一种测定变压器油对流换热系数的实验测量装置及使用方法与流程

本发明涉及一种测定变压器油对流换热系数的实验测量装置及使用方法，属于分析及测量控制技术领域。

背景技术

油浸式变压器的热点温度是影响变压器负载的关键因素。目前，油浸式变压器热点温度的监测方法主要有两种，一种是直接把光纤温度传感器置入在预测的变压器绕组热点温度点，但预测的温度点可能并非变压器的真正热点温度，会有直接误差。另一种是通过数值计算和热路模型法间接得到热点温度，热路模型法复杂程度低，计算简单，精确度高，在实际中经常采用。以往文献设计热路模型多采用集总参数模型，真实油浸式变压器内部环境复杂，计算出的热点温度精度不高，因此基于以上不足提出分布式参数热路模型的解决方案，实验证明该方案高效可行。在根据变压器内部热分布建立热路模型时，绕组与变压器油之间的对流换热系数是关键性参数。变压器油与每一饼绕组对流换热系数以往文献都是根据经经验公式求得，尚未考虑不同温度下变压器油与每一饼绕组对流换热系数的数值。因此准确测定不同温度下的对流换热系数对精确获取热阻信息，进一步优化分布式热路模型具有重要意义。

技术实现要素：

为了解决上述提到的不足，本发明提供一种测定变压器油对流换热系数的实验测量装置及使用方法，本发明能更加准确的测量测定变压器油对流换热系数。

本发明技术方案是：一种测定变压器油对流换热系数的实验测量装置，包括紫铜管1、紧固螺栓3、塑料板5、加热棒6、阻热板7、热电偶9、导热膏13、变压器油14、绝缘纸15、温度采集系统；

用包有两层绝缘纸15的紫铜管1模拟油浸式变压器绕组；

所述加热棒6表面均匀图上导热膏13，再在涂有导热膏13的加热棒6上套有紫铜管1，套有紫铜管1的加热棒6置于封闭的不锈钢桶内，引出加热棒6的两端导线正负极与温度采集系统的直流电压源11连接，套有紫铜管1的加热棒6上下两端分别设有塑料板5，用两条塑料板5搭建一个固定架用于固定加热棒6，使其位于不锈钢桶的正中心位置，上下两条塑料板5之间通过紧固螺栓3连接，且在紧贴紫铜管1表面左右各安装一支热电偶9，再用两层绝缘纸15包裹在紫铜管1表面，并在紫铜管1左右两侧有间距的安置若干支热电偶9，且每只热电偶上端穿过上面设置的塑料板5且用密封胶密封固定在塑料板5上，热电偶9的温度数据由温度采集系统的温度巡检仪11测得，所述不锈钢桶的顶部和底部用阻热板7封闭。

所述塑料板5采用环氧树脂玻璃纤维塑料板。

在紫铜管1左右两侧各安置4支热电偶9，每两只热电偶间距为4mm。

所述温度采集系统包括pc端10、温度巡检仪11、电压源12、rs485接口；温度巡检仪11通过rs485接口连接pc端10，电压源12用于提供电压给加热棒6进行加热，温度采集系统用于得到每只热电偶9的温度数值。

所述热电偶9采用k型铠装热电偶。

所述紧固螺栓3通过螺母8把上下两条塑料板5和加热棒6固定好，且在上端连接处通过密封胶4密封，套有紫铜管1的加热棒6下端设置的塑料板5通过橡胶垫圈2放置在不锈钢桶内。

