[发明专利]一种地下变电站分体式冷却变压器热点温度计算方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种地下变电站分体式冷却变压器热点温度计算方法。

背景技术

随着城市用电负荷的快速增加，城区内变电站的数量增多，综合考虑土地占用面积和城市环境协调等问题，城市变电站中地下变电站和户内变电站的比例越来越大，地下变电站由于空间限制和电力设备散热需求，其变压器的冷却系统往往需采用与变压器本体分体设计的方式。伴随用电负荷不断增加，变压器散热问题日显突出。为保证散热效果，地下变压器冷却器形式及布置方式与常规变电站有很大差异，一般使用散热器和变压器本体上下式布置。与传统变压器相同，其绕组热点温度的准确预测是决定变压器过载能力和油纸绝缘老化率、防止变压器出现过热故障的关键因素。

因此，精确可靠计算分体变压器热点温度具有十分重要的意义，目前，针对传统一体式冷却变压器绕组热点温度的计算方法较多，但国内外尚未有分体式变压器温度计算的相关研究。

发明内容

本发明为了解决上述问题，提出了一种地下变电站分体式冷却变压器热点温度计算方法，本方法基于热电等效原理，合理实现了地下变电站自然油循环的分体式冷却变压器的热路计算模型建立，可获得精度较高的热点温度计算结果，能够准确地得到热点温度的变化趋势。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种地下变电站分体式冷却变压器热点温度计算方法，包括以下步骤：

(1)获取分体式冷却系统变压器的设备参数；

(2)进行分体式变压器空载试验和负载试验，分别测量得到变压器的空载损耗和负载损耗；

(3)进行额定负载温升试验，得到额定顶层油温温升和绕组热点温升；

(4)基于热电等效原理，建立分体式变压器热路模型，并进行优化，得到变压器顶油温度热路模型和热点温度热路模型；

(5)采用四阶龙格库塔法实现热路微分方程的求解，计算给定负载曲线和环境温度曲线下的顶层油温时间序列和热点温度时间序列。

所述步骤(1)中，根据出厂变压器参数，记录试验用分体式变压器型号、额定容量、额定电压、额定电流值、变压器铁芯质量、变压器的高压、低压和调压绕组质量、变压器油质量与比热容。

所述步骤(2)中，进行空载损耗试验，在低压绕组施加额定频率正弦波形的额定电压，而高压绕组处于开路状态下，根据在低压侧的功率表数值即得到变压器空载损耗。

所述步骤(2)中，进行负载损耗试验，变压器低压绕组短接，而在高压绕组施加低于额定值的电压，并使短路绕组中流过电流值为额定电流，高压侧功率表数值即得到变压器的负载损耗值。

所述步骤(3)中，温升试验的过程为：关闭分体式变压器散热器的上油管和下油管，即隔绝变压器本体和散热器，给变压器施加额定负载电流，测量其额定顶层油温升Δθ_oil-atm1,R1；再分别打开变压器上油管和下油管，进行额定负载试验，测量额定顶层油温升Δθ_oil-atm1,R2和Δθ_oil-atm2,R2，分别为顶层油温相对于地下环境温度的温升和地上环境温度的温升。

所述步骤(3)中，分体式冷却变压器绕组到顶层油的热阻为：当打开变压器上下油管，额定负载状态下运行，测得额定热点温度与顶层油温温差与额定运行条件下的铜损的比值。

所述步骤(4)中，根据分体式变压器顶层油温热路模型，基于电路的基尔霍夫定律和热电等效原理，利用热阻和热容等热参数列出了求取顶层油温度的等式方程。

所述步骤(4)中，引入描述这热阻的变化非线性特性的变化因子，对热路模型的计算进行修正。

所述步骤(4)中，在非额定负载条件下需要根据实时负载情况对变压器计算模型方程进行修正，根据负载电流与额定电流的关系，考虑到铜损耗与电流平方成正比，得到实际运行总损耗。

所述步骤(4)中，热点温度模型把本体和散热器两部分的油看成一个整体，由于铁损耗通过提高顶层油温的方式影响绕组热点温度，忽略铁损耗对绕组热点温度的直接影响。

所述步骤(4)中，对热点温度模型进行热阻非线性修正、油粘度修正、实际负载修正和负载损耗随温度变化修正。

本发明的有益效果为：

本发明基于热电等效原理合理实现了地下变电站自然油循环的分体式冷却变压器的热路计算模型建立，可获得精度较高的热点温度计算结果，能够准确地得到热点温度的变化趋势，有利于更充分地利用分体式冷却变压器的动态负载能力，促进变压器在线监测信息的深度应用。

附图说明