基于热点温度的变压器智能增容技术研究与应用

李黄强等

摘 要：该文讨论了一种基于变压器热点温度的智能增容技术，该技术通过计及变压器的运行参数、设备参数及环境参数，计算出变压器内部绕组的热点温度，从而评估变压器在过负荷情况下的运行状态，达到对变压器智能增容的目的。进而通过将该技术现场应用于220 kV油浸式变压器中，证明了该技术的有效性。

关键词：变压器过负荷 热点温度 在线测量

中图分类号：TM4 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2015）07（c）-0078-03

变压器是变电站中最重要的设备，变压器的安全运行是可靠供电的基础。而随着居民用电负荷占比的提升，年负荷峰谷差越来越大，为满足用户高峰时刻的可靠用电，同时考虑到计划检修、方式倒换以及事故处理，变压器容量的配备就显得尤为重要。单一的通过变压器增容改造来满足极端情况下的需求，会使得变压器利用效率偏低，损耗增大，从而造成资产的利用效率低下。因此，在确保设备安全的前提下，研究如何充分利用现有变压器的容量，达到设备负荷智能增容的目的，不仅对提高供电可靠性，而且对提高资产利用水平具有重大意义。

根据GB1094-7《电力变压器 油浸式电力变压器负载导则部分》要求，变压器设备有两种情况可过载运行：（1）保证变压器的正常设计寿命的前提下，对变压器合理地安排过负荷，即正常过负荷。考虑过负荷虽然造成变压器寿命的损失，但可以由变压器欠负荷运行时节约的寿命进行补偿。（2）在保证变压器绝缘不会受损，变压器不会发生突发事故的前提下，可以允许变压器在一定的时间内承受一定的过负荷。

而影响变压器的正常使用的是变压器内部临近绝缘材料最高的温度，即热点温度。如果能够实时掌握变压器的热点温度，就能够在满足变压器安全运行的前提下，充分利用变压器的容量，满足电网高峰或事故处置情况下的短时过负荷需求。从而达到提高变压器使用效率的目的。

1 变压器热点温度计算

变压器热点温度的获得主要分类两类方法：一类为直接测量法；另一类为间接计算法。其中直接测量法通过在变压器内部绕组附近安装温度传感器直接测量，此类方法对温度传感器的电绝缘性、抗电磁干扰能力提出了很高的要求，不适用于对已投运的变压器进行改造加装。而间接计算法则不直接对变压器绕组热点温度进行测量，而是通过其他数据对热点温度进行计算的方法，这种方法中在实际应用中主要包括利用传热学理论计算的数值计算法、国家标准推荐计算法以及利用热电类比法得到的热路模型法等一系列方法。由于不同厂家、不同型号变压器的（甚至同一型号不同批次变压器）制造工艺不同，在箱体内外各杂件处所产生的涡流损耗值也不同，进而造成变压器热点温度的大小也不同。如果单纯追求求取准确的变压器热点温度值，不但费时费力，且适用范围小，不适合实际工程应用，而利用热路模型法求解热点温度，则可以在保证工程要求精度的基础上，最大限度的应用于大多数变压器中。故本文采用考虑热路模型的热电类比法来计算变压器的热点温度。

1.1 热电类比法基本理论

根据模拟理论，若描述两个物理现象的微分方程形式相同，只要两个载体的几何形状和边界条件相似，则两者方程的解析解和实验解可以完全通用。电场分布与热场分布均满足泊松方程，具有相同的微分方程形式，因此可以建立两者之间的对应关系，进而用电场量来分析计算热场。热电类比法中参量的定义及对应关系如下表所示。

1.2 变压器热路模型

根据热电类比法建立的变压器热路模型如上图所示。其中热源来自变压器的损耗，即铜损和铁损。变压器热点温度可由式（1）—（3）迭代计算得到。

其中为环境温度，通过现场测量得到。而、、分别为热点温度、平均油温和顶油温度，可通过式（1）—（3）迭代计算得到。最终即为所需要求取的目标值。

2 现场应用

通过将上述模型计算的变压器热点温度与变压器的工作状态相结合，实时分析变压器的运行状态就可以对变压器现工况下的过负荷运行风险进行分析。

2.1 装置结构

系统通过现场气象采集装置采集变压器现场环境数据以及变压器上下油管的温度，另从SCADA服务器上读取当前变压器的负载率、油面温度等信息，通过后台分析计算得出变压器在当前工况下发生过负荷情况的风险。

2.2 软件功能

系统软件上分为系统管理、安全管理、告警管理、配置管理以及拓扑管理五个模块。其中告警管理即是通过实时计算出的变压器热点温度来评估变压器的实时状态。

2.3 现场应用

将变压器负荷智能管理系统应用于220 kV变电站中，通过图4可见，该系统能够很好的计算出变压器的热点温度，并预测该变压器过负荷情况下能够运行的时间。这就为调度人员在日常的变压器负荷管理中提供了重要的参考，有效的提高了变压器的使用效率。

3 结语

变压器的负荷管理是调度运行中的重点工作，如果在保证变压器安全运行的提前下，允许短时过负荷或事故过负荷能够有效提高变压器的利用效率。而通过对变压器热点温度的实时计算及监测就能够达到该目的，该文研究了一种利用变压器热路模型来计算变压器热点温度的方法，并将该方法现场应用于220 kV变电站中，实际运行效果标明，该方法能够有效的提升变压器利用效率，达到变压器智能增容的目的。

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