一种油浸式变压器套管载流能力评估方法

1.本发明涉及电气绝缘在线检测与故障诊断领域，特别是一种油浸式变压器套管载流能力评估方法。


背景技术：

2.随着国内电网的迅速发展，电网电压等级和容量也随之增加，每年都有大量变压器投入运行，保证着电力系统的稳定运行，套管作为变压器出线的关键设备，主要用于连接电力变压器和电力系统母线，其安全稳定运行直接关系到电力变压器，乃至电力系统的供电可靠性。
3.对于变压器套管而言，其最大的作用就是承载电流，在运行过程中会产生大量焦耳热，直接影响着套管内部绝缘的老化状态，内部过热可能会导致绝缘失效，大大增加绝缘击穿的可能性，从而引发重大事故，由此可见变压器套管的载流能力直接受到温升的影响。在变压器服役期间经常会面临过负载运行工况，这意味着流经套管的电流高于额定电流，这对变压器套管的载流能力提出了更高的要求。由于对变压器套管载流能力的错误评估，导致其运行在超出承受范围的过电流工况之下，从而引起套管内部热故障，最终导致变压器停运事故，严重影响电力系统的供电可靠性，因此急需一种能够对变压器套管载流能力做出精确评估的方法。


技术实现要素：

4.本发明提供了一种油浸式变压器套管载流能力评估方法，能够实现对油浸式变压器套管载流能力的准确评估。
5.一种油浸式变压器套管载流能力评估方法，包括以下步骤：
6.第一步、建立油浸式变压器套管载流能力评估试验平台
7.油浸式变压器套管过负载能力评估试验平台包括：恒温试验箱(1)、试验套管(2)、环氧浸纸(3)、套管护套伞裙(4)、中心载流导体(5)、恒温油箱(6)、变压器油(7)、中层温度传感器阵列(8)、外层温度传感器阵列(9)、伞裙表面温度传感器阵列(10)、套管底部温度传感器阵列(11)、变压器油温度监测传感器(12)、环境温度监测传感器(13)、绝缘电阻测试仪(14)、接地点(15)、数据处理终端(16)、可调交流电源(17)；
8.在恒温试验箱(1)右侧安装有3个与数据处理终端(16)相连的环境温度监测传感器(13)，用以实时监测恒温试验箱(1)的内部温度；在试验套管(2)内部设置有与数据处理终端(16)相连的中层温度传感器阵列(8)和外层温度传感器阵列(9)，分别实现对中心载流导体(5)表面和环氧浸纸(3)表面温度的实时监测，中层温度传感器阵列(8)和外层温度传感器阵列(9)包含的传感器个数均为m，从底部向上依次标号为1、2、3、
…
、m，m∈[1,m]；在套管护套伞裙(4)表面安装有与数据处理终端(16)相连的伞裙表面温度传感器阵列(10)，实现对套管护套伞裙(4)表面温度的实时监测，套管护套伞裙(4)包含的伞裙片个数为n，对应着伞裙表面温度传感器阵列(10)包含的传感器个数也为n，从底部向上依次标号为1、2、
3、
…
、n，n∈[1,n]；在恒温油箱(6)中装满变压器油(7)，为了实现对变压器油(7)温度的实时监控，在恒温油箱(6)中安装有3个与数据处理终端(16)相连的变压器油温度监测传感器(12)；试验套管(2)底部浸没在变压器油(7)中，在试验套管(2)底部安装有与数据处理终端(16)相连的套管底部温度传感器阵列(11)，套管底部温度传感器阵列(11)包含有h个传感器，从下向上依次标号为1、2、3、
…
、h，h∈[1,h]；绝缘电阻测试仪(14)一端与试验套管(2)的中心载流导体(5)连接，另一端与接地点(15)连接，用以测量试验套管(2)的导体-地间绝缘电阻；可调交流电源(17)用以给试验套管(2)、绝缘电阻测试仪(14)和数据处理终端(16)供电；
[0009]
第二步、获取不同负载系数下的温度数据和绝缘电阻数据
[0010]
设置恒温试验箱(1)温度为ta，单位为k，当3个环境温度监测传感器(13)两两温差低于1k时，认为恒温试验箱(1)内部温度达到稳定；设置恒温油箱(6)温度为tb，单位为k，当3个变压器油温度监测传感器(12)两两温差低于1k时，认为恒温油箱(6)内部温度达到稳定；当恒温试验箱(1)和恒温油箱(6)内部温度均稳定之后，开启绝缘电阻测试仪(14)测量试验套管(2)的导体-地间绝缘电阻，记录为rf，单位为10
13
ω
·
m，数据记录完毕后立即断开绝缘电阻测试仪(14)电源；
[0011]
完成上述操作之后，依次设置可调交流电源(17)的输出电流有效值为i
1.0
、i
1.1
、i
1.2
…i1.9
、i
2.0
，单位为a，依次对应电流负载系数a＝1.0、1.1、1.2
…