所述的测定变压器油对流换热系数的实验测量装置的使用方法，所述使用方法的具体步骤如下：

step1、用若干支热电偶9分别测量不同间隔变压器油14和紫铜管1外部绝缘纸15表面的温度，再经过由pc端10、温度巡检仪11、电压源12、rs485接口构成的温度采集系统，得到每支热电偶的温度数值；

step2、通过电压源12的电压u和电流i计算得出加热棒6产生的发热功率；通过温度采集系统得到紫铜管1外部绝缘纸15表面和变压器油14的平均温度差；

step3、用紫铜管1外部绝缘纸15表面和变压器油14的平均温度差除以电压源12提供的发热功率即可得到变压器油14与紫铜管1外部绝缘纸15表面的热阻值；

step4、测得模拟绕组的外表面积为a，根据对流换热系数公式推出热阻与发热物体表面积的乘积的倒数即为该给定功率下的对流换热系数。

所述步骤step2中，采集并记录测得贴在加热棒6左右两侧面与之对应热电偶的温度值，将加热棒左右两侧面温度的平均值作为模拟绕组表面温度值t1；

采集并记录间隔的安放在变压器油右侧中的四个热电偶的温度值，按照从左到右安放热电偶的顺序以及采集的温度进行相应的数据拟合，拟合结果近似线性，做相应的线性处理，计算得出斜率k，再根据y＝kx+b，y为变压器油的温度值，x为热电偶测温点与模拟绕组表面的距离，y的截距b即为模拟绕组右侧面临界变压器油的温度值；同理左侧，将计算得到模拟绕组左右两侧临界变压器油温度的平均值作为模拟绕组表面临界变压器油的温度值t2。

所述步骤step3中，用模拟绕组表面温度值t1与模拟绕组表面临界变压器油的温度值t2的差除以电压源提供的发热功率q，即可得到变压器油的热阻值r，即

所述步骤step4中，测得模拟绕组的表面积为a，根据对流传热系数公式可知，热阻值r与发热物体表面积的乘积的倒数即是该给定功率下的对流传热系数的数值，即

对流换热系数表示的物理意义是当流体与固体表面之间的温度差为1k时，1m*1m的壁面面积在每秒所能传递的热量。h的大小反应对流换热的强弱。单位为(w/m²℃)。

本发明的有益效果是：

1、本发明模拟了油浸式变压器的现实工作环境下的变压器油在不同温度的对流换热系数的测量；

2、应用多支热电偶测量不同位置下的变压器油温，避免单点测量时测温位置选取对测量结果造成影响；

3、变压器绕组热阻的计算中，通常忽略不同温度下变压器油与每一柄绕组换热过程中对流换热系数的影响；本发明使用实验的手段弥补了上述不足，本发明能更加准确的实现了不同给定功率下油浸式变压器中变压器油对流换热系数的实验测量。

附图说明

图1是本发明结构示意图。

图1中各标号：1-紫铜管、2-橡胶垫圈、3-紧固螺栓、4-密封胶、5-塑料板、6-加热棒、7-阻热板、8-螺母、9-热电偶、10-pc端、11-温度巡检仪、12-电压源、13-导热膏、14-变压器油、15-绝缘纸。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例，对本发明作进一步说明。

实施例1：如图1所示，一种测定变压器油对流换热系数的实验测量装置，包括紫铜管1、紧固螺栓3、塑料板5、加热棒6、阻热板7、热电偶9、导热膏13、变压器油14、绝缘纸15、温度采集系统；

用包有两层绝缘纸15的紫铜管1模拟油浸式变压器绕组；

所述加热棒6表面均匀图上导热膏13，再在涂有导热膏13的加热棒6上套有紫铜管1，套有紫铜管1的加热棒6置于封闭的不锈钢桶内，引出加热棒6的两端导线正负极与温度采集系统的直流电压源11连接，套有紫铜管1的加热棒6上下两端分别设有塑料板5，用两条塑料板5搭建一个固定架用于固定加热棒6，使其位于不锈钢桶的正中心位置，上下两条塑料板5之间通过紧固螺栓3连接，且在紧贴紫铜管1表面左右各安装一支热电偶9，再用两层绝缘纸15包裹在紫铜管1表面，并在紫铜管1左右两侧有间距的安置若干支热电偶9，且每只热电偶上端穿过上面设置的塑料板5且用密封胶密封固定在塑料板5上，热电偶9的温度数据由温度采集系统的温度巡检仪11测得，所述不锈钢桶的顶部和底部用阻热板7封闭。

