基于熱點(diǎn)溫度的變壓器智能增容技術(shù)研究與應(yīng)用

李黃強(qiáng)等

摘 要：該文討論了一種基于變壓器熱點(diǎn)溫度的智能增容技術(shù)，該技術(shù)通過計(jì)及變壓器的運(yùn)行參數(shù)、設(shè)備參數(shù)及環(huán)境參數(shù)，計(jì)算出變壓器內(nèi)部繞組的熱點(diǎn)溫度，從而評估變壓器在過負(fù)荷情況下的運(yùn)行狀態(tài)，達(dá)到對變壓器智能增容的目的。進(jìn)而通過將該技術(shù)現(xiàn)場應(yīng)用于220 kV油浸式變壓器中，證明了該技術(shù)的有效性。

關(guān)鍵詞：變壓器過負(fù)荷 熱點(diǎn)溫度 在線測量

中圖分類號：TM4 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2015）07（c）-0078-03

變壓器是變電站中最重要的設(shè)備，變壓器的安全運(yùn)行是可靠供電的基礎(chǔ)。而隨著居民用電負(fù)荷占比的提升，年負(fù)荷峰谷差越來越大，為滿足用戶高峰時刻的可靠用電，同時考慮到計(jì)劃檢修、方式倒換以及事故處理，變壓器容量的配備就顯得尤為重要。單一的通過變壓器增容改造來滿足極端情況下的需求，會使得變壓器利用效率偏低，損耗增大，從而造成資產(chǎn)的利用效率低下。因此，在確保設(shè)備安全的前提下，研究如何充分利用現(xiàn)有變壓器的容量，達(dá)到設(shè)備負(fù)荷智能增容的目的，不僅對提高供電可靠性，而且對提高資產(chǎn)利用水平具有重大意義。

根據(jù)GB1094-7《電力變壓器 油浸式電力變壓器負(fù)載導(dǎo)則部分》要求，變壓器設(shè)備有兩種情況可過載運(yùn)行：（1）保證變壓器的正常設(shè)計(jì)壽命的前提下，對變壓器合理地安排過負(fù)荷，即正常過負(fù)荷。考慮過負(fù)荷雖然造成變壓器壽命的損失，但可以由變壓器欠負(fù)荷運(yùn)行時節(jié)約的壽命進(jìn)行補(bǔ)償。（2）在保證變壓器絕緣不會受損，變壓器不會發(fā)生突發(fā)事故的前提下，可以允許變壓器在一定的時間內(nèi)承受一定的過負(fù)荷。

而影響變壓器的正常使用的是變壓器內(nèi)部臨近絕緣材料最高的溫度，即熱點(diǎn)溫度。如果能夠?qū)崟r掌握變壓器的熱點(diǎn)溫度，就能夠在滿足變壓器安全運(yùn)行的前提下，充分利用變壓器的容量，滿足電網(wǎng)高峰或事故處置情況下的短時過負(fù)荷需求。從而達(dá)到提高變壓器使用效率的目的。

1 變壓器熱點(diǎn)溫度計(jì)算

變壓器熱點(diǎn)溫度的獲得主要分類兩類方法：一類為直接測量法；另一類為間接計(jì)算法。其中直接測量法通過在變壓器內(nèi)部繞組附近安裝溫度傳感器直接測量，此類方法對溫度傳感器的電絕緣性、抗電磁干擾能力提出了很高的要求，不適用于對已投運(yùn)的變壓器進(jìn)行改造加裝。而間接計(jì)算法則不直接對變壓器繞組熱點(diǎn)溫度進(jìn)行測量，而是通過其他數(shù)據(jù)對熱點(diǎn)溫度進(jìn)行計(jì)算的方法，這種方法中在實(shí)際應(yīng)用中主要包括利用傳熱學(xué)理論計(jì)算的數(shù)值計(jì)算法、國家標(biāo)準(zhǔn)推薦計(jì)算法以及利用熱電類比法得到的熱路模型法等一系列方法。由于不同廠家、不同型號變壓器的（甚至同一型號不同批次變壓器）制造工藝不同，在箱體內(nèi)外各雜件處所產(chǎn)生的渦流損耗值也不同，進(jìn)而造成變壓器熱點(diǎn)溫度的大小也不同。如果單純追求求取準(zhǔn)確的變壓器熱點(diǎn)溫度值，不但費(fèi)時費(fèi)力，且適用范圍小，不適合實(shí)際工程應(yīng)用，而利用熱路模型法求解熱點(diǎn)溫度，則可以在保證工程要求精度的基礎(chǔ)上，最大限度的應(yīng)用于大多數(shù)變壓器中。故本文采用考慮熱路模型的熱電類比法來計(jì)算變壓器的熱點(diǎn)溫度。