1.9、2.0，其中i
1.0
为试验套管(2)额定电流；
[0012]
试验套管(2)运行在ia，当中层温度传感器阵列(8)、外层温度传感器阵列(9)、伞裙表面温度传感器阵列(10)和套管底部温度传感器阵列(11)获取到的温度值波动范围小于0.5k时，认为试验套管(2)运行至稳定状态，并记录下试验套管(2)从启动到稳定状态所用的时间，记录为ta，单位为小时；记录中层温度传感器阵列(8)获取到的温度数据，从底部向上依次记录为t
z-a-1
、t
z-a-2
、t
z-a-3
…
t
z-a-m
，最大值记为t
z-a-max
；记录外层温度传感器阵列(9)获取到的温度数据，从底部向上依次记录为t
w-a-1
、t
w-a-2
、t
w-a-3
…
t
w-a-m
，最大值记为t
w-a-max
；记录伞裙表面温度传感器阵列(10)获取到的温度数据，从底部向上依次记录为t
s-a-1
、t
s-a-2
、t
s-a-3
…
t
s-a-n
，最大值记为t
s-a-max
；记录套管底部温度传感器阵列(11)获取到的温度数据，从底部向上依次记录为t
d-a-1
、t
d-a-2
、t
d-a-3
…
t
d-a-h
，最大值记为t
d-a-max
；记录完上述数据之后断开试验套管(2)电源，随后开启绝缘电阻测试仪(14)测量试验套管(2)的导体-地间绝缘电阻，记录为ra；
[0013]
第三步、计算不同电流负载系数下套管外表面散热系数ks[0014][0015]
若t
d-a-h
＝tb，则本次试验数据无效，须检查后重新试验直至t
d-a-h
≠tb；
[0016]
第四步、计算不同电流负载系数下套管内部温升系数k
i-z
、k
i-w
[0017][0018]
若ra＝rf，则本次试验数据无效，须检查后重新试验直至ra≠rf；
[0019]
第五步、计算套管载流能力评估因子k
[0020][0021]
第六步、评估不同电流负载系数下的油浸式变压器套管的载流能力
[0022]
若0≤k＜0.5，则说明该变压器套管能够在电流负载系数为a的过载情况下短时运行；若θ≥0.5，则说明该变压器套管不能在电流负载系数为a的过载情况下运行。
[0023]
本发明技术方案的优点在于针对油浸式变压器套管过电流运行工况，提出了一种全新的载流能力评估方法，能够实现对油浸式变压器套管载流能力的准确评估，有助于油浸式变压器套管的优化设计。
附图说明
[0024]
图1为本发明涉及的一种油浸式变压器套管载流能力评估方法的流程图。
[0025]
图2为本发明涉及的油浸式变压器套管载流能力评估试验平台的结构示意图。
具体实施方式
[0026]
下面结合附图对本发明的实施流程作进一步的详述。需要强调的是，此处所描述的具体实施案例仅仅用于解释本发明，并不限定本发明构思及其权利要求之范围。
[0027]
第一步、建立油浸式变压器套管载流能力评估试验平台
[0028]
油浸式变压器套管过负载能力评估试验平台包括：恒温试验箱(1)、试验套管(2)、环氧浸纸(3)、套管护套伞裙(4)、中心载流导体(5)、恒温油箱(6)、变压器油(7)、中层温度传感器阵列(8)、外层温度传感器阵列(9)、伞裙表面温度传感器阵列(10)、套管底部温度传感器阵列(11)、变压器油温度监测传感器(12)、环境温度监测传感器(13)、绝缘电阻测试仪(14)、接地点(15)、数据处理终端(16)、可调交流电源(17)；
[0029]
在恒温试验箱(1)右侧安装有3个与数据处理终端(16)相连的环境温度监测传感器(13)，用以实时监测恒温试验箱(1)的内部温度；在试验套管(2)内部设置有与数据处理终端(16)相连的中层温度传感器阵列(8)和外层温度传感器阵列(9)，分别实现对中心载流导体(5)表面和环氧浸纸(3)表面温度的实时监测，中层温度传感器阵列(8)和外层温度传感器阵列(9)包含的传感器个数均为m＝36，从底部向上依次标号为1、2、3、
…
、m，m∈[1,m]；在套管护套伞裙(4)表面安装有与数据处理终端(16)相连的伞裙表面温度传感器阵列(10)，实现对套管护套伞裙(4)表面温度的实时监测，套管护套伞裙(4)包含的伞裙片个数为n＝20，对应着伞裙表面温度传感器阵列(10)包含的传感器个数也为n，从底部向上依次
标号为1、2、3、
…
