[發明專利]一種油浸式變壓器內部溫度監測方法

有效

• 申請號: 201810591852.0
• 申請日: 2018-06-11
• 公開（公告）號: CN108920774B
• 公開（公告）日: 2020-07-03
• 發明（設計）人: 周利軍;郭蕾;王健;唐浩龍;王路伽
• 申請（專利權）人: 西南交通大學
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G06F17/18
• 代理公司: 成都盈信專利代理事務所(普通合伙) 51245
• 代理人: 崔建中

1.一種油浸式變壓器內部溫度監測方法，其特征在于，包括

步驟1：確定修正后的油指數和修正后的繞組指數；

1.1所述確定修正后的油指數的方法為：

1.1.1令所述油浸式變壓器頂層油溫升ΔT_top計算模型為：

式中，ΔT_top,R為額定負載下頂層油溫升；R為額定負載下負載損耗與空載損耗之比；n為油指數，用來描述頂層油溫升隨負載的變化趨勢；I_pu為負載系數，T_top為頂層油溫，T_amb為環境溫度；

1.1.2利用雙對數線性回歸模型對油指數n進行回歸估計，如下：

式中，令

利用最小二乘法辨識參數n，即：

式中，j為樣本個數，i為標號；X_i表示第i個的計算值，Y_i表示第i個的計算值；為經過最小二乘法辨識計算后得到的油指數；

1.2所述確定修正后的繞組指數的方法為：

1.2.1令所述油浸式變壓器繞組的平均溫度梯度g計算模型為：

式中，g_r為額定負載下繞組平均溫度梯度；m為繞組指數，用來描述繞組平均溫度梯度隨負載的變化趨勢；I_pu為負載系數，T_w為繞組平均溫度，T_top為頂層油溫，T_bom為底層油溫；

1.2.2利用雙對數線性回歸模型對繞組指數m進行回歸估計，方法與確定修正后的油指數的方法中第1.1.2步相同；

上述方法中，所述頂層油溫T_top，繞組平均溫度T_w和底層油溫T_bom的求取方法，包括

(1)獲取所述油浸式變壓器結構及物性參數，包括冷熱芯高位差Δh、繞組高度h_w、散熱器高度h_r、繞組豎直油道熱工水力直徑D_w、散熱器油道熱工水力直徑D_r、油比熱容c_oil、空氣比熱容c_air，油密度ρ_oil、空氣密度ρ_air、油熱膨脹系數β_oil、繞組沿程阻力系數f_w、散熱器沿程阻力系數f_r、散熱器總傳熱系數U、繞組表面傳熱系數u_w、繞組區域流通面積A_w、散熱器流通面積A_r、散熱器有效散熱面積A_R，繞組與油流圓周方向接觸表面積A_s、溫差指數λ、環境溫度T_amb；

(2)聯立以下公式及條件，利用Newton-Raphson法迭代求解繞組區域油流體積流量G_w、散熱器油流體積流量G_r、頂層油溫T_top、底層油溫T_bom和繞組平均溫度T_w；所述油浸式變壓器內部為單循環，G_w＝G_r；

1)穩態條件下繞組豎直油道內的熱浮升力與流體阻力達到平衡，如下：

式中，g_a為重力加速度，S為冷卻循環面積，

S＝Δh(T_top-T_bom)+h_r[T_top-T_bom-ΔT_lm-0.5(T_top-T_amb)]，

其中，ΔT_lm為散熱器中油流與外界空氣的對數平均溫差，

2)穩態時繞組產生負載損耗Q_w等于其周圍油流吸收的熱量，即

Q_w＝ρ_oilc_oilG_w(T_top-T_bom)；

3)繞組周圍油流吸收的熱量等于線圈沿其表面向外對流擴散的熱量，即

4)油循環達到最終穩態，散熱器中油相對空氣溫升為

T_oil-T_air＝Ce^-λh，

式中，T_oil、T_air分別為沿散熱器高度方向h的油流溫度及空氣溫度；C為底部油溫和環境溫度的差值；

繞組負載損耗Q_w產生的熱量將通過油流全部傳輸至外界空氣，即

Q_w＝UA_R(T_oil-T_air)＝UA_RCe^-λh；

其中，Q_w,R為所述油浸式變壓器的額定負載損耗；

5)選定標準大氣壓下油浸式變壓器運行時的環境溫度作為參考溫度；

步驟2：監測實時環境溫度θ_amb和繞組實際負載電流I；

步驟3：實時監測修正油指數和繞組指數后的頂層油溫θ_oil和熱點溫度θ_hs，如下：

式中，n為步驟1確定的修正后的油指數；R為額定負載損耗與空載損耗之比；I_pu為負載系數，為實際負載電流I與額定電流I_R的比值；Δθ_oil,R為額定負載下的頂層油溫升，由所述油浸式變壓器出廠時確定；τ_oil,R為油時間常數；m為步驟1確定的修正后的繞組指數；Δθ_hs,R額定負載下的熱點溫升，由所述油浸式變壓器出廠時確定；τ_w,R為繞組時間常數。