基于热电类比理论的变压器热点温度计算模型的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种基于热电类比理论的变压器热点温度计算模型，综合考虑油粘度与损耗随温度的变化，变压器负载与分接头的变化对损耗发热功率的影响和油箱外壁在户外环境下与空气的对流与辐射以及太阳辐射的影响，提出了改进模型，并结合与一台自然油循环强迫空气冷却（ONAF）的220kV-300MVA的变压器出厂测试数据以及热点温度经典模型计算结果进行对比，本发明改进模型在动态负载下计算的变压器绕组热点温度具有更高的精度。
【专利说明】基于热电类比理论的变压器热点温度计算模型
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种电力变压器测温技术，特别涉及一种基于热电类比理论的变压器 热点温度计算模型。
【背景技术】
[0002] 大型油浸式电力变压器是电网中重要设备，它的运行环境以及寿命周期对电力系 统安全稳定的运行起到至关重要的作用。变压器内部由损耗引起的绝缘系统的发热会加速 绝缘的老化甚至直接损坏变压器。因此，在变压器寿命管理中，传热及散热的处理是主要的 部分，且这方面的问题已经吸引了许多学者以及电力系统运行人员的注意。
[0003] 对变压器温度的实时监测可以获得变压器运行状态的有用信息，但是热点温度却 通常很难直接测得，因此国内外许多研宄人员提出了各种热点温度的预测模型以及计算方 法。最常规的方法是IEEEStdC57. 91导则的热点计算公式，但是其未考虑油粘度随温度 的变化以及环境温度的影响，计算结果误差较大。国外学者swift等人提出了热电类比的 方法，定义集中热容和非线性热阻，建立了基于变压器顶层油温的热点温度计算模型，但模 型还较简单，对参数对于温度的变化考虑较少。而后Susa改进了基于顶层油温的模型，考 虑油粘滞度以及损耗随温度的变化的影响，计算精度已经较好，但是在变压器过载运行条 件下误差还是较大。在此之后美国的Pierece提出了基于底层油温的的热点温度定义式， 但是忽略了外部冷却因数，在此基础上，国内学者江淘沙改进了这一模型，考虑了参数随温 度的变化，但是忽略了油箱与环境的热量交换过程，从物理特性上考虑还不够全面。
【发明内容】
[0004] 本发明是针对电力变压器绕组发热所产生的热效应会加速绝缘的老化的问题，提 出了一种基于热电类比理论的变压器热点温度计算模型，综合考虑油粘度与损耗随温度的 变化，变压器负载与分接头的变化对损耗发热功率的影响和油箱外壁在户外环境下与空气 的对流与辐射以及太阳辐射的影响，提出了改进模型，具有更高的精度。
[0005] 本发明的技术方案为：一种基于热电类比理论的变压器热点温度计算模型，将油 箱壁温度与环境温度的温差理解为油箱对环境的传热，热点温度的计算式为：
[0006] Θhs -Θamb+Θtank+ΔΘmoil_tank+ΔΘwoil_moil+ΔΘhs_woil
[0007] 式中，为环境温度，θ_,为油箱壁温度，Λθm()il_tank为平均油温与油箱壁之 间的温度差，Δ0w()il_m()il为热点附近油温与平均油温的温度差，ΛΘhs_w()ilS热点与热油区 域的温度差。
[0008] 所述热点温度的计算式转变为如下的可计算方程：
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【权利要求】
1. 一种基于热电类比理论的变压器热点温度计算模型，其特征在于，将油箱壁温度与 环境温度的温差理解为油箱对环境的传热，热点温度的计算式为：
式中，9?b为环境温度，9tank为油箱壁温度，△ 9mitank为平均油温与油箱壁之间的 温度差，a 为热点附近油温与平均油温的温度差，a0 hs_w()il为热点与热油区域的 温度差。
2. 根据权利要求1所述基于热电类比理论的变压器热点温度计算模型，其特征在于， 所述热点温度的计算式转变为如下的可计算方程：
式中：1^为额定损耗比，0为动态负载损耗比，K为实时负载电流值与额定值之比， 八0hs,K、A0W()il,K、A0Mil,K分别为额定热点温升、额定热油区温升和额定平均油温升； ths,K、tW()il,K、tMil,R分别指热点温度计算微分方程时间常数、热油区域温度计算微分方程 时间常数、平均油温计算微分方程时间常数；油箱壁热容Ctank取冷轧钢的比热容；ypu为油 粘度的标幺值，n为常数0.8，。_为户外太阳的福射折算成的内部发热功率，a=eoAy
5. 67Xl(T8WAm2 ?K4) ;Ai为油箱外壁表面等效辐射散热面积，A2为油箱外壁表面对流散热 面积；L2为油箱外壁散热特征尺寸；k'，P'pa'，v'为空气的物性参数，v'为空气动 力粘度，k'为空气导热系数，P' 普朗特系数，a'为空气的比热，可查表得到，CdPn2 是经验系数。
【文档编号】G06F19/00GK104484569SQ201410799688
【公开日】2015年4月1日 申请日期:2014年12月19日 优先权日:2014年12月19日
【发明者】陈炯, 周健聪, 胡桃涛, 王悦, 李忠, 张晓群, 薛飞 申请人:国网四川省电力公司资阳供电公司, 上海电力学院