、n，n∈[1,n]；在恒温油箱(6)中装满变压器油(7)，为了实现对变压器油(7)温度的实时监控，在恒温油箱(6)中安装有3个与数据处理终端(16)相连的变压器油温度监测传感器(12)；试验套管(2)底部浸没在变压器油(7)中，在试验套管(2)底部安装有与数据处理终端(16)相连的套管底部温度传感器阵列(11)，套管底部温度传感器阵列(11)包含有h＝11个传感器，从下向上依次标号为1、2、3、
…
、h，h∈[1,h]；绝缘电阻测试仪(14)一端与试验套管(2)的中心载流导体(5)连接，另一端与接地点(15)连接，用以测量试验套管(2)的导体-地间绝缘电阻；可调交流电源(17)用以给试验套管(2)、绝缘电阻测试仪(14)和数据处理终端(16)供电；
[0030]
第二步、获取不同负载系数下的温度数据和绝缘电阻数据
[0031]
设置恒温试验箱(1)温度为ta＝300k，当3个环境温度监测传感器(13)两两温差低于1k时，认为恒温试验箱(1)内部温度达到稳定；设置恒温油箱(6)温度为tb＝350k，当3个变压器油温度监测传感器(12)两两温差低于1k时，认为恒温油箱(6)内部温度达到稳定；当恒温试验箱(1)和恒温油箱(6)内部温度均稳定之后，开启绝缘电阻测试仪(14)测量试验套管(2)的导体-地间绝缘电阻，记录为rf，单位为10
13
ω
·
m，数据记录完毕后立即断开绝缘电阻测试仪(14)电源；
[0032]
完成上述操作之后，依次设置可调交流电源(17)的输出电流有效值为i
1.0
、i
1.1
、i
1.2
…i1.9
、i
2.0
，单位为a，依次对应电流负载系数a＝1.0、1.1、1.2
…
1.9、2.0，其中i
1.0
为试验套管(2)额定电流；
[0033]
试验套管(2)运行在i
1.5
，当中层温度传感器阵列(8)、外层温度传感器阵列(9)、伞裙表面温度传感器阵列(10)和套管底部温度传感器阵列(11)获取到的温度值波动范围小于0.5k时，认为试验套管(2)运行至稳定状态，并记录下试验套管(2)从启动到稳定状态所用的时间，记录为t
1.5
，单位为小时；记录中层温度传感器阵列(8)获取到的温度数据，从底部向上依次记录为t
z-1.5-1
、t
z-1.5-2
、t
z-1.5-3
…
t
z-1.5-36
，最大值记为t
z-1.5-max
；记录外层温度传感器阵列(9)获取到的温度数据，从底部向上依次记录为t
w-1.5-1
、t
w-1.5-2
、t
w-1.5-3
…
t
w-1.5-36
，最大值记为t
w-1.5-max
；记录伞裙表面温度传感器阵列(10)获取到的温度数据，从底部向上依次记录为t
s-1.5-1
、t
s-1.5-2
、t
s-1.5-3
…
t
s-1.5-20
，最大值记为t
s-1.5-max
；记录套管底部温度传感器阵列(11)获取到的温度数据，从底部向上依次记录为t
d-1.5-1
、t
d-1.5-2
、t
d-1.5-3
…
t
d-1.5-11
，最大值记为t
d-1.5-max
；记录完上述数据之后断开试验套管(2)电源，随后开启绝缘电阻测试仪(14)测量试验套管(2)的导体-地间绝缘电阻，记录为r
1.5
；
[0034]
第三步、计算不同电流负载系数下套管外表面散热系数ks[0035]
将第二步获得的伞裙表面温度传感器温度数据和绝缘电阻数据带入下式，计算套管外表面散热系数ks，当电流负载系数a＝1.5时，计算得到ks＝2.6232；
[0036][0037]
第四步、计算不同电流负载系数下套管内部温升系数k
i-z
、k
i-w
[0038]
将第二步获得的中层温度传感器温度数据和外层温度传感器温度数据代入下式，计算套管内部温升系数k
i-z
、k
i-w
，当电流负载系数a＝1.5时，计算得到k
i-z
＝35.1065、k
i-w
＝
29.7525；
[0039][0040][0041]
第五步、计算套管载流能力评估因子k
[0042]
将第三步计算得到的套管外表面散热系数ks和第四步计算得到的套管内部温升系数k
i-z
、k
i-w
代入下式，计算套管载流能力评估因子k，得到k＝0.3198；
[0043][0044]
第六步、评估不同电流负载系数下的油浸式变压器套管的载流能力，当电流负载系数a＝1.5时，计算所得套管载流能力评估因子0≤k＜0.5，说明该变压器套管能够在电流负载系数为a的过载情况下短时运行。
[0045]
上述实例仅服务于本发明的介绍说明，并非其所有保护范围，任何基于本发明的非创造性修改、改进等，均属于其权利要求的保护范围之内。