压器油的密度、粘度、热导率、比热容随温度的变化规律，然后测量及计算变压器的平均油温、变压器油的热阻、变压器箱体的传导热阻、变压器箱体的表面对流散热热阻以及变压器散热片的散热热阻，从而建立改进后的三热路模型；b、根据不同油流冷却方式对改进后的三热路模型进行修正；c、将测温传感器检测的变压器油的温升值与通过修正后的三热路模型计算出的温度值进行比对，修正得到接近实际的变压器热路模型；d、基于环境温度，通过接近实际的变压器热路模型计算出变压器的平均油温，然后将变压器的平均油温作为改进后的三热路模型中层油温的参考温度，计算出该模型中的顶层油温，最后计算变压器绕组的热点温度值。

【技术特征摘要】
1.一种低温条件下变压器绕组热点温度预测方法，其特征在于，包括以下步骤：a、首先测定及计算变压器油的密度、粘度、热导率、比热容随温度的变化规律，然后测量及计算变压器的平均油温、变压器油的热阻、变压器箱体的传导热阻、变压器箱体的表面对流散热热阻以及变压器散热片的散热热阻，从而建立改进后的三热路模型；b、根据不同油流冷却方式对改进后的三热路模型进行修正；c、将测温传感器检测的变压器油的温升值与通过修正后的三热路模型计算出的温度值进行比对，修正得到接近实际的变压器热路模型；d、基于环境温度，通过接近实际的变压器热路模型计算出变压器的平均油温，然后将变压器的平均油温作为改进后的三热路模型中层油温的参考温度，计算出该模型中的顶层油温，最后计算变压器绕组的热点温度值。2.根据权利要求1所述的一种低温条件下变压器绕组热点温度预测方法，其特征在于，步骤b中修正的具体过程如下：对于ON冷却方式的变压器，绕组顶部油温等于油箱中顶层油温；对于OF冷却方式的变压器以及OD冷却方式的变压器，变压器绕组顶部的油温等于底部油温加上该绕组内部的平均油温与底部油温之间差值的二倍。3.根据权利要求1所述的一种低温条件下变压器绕组热点温度预测方法，其特征在于，步骤d中计算变压器的平均油温以及该模型中的顶层油温时，均增加了由日照引起的热源qsun＝AαPsun，A为变压器箱体受到辐射的面积，单位为m2；α为变压器箱体表面材料的辐射吸收率。4.根据权利要求1所述的一种低温条件下变压器绕组热点温...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗汉武，来文清，姜国义，孙广，刘海波，崔士刚，李梦齐，石悠旖，王辉，张亮，张开，陈程，王曙鸿，郭泽，王爽，
申请(专利权)人：国网内蒙古东部电力有限公司检修分公司，国网内蒙古东部电力有限公司，国网电力科学研究院武汉南瑞有限责任公司，西安交通大学，
类型：发明
国别省市：内蒙古;15