油浸式电力变压器绕组热点温度检测技术的研究

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电力变压器的健康状态关系电网的安全稳定运行。油浸式电力变压器凭借容量大、散热性能好、能耗低等优势,在电网的建设中被广泛应用。大部分变压器寿命的终结是因其绝缘能力遭到破坏,而绝缘能力的影响因素中最主要的是变压器运行时的绕组最热区域内达到的温度,即绕组热点温度。同时,热点温度过高会造成额外的电力损耗,进而影响企业的经营效益。因此,准确检测运行中变压器的绕组热点温度,对延长变压器使用寿命、优化利用变压器最大负载能力具有十分重要的意义。本文分析了油浸式电力变压器的结构及发热散热机理,对其绕组热点温度的检测方法进行了深入研究,并设计研发了一套温度检测系统。主要的研究内容及成果包括:(1)对油浸式电力变压器绕组热点温度特性的分析,是研究绕组热点温度检测技术的基础。为此,对比分析了油浸式电力变压器的结构特点,阐述了该设备的内部发热原理以及散热机理。同时,说明了油浸式电力变压器绕组热点温度检测的必要性,并比较了绕组热点温度不同检测方法之间的优劣性。认为对于业已运行的变压器来说,预埋设的温度传感器通常不是热点的准确位置,测量的数据并不能完全反应真实情况。而在充分利用已有条件的基础上,通过计算方法得到绕组热点温度,能够较为精确反映出变压器内部温度分布实际状况。(2)为了解决现有计算方法的不足之处,提高绕组热点温度的计算精度,参照变压器内部热量流动过程,结合传热学基本知识,提出一种具有物理意义的动态等效热路计算改进模型。定义了油浸自冷式变压器散热片等效热阻Rm’和基于绕组热分布特性的热点等效热源功率qcu’,对顶层油温热路模型以及绕组热点位置进行修正;同时,模型考虑了温升变化对变压器油密度和油粘滞度所产生的影响;利用L-M算法优化变压器绕组时间常数;最后,通过MATLAB搭建模型进行仿真验证。经过验证,负载不变情况下,热点温度仿真结果与现场实测结果误差均在3℃以内;动态负载情况下,最大误差为2.1℃。并将仿真结果与导则模型及未考虑散热片模型的仿真结果进行对比,证明了本文所提出的改进热路模型计算方法的可行性,且具有较高的精准度。(3)为了满足工程实践的需要,依据所提出的改进热路模型计算方法,研制了油浸式电力变压器绕组热点温度检测系统,并设计温度检测系统的主要控制流程,实现了油浸式电力变压器顶层油温的自校验以及热点温度的实时检测功能。将本装置应用于运行现场,测出的绕组热点温度与实测值的误差在2.3℃以内,验证了本文所提出的热点温度检测方法的有效性。
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