热流路网络计算变压器绕组温度分布的方法技术

本发明专利技术公开了一种热流路网络计算变压器绕组温度分布的方法，测量变压器绕组的结构参数、发热功率和入口温度，并采用电网络方法等效建立包含摩擦压降、局部压力损失压降和重力压降的能合理反应流体流动的集总式流路网络模型，以及采用电网路方法等效建立包含绕组的热传导和绕组对绝缘液的对流换热部分的能合理反应热传导的集总式热路网络模型；利用节点电压法依次求解所述流路网络模型和热路网络模型，再将热路网络输出结果反馈至流路网络模型，重复求解过程直至所述流路网络模型和热路网络模型求解收敛至容许误差以下。网络模型求解收敛至容许误差以下。网络模型求解收敛至容许误差以下。

【技术实现步骤摘要】
热流路网络计算变压器绕组温度分布的方法


[0001]本专利技术属于变压器
，特别是一种热流路网络计算变压器绕组温度分布的方法。

技术介绍

[0002]影响变压器运行寿命的主要原因之一为变压器绕组的热点温度。能够精确计算变压器绕组的温度分布可以有效指导变压器的设计，降低因设计缺陷带来的变压器绕组局部过热的问题。
[0003]目前，变压器绕组的温度计算主要方式为利用计算流体动力学(CFD)和传热学耦合计算。但由于CFD采用的流体控制方程无解析解，其与传热学耦合是一个复杂的高度非线性化问题，求解代价极大。此外，由于变压器的过热故障通常发生在绕组内部，从其出现过热到绝缘液理化性能发生变化需要数天时间。同时，变压器数字孪生也要求能够根据输入负载的变化快速计算变压器绕组的温度分布。因此，寻找在可以接受的温度分布精度范围内，能够有效减少模型建立的复杂程度，提升计算速度的方法变得尤为迫切。
[0004]在
技术介绍
部分中公开的上述信息仅仅用于增强对本专利技术背景的理解，因此可能包含不构成在本国中本领域普通技术人员公知的现有技术的信息。