进一步的，所述塑料板5采用环氧树脂玻璃纤维塑料板。

进一步的，在紫铜管1左右两侧各安置4支热电偶9，每两只热电偶间距为4mm。

进一步的，所述温度采集系统包括pc端10、温度巡检仪11、电压源12、rs485接口；温度巡检仪11通过rs485接口连接pc端10，电压源12用于提供电压给加热棒6进行加热，温度采集系统用于得到每只热电偶9的温度数值。

进一步的，所述热电偶9采用k型铠装热电偶。

进一步的，所述紧固螺栓3通过螺母8把上下两条塑料板5和加热棒6固定好，且在上端连接处通过密封胶4密封，套有紫铜管1的加热棒6下端设置的塑料板5通过橡胶垫圈2放置在不锈钢桶内。

所述的测定变压器油对流换热系数的实验测量装置的使用方法，所述使用方法的具体步骤如下：

step1、用十支k型铠装热电偶分别测量不同间隔变压器油14和紫铜管1外部绝缘纸15表面的温度，再经过由pc端10、温度巡检仪11、电压源12、rs485接口构成的温度采集系统，得到每支热电偶的温度数值；

step2、通过电压源12的电压值u和电流i(可以通过万用表测得的导线间的电流值i)计算得出加热棒6产生的发热功率；通过温度采集系统得到紫铜管1外部绝缘纸15表面和变压器油14的平均温度差；

step3、用紫铜管1外部绝缘纸15表面和变压器油14的平均温度差除以电压源12提供的发热功率即可得到变压器油14与紫铜管1外部绝缘纸15表面的热阻值；

step4、测得模拟绕组的外表面积为a，根据对流换热系数公式推出热阻与发热物体表面积的乘积的倒数即为该给定功率下的对流换热系数。

进一步的，所述步骤step2中，采集并记录测得贴在加热棒6左右两侧面与之对应热电偶的温度值，将加热棒左右两侧面温度的平均值作为模拟绕组表面温度值t1；

采集并记录间隔的安放在变压器油右侧中的四个热电偶的温度值，按照从左到右安放热电偶的顺序以及采集的温度进行相应的数据拟合，拟合结果近似线性，做相应的线性处理，计算得出斜率k，再根据y＝kx+b，y为变压器油的温度值，x为热电偶测温点与模拟绕组表面的距离，y的截距b即为模拟绕组右侧面临界变压器油的温度值；同理左侧，将计算得到模拟绕组左右两侧临界变压器油温度的平均值作为模拟绕组表面临界变压器油的温度值t2。

进一步的，所述步骤step3中，用模拟绕组表面温度值t1与模拟绕组表面临界变压器油的温度值t2的差除以电压源提供的发热功率q，即可得到变压器油的热阻值r，即

所述步骤step4中，测得模拟绕组的表面积为a，根据对流传热系数公式可知，热阻值r与发热物体表面积的乘积的倒数即是该给定功率下的对流传热系数的数值，即

本发明的工作原理是：所述电压源12用于给加热棒6供热，加热棒6将热量传递给外表面的紫铜管1，因为在加热棒6与紫铜管1缝隙中填充导热膏13，可近似认为加热棒6通过热传导完全将热量传递给模拟绕组，实验装置上顶与下底完全用阻热板7密封，可近似认为变压器油14与模拟绕组对流传热时，横向传热，无竖直方向热量散失。

热电偶引出接入由温度巡检仪11、电压源12，、rs485、pc端构成的温度采集系统。加热棒由电压源控制加热。同时引入热电偶测量温度，同时保证实验装置上顶与下底完全用阻热板7密封，可近似认为变压器油14与模拟绕组对流传热时，横向传热，无竖直方向热量散失。用紫铜管外部绝缘纸表面和变压器油的平均温度差除以电压源提供的发热功率即可得到变压器油与紫铜管外部绝缘纸表面的热阻值，在用测得模拟绕组的外表面积为a，根据对流换热系数公式热阻与发热物体表面积的乘积的倒数即是该给定功率下的对流换热系数的数值。

上面结合附图对本发明的具体实施例作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施例，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。