1.1 熱電類比法基本理論

根據(jù)模擬理論，若描述兩個物理現(xiàn)象的微分方程形式相同，只要兩個載體的幾何形狀和邊界條件相似，則兩者方程的解析解和實(shí)驗(yàn)解可以完全通用。電場分布與熱場分布均滿足泊松方程，具有相同的微分方程形式，因此可以建立兩者之間的對應(yīng)關(guān)系，進(jìn)而用電場量來分析計(jì)算熱場。熱電類比法中參量的定義及對應(yīng)關(guān)系如下表所示。

1.2 變壓器熱路模型

根據(jù)熱電類比法建立的變壓器熱路模型如上圖所示。其中熱源來自變壓器的損耗，即銅損和鐵損。變壓器熱點(diǎn)溫度可由式（1）—（3）迭代計(jì)算得到。

其中為環(huán)境溫度，通過現(xiàn)場測量得到。而、、分別為熱點(diǎn)溫度、平均油溫和頂油溫度，可通過式（1）—（3）迭代計(jì)算得到。最終即為所需要求取的目標(biāo)值。

2 現(xiàn)場應(yīng)用

通過將上述模型計(jì)算的變壓器熱點(diǎn)溫度與變壓器的工作狀態(tài)相結(jié)合，實(shí)時分析變壓器的運(yùn)行狀態(tài)就可以對變壓器現(xiàn)工況下的過負(fù)荷運(yùn)行風(fēng)險進(jìn)行分析。

2.1 裝置結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)通過現(xiàn)場氣象采集裝置采集變壓器現(xiàn)場環(huán)境數(shù)據(jù)以及變壓器上下油管的溫度，另從SCADA服務(wù)器上讀取當(dāng)前變壓器的負(fù)載率、油面溫度等信息，通過后臺分析計(jì)算得出變壓器在當(dāng)前工況下發(fā)生過負(fù)荷情況的風(fēng)險。

2.2 軟件功能

系統(tǒng)軟件上分為系統(tǒng)管理、安全管理、告警管理、配置管理以及拓?fù)涔芾砦鍌€模塊。其中告警管理即是通過實(shí)時計(jì)算出的變壓器熱點(diǎn)溫度來評估變壓器的實(shí)時狀態(tài)。

2.3 現(xiàn)場應(yīng)用

將變壓器負(fù)荷智能管理系統(tǒng)應(yīng)用于220 kV變電站中，通過圖4可見，該系統(tǒng)能夠很好的計(jì)算出變壓器的熱點(diǎn)溫度，并預(yù)測該變壓器過負(fù)荷情況下能夠運(yùn)行的時間。這就為調(diào)度人員在日常的變壓器負(fù)荷管理中提供了重要的參考，有效的提高了變壓器的使用效率。

3 結(jié)語

變壓器的負(fù)荷管理是調(diào)度運(yùn)行中的重點(diǎn)工作，如果在保證變壓器安全運(yùn)行的提前下，允許短時過負(fù)荷或事故過負(fù)荷能夠有效提高變壓器的利用效率。而通過對變壓器熱點(diǎn)溫度的實(shí)時計(jì)算及監(jiān)測就能夠達(dá)到該目的，該文研究了一種利用變壓器熱路模型來計(jì)算變壓器熱點(diǎn)溫度的方法，并將該方法現(xiàn)場應(yīng)用于220 kV變電站中，實(shí)際運(yùn)行效果標(biāo)明，該方法能夠有效的提升變壓器利用效率，達(dá)到變壓器智能增容的目的。

參考文獻(xiàn)

[1] GB/T 1094.7-2008.油浸式電力變壓器負(fù)載導(dǎo)則[S].北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2008.

[2] 張啟平，錢之銀.輸電線路實(shí)時動態(tài)增容的可行性研究[J].電網(wǎng)技術(shù)，2005，29（19）：1-4.

[3] 戎春園，曹玉文，李茂峰，等.500 kV大型油浸式電力變壓器過負(fù)荷運(yùn)行風(fēng)險控制[J].廣西電力，2008（1）：8-11，32.

[4] 蔣躍強(qiáng)，陸志浩.提高500 kV變壓器過負(fù)荷能力的研究[J].華東電力，2004，32（1）：14-17.

[5] 江淘莎，李劍，陳偉根，等.油浸式變壓器繞組熱點(diǎn)溫度計(jì)算的熱路模型[J].高電壓技術(shù)，2009，35（7）：1635-1639.