技术实现思路

[0005]针对现有技术中存在的问题，本专利技术提出一种热流路网络计算变压器绕组温度分布的方法，使得复杂的变压器绕组温度分布和绝缘油流速分布求解问题能够快速求解，提高温度分布测量精度。
[0006]本专利技术的目的是通过以下技术方案予以实现，一种热流路网络计算变压器绕组温度分布的方法，包括如下步骤：
[0007]S100、测量变压器绕组的结构参数、入口流量、绝缘油节点的温度、稳态时绕组发热功率，和入口温度；
[0008]S200、采用电网路方法等效建立包含摩擦压降、局部压力损失压降和重力压降的能合理反映流体流动的集总式的流路网络模型；以及，采用电网路方法等效建立包含绕组的热传导和绕组对绝缘液的对流换热部分的集总式的热路网络模型；
[0009]S300、流路网络模型输入所述结构参数、入口流量和绝缘油节点的温度，输出绝缘油节点间的流量，并利用节点电压法求解所述流路网络模型以输出绝缘油节点间的流量；
[0010]S400、所述流路网络模型的输出，即绝缘油节点间的流量，作为热路网络模型的一个输入，流路网络模型还输入所述结构参数、稳态时绕组发热功率和入口温度，以输出当前稳态下各绕组和绝缘油节点的温度；
[0011]S500、利用节点电压法求解所述热路网络模型的输出；
[0012]S600、判断热路网络模型输出的当前稳态下各绕组和绝缘油节点的温度求解是否已收敛至容许误差：
[0013]如果热路网络模型输出的当前稳态下各绕组和绝缘油节点的温度求解已收敛至容许误差以下，则停止求解，并根据当前稳态下各绕组和绝缘油节点的温度获得变压器绕组温度分布；
[0014]如果热路网络模型输出的当前稳态下各绕组和绝缘油节点的温度求解中，任一输出没有收敛至容许误差以下，则以输出的绝缘油节点的温度，作为新的输入，替代流路网络模型输入的绝缘油节点的温度，以迭代计算S300至S500；直至热路网络模型输出的当前稳态下各绕组和绝缘油节点的温度求解收敛至容许误差以下。
[0015]所述的热流路网络计算变压器绕组温度分布的方法中，
[0016]在求解过程中，以如下为约束条件：
[0017]热路网络模型满足流体控制方程和传热方程，流路网络模型的流路节点满足质量守恒定律、节点间满足动量守恒定律，热路网络模型的热路节点满足能量守恒定律。
[0018]所述的热流路网络计算变压器绕组温度分布的方法中，
[0019]所述结构参数还用于计算流路网络模型和热路网络模型的流阻和热阻。
[0020]所述的热流路网络计算变压器绕组温度分布的方法中，所述流路网络模型中，
[0021]摩擦压降的流阻R
f
为：
[0022]三通结构造成的局部压力损失的流阻R
st
为：
[0023]转向结构造成的局部压力损失的流阻R
zx
为：
[0024]重力造成的压力变化应等效为电压源为：p
g
＝ρgH；
[0025]其中，ρ表示绝缘液的密度；μ表示绝缘液的动力粘度；K
locst
和K
loczx
表示三通结构和转向结构造成的局部压力损失系数；L表示流体通道的长度；D表示流体通道的水力直径；M
in
表示流体在三通结构中流体汇总部位或转向结构入口处的质量流量；β表示流体在三通结构中直路或支路处质量流量占汇总部位质量流量比值；p
g
表示因重力造成的压力变化；g表示重力加速度；H表示计算重力变化时的流体等效高度。
[0026]所述的热流路网络计算变压器绕组温度分布的方法中，所述热路网络模型中，
[0027]固体间热传导等效的热阻R
k
为：
[0028]固体与流体间对流换热等效的热阻R
h
为：
[0029]其中，d表示固体间热传导距离；k表示固体的热传导系数；l表示固体间热传导的接触长度；h表示固体与流体间的对流换热系数。
[0030]所述的热流路网络计算变压器绕组温度分布的方法中，计算热路网络时，流体的对流换热系数通过如下努塞特数经验方程计算：
[0031][0032]其中，Nu为努塞特数；h表示固体与流体间的对流换热系数；D表示流体通道的水力直径；k
l
表示流体的热传导系数；L表示流体通道的长度；Re
D
表示流体的雷诺数；Pr表示流体的普朗特数；μ
b
表示流体在整体温度下的动力粘度；μ
w
表示流体壁温下的动力粘度。
[0033]和现有技术相比，本专利技术具有以下优点：本专利技术使用流路和热路耦合的热流路网络方法，使得原有难以有效求解的问题能够得到高效的求解，该方法能够克服由传统CFD和传热学耦合带来的高度非线性和计算庞大矩阵问题，使得该规划问题既能够高效得到求解，又能满足精度要求，能够用于实时计算变压器绕组温度分布。本专利技术所提出的方法能够用在变压器绕组设计和变压器数字孪生中，并从两网共同的安全和快速响应需求的角度对变压器负载变化情况下可能发生的热故障等工程实际问题提供定量参考依据。
附图说明
[0034]通过阅读下文优选的具体实施方式中的详细描述，本专利技术各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。说明书附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本专利技术的限制。显而易见地，下面描述的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，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他的附图。而且在整个附图中，用相同的附图标记表示相同的部件。
[0035]在附图中：
[0036]图1是根据本专利技术一个实施例的热流路网络计算变压器绕组温度分布的方法的变压器单通道内7饼绕组流路网络模型示意图；本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种热流路网络计算变压器绕组温度分布的方法，包括如下步骤：S100、测量变压器绕组的结构参数、入口流量、绝缘油节点的温度、稳态时绕组发热功率，和入口温度；S200、采用电网路方法等效建立包含摩擦压降、局部压力损失压降和重力压降的能合理反映流体流动的集总式的流路网络模型；以及，采用电网路方法等效建立包含绕组的热传导和绕组对绝缘液的对流换热部分的集总式的热路网络模型；S300、流路网络模型输入所述结构参数、入口流量和绝缘油节点的温度，输出绝缘油节点间的流量，并利用节点电压法求解所述流路网络模型以输出绝缘油节点间的流量；S400、所述流路网络模型的输出，即绝缘油节点间的流量，作为热路网络模型的一个输入，流路网络模型还输入所述结构参数、稳态时绕组发热功率和入口温度，以输出当前稳态下各绕组和绝缘油节点的温度；S500、利用节点电压法求解所述热路网络模型的输出；S600、判断热路网络模型输出的当前稳态下各绕组和绝缘油节点的温度求解是否已收敛至容许误差：如果热路网络模型输出的当前稳态下各绕组和绝缘油节点的温度求解已收敛至容许误差以下，则停止求解，并根据当前稳态下各绕组和绝缘油节点的温度获得变压器绕组温度分布；如果热路网络模型输出的当前稳态下各绕组和绝缘油节点的温度求解中，任一输出没有收敛至容许误差以下，则以输出的绝缘油节点的温度，作为新的输入，替代流路网络模型输入的绝缘油节点的温度，以迭代计算S300至S500；直至热路网络模型输出的当前稳态下各绕组和绝缘油节点的温度求解收敛至容许误差以下。2.根据权利要求1所述的热流路网络计算变压器绕组温度分布的方法，其中，优选的，在求解过程中，以如下为约束条件：热路网络模型满足流体控制方程和传热方程，流路网络模型的流路节点满足质量守恒定律、节点间满足动量守恒定律，热路网络模型的热路节点满足能量守恒定律。3.根据权利要求1所述的热流路网络计算变压器绕组温度分布的方法，其中，所述结构参数还用于计算流路网络模型和热路网络模型的流阻和热阻。4.根...

【专利技术属性】
技术研发人员：王远，唐桢馥，徐阳，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：