[發明專利]一種風冷變壓器上層油溫預估方法和系統

有效

• 申請號: 201710791703.4
• 申請日: 2017-09-05
• 公開（公告）號: CN107560757B
• 公開（公告）日: 2020-03-10
• 發明（設計）人: 李題印;屠永偉;邵雙;易武;張鵬;閆立偉;孫微庭
• 申請（專利權）人: 杭州電力設備制造有限公司;國網浙江杭州市余杭區供電有限公司;國網浙江省電力有限公司杭州供電公司
• 主分類號: G01K13/00
• 分類號: G01K13/00
• 代理公司: 北京集佳知識產權代理有限公司 11227
• 代理人: 羅滿

1.一種風冷變壓器上層油溫預估方法，其特征在于，包括：

S1、獲取上層油溫模型的變壓器周邊的環境溫度變化量Δθ_a、前一時刻的負荷率k₀、負荷率改變量Δk、變壓器空載損耗P₀和變壓器短路損耗P_k；獲取所述上層油溫模型的空氣側的等效熱阻R_ath、絕緣油側的等效熱阻R_oth和所述變壓器內的等值熱容C_th；

S2、根據上層油溫改變量公式計算所述上層油溫改變量Δθ_to，所述上層油溫改變量公式為：

其中，x為油指數、dΔθ_to/dt為上層油溫改變量變化率；

所述S1中獲取所述上層油溫模型的空氣側的等效熱阻R_ath、絕緣油側的等效熱阻R_oth和所述變壓器內的等值熱容，包括：

S11、由變壓器的上層油溫模型獲得其對應的熱電等值電路；

S12、獲取所述熱電等值電路中的空氣側的等效熱阻R_ath、絕緣油側的等效熱阻R_oth和所述變壓器內的等值熱容C_th；

所述S11中由變壓器的上層油溫模型獲得其對應的熱電等值電路，包括：

將所述上層油溫模型中的熱泵等效為所述熱電等值電路中的電源；

將所述上層油溫模型中的熱量傳遞值等效為所述熱電等值電路中的電阻值；

將所述上層油溫模型中的油溫度值等效為所述熱電等值電路中的電位；

將所述上層油溫模型中的物體的吸熱量等效為所述熱電等值電路中的電容；

所述S12中獲取所述熱電等值電路中的空氣側的等效熱阻R_ath、絕緣油側的等效熱阻R_oth，包括：

S121、獲取所述變壓器熱量傳遞至絕緣油的自然換流熱阻R_on、傳遞至絕緣油的強迫換流熱阻R_of、不同溫度絕緣油相混合對應的熱阻R_bt，以及風冷散熱中空氣自然對流熱阻R_an、風冷散熱中強迫對流熱阻R_af和散熱器與空氣的輻射熱阻R_dr；

S122、根據公式

得到空氣側的等效熱阻R_ath和絕緣油側的等效熱阻R_oth；

所述S121包括：

S1211、獲取油對流散熱面特征長度l_o、等效油對流散熱面積A_o、與油溫相關的熱傳導率λ_o(θ_o)、參考油溫θ_o、變壓器空載損耗P_o、變壓器短路損耗P_k、上層油溫θ_to和底層油溫θ_bo；

并根據公式

得到所述自然換流熱阻R_on、強迫換流熱阻R_of、不同溫度絕緣油相混合對應的熱阻R_bt；

S1212、獲取空氣對流散熱面特征長度l_a、空氣對流散熱面積A_a、參考空氣溫度θ_a、空氣和油的對數平均溫差θ_oa、等效輻射面積A_dr；

根據公式

得到所述空氣自然對流熱阻R_an、強迫對流熱阻R_af和輻射熱阻R_dr；

其中，q_o、p_o、m_o、n_o和C_o為經驗系數；q_a、p_a、m_a、n_a和C_a為經驗系數；

Gr_o(θ_o)、Pr_o(θ_o)、Re_o(θ_o)分別為油側的格拉曉夫數、普朗特數和雷諾數；

Gr_a(θ_a)、Pr_a(θ_a)和Re_a(θ_a)分別為空氣側的格拉曉夫數、普朗特數和雷諾數；

σ為斯特藩-玻爾茲曼常數，ε為黑體的輻射系數，y和x為油混合系數和油指數。

2.一種風冷變壓器上層油溫預估系統，其特征在于，包括：

模型參數獲取裝置(1)，用于獲取上層油溫模型的變壓器周邊的環境溫度變化量Δθ_a、前一時刻的負荷率k₀、變壓器空載損耗P₀、變壓器短路損耗P_k、負荷率改變量Δk；

等值參數獲取裝置(2)，用于獲取所述上層油溫模型的空氣側的等效熱阻R_ath、絕緣油側的等效熱阻R_oth和所述變壓器內的等值熱容C_th；

油溫預測計算裝置(3)，其與所述上層油溫模型參數獲取裝置、等值參數獲取裝置連接，用于根據上層油溫改變量公式計算所述上層油溫改變量Δθ_to，所述上層油溫改變量公式為：

其中，x為油指數、dΔθ_to/dt為上層油溫改變量變化率；

所述等值參數獲取裝置(2)包括：

等值電路模擬裝置(21)，所述等值電路模擬裝置根據所述上層油溫模型獲得熱電等值電路；

獲取器(22)，用于獲取所述熱電等值電路中的空氣側的等效熱阻R_ath、絕緣油側的等效熱阻R_oth和所述變壓器內的等值熱容C_th；

所述獲取器(22)包括：

熱阻獲取器(221)，用于獲取所述變壓器熱量傳遞至絕緣油的自然換流熱阻R_on、傳遞至絕緣油的強迫換流熱阻R_of、不同溫度絕緣油相混合對應的熱阻R_bt，以及風冷散熱中空氣自然對流熱阻R_an、風冷散熱中強迫對流熱阻R_af和散熱器與空氣的輻射熱阻R_dr；

熱阻計算裝置(222)，其與所述熱阻獲取器連接，用于獲取所述熱阻獲取器中的數據，并根據公式

得到空氣側的等效熱阻R_ath和絕緣油側的等效熱阻R_oth；

所述熱阻獲取器(221)包括：

油側熱阻獲取器(2211)，用于獲取油對流散熱面特征長度l_o、等效油對流散熱面積A_o、與油溫相關的熱傳導率λ_o(θ_o)、參考油溫θ_o、變壓器空載損耗P_o、變壓器短路損耗P_k、上層油溫θ_to和底層油溫θ_bo；并根據公式

得到所述自然換流熱阻R_on、強迫換流熱阻R_of、不同溫度絕緣油相混合對應的熱阻R_bt；

空氣側熱阻獲取器(2212)，獲取空氣對流散熱面特征長度l_a、空氣對流散熱面積A_a、參考空氣溫度θ_a、空氣和油的對數平均溫差θ_oa、等效輻射面積A_dr；根據公式

得到所述空氣自然對流熱阻R_an、強迫對流熱阻R_af和輻射熱阻R_dr；

其中，q_o、p_o、m_o、n_o和C_o為經驗系數；q_a、p_a、m_a、n_a和C_a為經驗系數；

Gr_o(θ_o)、Pr_o(θ_o)、Re_o(θ_o)分別為油側的格拉曉夫數、普朗特數和雷諾數；

Gr_a(θ_a)、Pr_a(θ_a)和Re_a(θ_a)分別為空氣側的格拉曉夫數、普朗特數和雷諾數；

σ為斯特藩-玻爾茲曼常數，ε為黑體的輻射系數，y和x為油混合系數和油指數。