[發明專利]一種地下變電站分體式冷卻變壓器熱點溫度計算方法

有效

• 申請號: 201710002159.0
• 申請日: 2017-01-03
• 公開（公告）號: CN107066799B
• 公開（公告）日: 2021-03-12
• 發明（設計）人: 魏本剛;黃華;姚周飛;徐延順;亓孝武
• 申請（專利權）人: 國網上海市電力公司
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G06Q50/06;G06F17/13
• 代理公司: 上?？剖⒅R產權代理有限公司 31225
• 代理人: 楊宏泰

技術領域

本發明涉及一種地下變電站分體式冷卻變壓器熱點溫度計算方法。

背景技術

隨著城市用電負荷的快速增加，城區內變電站的數量增多，綜合考慮土地占用面積和城市環境協調等問題，城市變電站中地下變電站和戶內變電站的比例越來越大，地下變電站由于空間限制和電力設備散熱需求，其變壓器的冷卻系統往往需采用與變壓器本體分體設計的方式。伴隨用電負荷不斷增加，變壓器散熱問題日顯突出。為保證散熱效果，地下變壓器冷卻器形式及布置方式與常規變電站有很大差異，一般使用散熱器和變壓器本體上下式布置。與傳統變壓器相同，其繞組熱點溫度的準確預測是決定變壓器過載能力和油紙絕緣老化率、防止變壓器出現過熱故障的關鍵因素。

因此，精確可靠計算分體變壓器熱點溫度具有十分重要的意義，目前，針對傳統一體式冷卻變壓器繞組熱點溫度的計算方法較多，但國內外尚未有分體式變壓器溫度計算的相關研究。

發明內容

本發明為了解決上述問題，提出了一種地下變電站分體式冷卻變壓器熱點溫度計算方法，本方法基于熱電等效原理，合理實現了地下變電站自然油循環的分體式冷卻變壓器的熱路計算模型建立，可獲得精度較高的熱點溫度計算結果，能夠準確地得到熱點溫度的變化趨勢。

為了實現上述目的，本發明采用如下技術方案：

一種地下變電站分體式冷卻變壓器熱點溫度計算方法，包括以下步驟：

(1)獲取分體式冷卻系統變壓器的設備參數；

(2)進行分體式變壓器空載試驗和負載試驗，分別測量得到變壓器的空載損耗和負載損耗；

(3)進行額定負載溫升試驗，得到額定頂層油溫溫升和繞組熱點溫升；

(4)基于熱電等效原理，建立分體式變壓器熱路模型，并進行優化，得到變壓器頂油溫度熱路模型和熱點溫度熱路模型；

(5)采用四階龍格庫塔法實現熱路微分方程的求解，計算給定負載曲線和環境溫度曲線下的頂層油溫時間序列和熱點溫度時間序列。

所述步驟(1)中，根據出廠變壓器參數，記錄試驗用分體式變壓器型號、額定容量、額定電壓、額定電流值、變壓器鐵芯質量、變壓器的高壓、低壓和調壓繞組質量、變壓器油質量與比熱容。

所述步驟(2)中，進行空載損耗試驗，在低壓繞組施加額定頻率正弦波形的額定電壓，而高壓繞組處于開路狀態下，根據在低壓側的功率表數值即得到變壓器空載損耗。

所述步驟(2)中，進行負載損耗試驗，變壓器低壓繞組短接，而在高壓繞組施加低于額定值的電壓，并使短路繞組中流過電流值為額定電流，高壓側功率表數值即得到變壓器的負載損耗值。

所述步驟(3)中，溫升試驗的過程為：關閉分體式變壓器散熱器的上油管和下油管，即隔絕變壓器本體和散熱器，給變壓器施加額定負載電流，測量其額定頂層油溫升Δθ_oil-atm1,R1；再分別打開變壓器上油管和下油管，進行額定負載試驗，測量額定頂層油溫升Δθ_oil-atm1,R2和Δθ_oil-atm2,R2，分別為頂層油溫相對于地下環境溫度的溫升和地上環境溫度的溫升。

所述步驟(3)中，分體式冷卻變壓器繞組到頂層油的熱阻為：當打開變壓器上下油管，額定負載狀態下運行，測得額定熱點溫度與頂層油溫溫差與額定運行條件下的銅損的比值。

所述步驟(4)中，根據分體式變壓器頂層油溫熱路模型，基于電路的基爾霍夫定律和熱電等效原理，利用熱阻和熱容等熱參數列出了求取頂層油溫度的等式方程。

所述步驟(4)中，引入描述這熱阻的變化非線性特性的變化因子，對熱路模型的計算進行修正。

所述步驟(4)中，在非額定負載條件下需要根據實時負載情況對變壓器計算模型方程進行修正，根據負載電流與額定電流的關系，考慮到銅損耗與電流平方成正比，得到實際運行總損耗。

所述步驟(4)中，熱點溫度模型把本體和散熱器兩部分的油看成一個整體，由于鐵損耗通過提高頂層油溫的方式影響繞組熱點溫度，忽略鐵損耗對繞組熱點溫度的直接影響。

所述步驟(4)中，對熱點溫度模型進行熱阻非線性修正、油粘度修正、實際負載修正和負載損耗隨溫度變化修正。

本發明的有益效果為：

本發明基于熱電等效原理合理實現了地下變電站自然油循環的分體式冷卻變壓器的熱路計算模型建立，可獲得精度較高的熱點溫度計算結果，能夠準確地得到熱點溫度的變化趨勢，有利于更充分地利用分體式冷卻變壓器的動態負載能力，促進變壓器在線監測信息的深度應用。

附圖說明