油浸式电力变压器动态热路改进模型

欧海伦

摘 要：变压器绕组的热点温度对变压器而言具有十分重要的作用，因此，如何准确计算热点温度受到了人们的普遍关注。在对运行中的变压器散热过程进行分析的基础上，充分考虑了周围环境与油箱外壁的热量传递这一因素，最终建立起改进变压器动态等效热路的模型。

关键词：油浸式变压器；绕组热点温度；热电类比；模型参数

中图分类号：TM411 文献标识码：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.10.103

在电网中转换和传输能量的核心就是电力变压器，其属于最昂贵和最重要的电网设备之一，整个电网的安全、可靠以及经济运行都会受到变压器的直接影响，同时，变压器内部温度的高低也会对变压器的利用率和热老化产生直接影响。对变压器过负载产生限制作用的主要因素是热点温度，要想提升变压器运行的经济效益和使用寿命，就要首先将在不同负载和环境温度下变压器的热点温度确定下来。

1 油浸式电力变压器热点温度确定方法

在理想的情况下，要想确定热点温度，最好的方法就是用温度传感器直接测量绕组热点温度。然而，在实际的运行过程中，这种方法成本较高，而且维护也十分困难，现在工程一般都会选择间接的方法对已经投入运行的变压器的绕组热点温度进行计算。现在IEC 354导则和 IEEE Std C 57.91导则所推荐的计算公式是变压器绕组热点温度计算的最常规的方式。然而，该公式忽视了热点温度计算和顶层油温度受到的油黏度的动态影响，因此，其具有一定的局限性。面对这种情况，国内外的很多学者开始对计算变压器绕组热点温度和顶层油温度的新方法进行积极的探寻，一些学者将环境温度变量加入到顶层油温升模型中，这样就建立起了顶层油温度计算模型，随后分别选择线性回归和后向欧拉离散公式等对模型参数进行辨识，并计算顶层油温度，但发现预测结果的误差却比较大。一些学者指出，在计算的过程中选择Semiphysical 模型能够有效减少计算误差，但因迭代算法在模型中会由于独立变量的增多而发生不收敛的现象，因此仍然具有非常大的预测结果误差。还有一些学者通过对热电类比的方法来定义非线性热阻和集总热容，从而建立起基于变压器顶层油温度的热点温度模型，然而，这一模型并未充分考虑热参数随温度的变化，因此有一些学者在此基础上对油黏度和损耗随温度的变化进行了充分的考虑，采用两个有串联关系的集总参数热路模拟变压器内部的传热过程，在简化模型时将油与油箱之间的温度差忽视了，同时也忽视了顶层油温度模型中顶层油温度计算受到的绕组非线性热阻和绕组热容的影响。

2 基于热电类比方法的变压器动态热路模型

2.1 热点类比的方法

热点类比方法的基础就是类比，其主要是将一个相同数学方程式的模型设计出来，利用模型对原型中的过程和现象进行研究。两种现象具有不同的物理本质，然而，其按照同一形式的数学方程式，同时保证具有相似的物理量、几何条件和边界条件等，这时候就可以通过对热电类比方法模拟原型。在具体运行过程中，电力变压器产生热量的地方主要是铁心、绕组以及各部分的夹件，并通过传导的方式向各个表面进行传递，随后以对流的方式朝着散热器壁与油箱壁进行传递，最后热量在散热器壁和油箱壁上通过对流、辐射的方式朝着周围的环境中不断散热。热量流动在这个过程中具有与电路中电流流动相似的流动方式。这样就能够选择热电类比方法来模拟这个过程，从而得出电路参数和热路参数的类比关系。以热点类比的方法为根据，可以得出类比电路系统热路系统的热容和热阻。电路参数和热路参数类比如表1所示。

2.2 建立变压器动态热路模型

以变压器内部热量在运行时的流动过程为根据，再与热点类比的方法相结合，充分考虑油箱壁、绝缘油、铁心和绕组等部件，就能够建立起电力变压器动态等效热路模型，如图2所示。图2中的变压器的杂散耗损、铁心损耗和绕组损耗分别用qs、qFe和qCu来表示，油箱壁对外界空气、绝缘油对油箱壁、金属部件对油、铁心对油和绕组对油的非线性热阻分别是Rth-tank、Rth-oil、Rth-m、Rth-Fe和Rth-wnd。环境温度、油箱外壁温度、顶层油温度、绕组热点温度分别是θa、θtank、θoil和θhs。

3 结束语

试验结果表明，相对于IEEE推荐方法而言，本文提出的动态热路模型在对绕组热点温度和顶层油温度进行计算的时候，其结果与试验测量结果更加接近，因此本文提出的模型精度更高。

参考文献

[1]薛军，安宗贵，马海峰，等.油浸式变压器内局部放电的诊断[J].电气时代，2011（08）.

[2]陈广辉，岳彩鹏，王伟.聚合物固体绝缘材料应用研究[J].电力科学与工程，2011（09）.

[3]邓双渊.油浸式电力变压器热点温度在线监测方法的研究[J].科技创新导报，2011（20）.

〔编辑：王霞〕