變壓器熱路模型和負荷智能控制技術研究

宋曉冬

◆摘 要：本文主要提出對變壓器頂層油溫及繞組熱點溫度計算熱路模型，該方法主要研究核心為變壓器自身傳熱全過程，以此為基礎構建完善的模型。充分構建變壓器智能化控制平臺，精細化實際測量及計算最終數據，提供變壓器實際增容合理參依據，進一步避免因增加容量產生的一系列風險，且充分結合變壓器正式運行狀況，靈活性實現控制冷卻器投切，降低變壓器自身實際運行功耗。

◆關鍵詞：變壓器;熱路模型;負荷;智能化控制技術

電力系統運行質量十分關鍵，變壓器作為電力系統核心構成，其自身實際容量決定整個電網自身輸電能力，但當下我國變壓器正常容量基本低于額定容量，設備資源難以實現物盡其用的目標。變壓器自身容量大小主要取決于內部絕緣材料使用年限，影響絕緣材料壽命關鍵是變壓器自身最熱點溫度。若可對變壓器自身參數進行動態化監測，可預測當下負載下變壓器內部最熱點溫度，提高變壓器自身運行容量及效率。

一、電力變壓器內部溫度不同測量計算方法

1.間接測量法

光纖溫度傳感器憑借自身較強的抗干擾能力、可靠性及絕緣性，適用于測量其內部熱點溫度，變壓器設計繞組不同部位增設相應的傳感器，動態化測量熱點溫度。但選用此種測量方法對變壓器自身絕緣繞組水平要求較高，若埋設光纖探頭較多，易引發絕緣方面的不足;若探頭不足難以精準性測量實際熱點溫度數值，當下使用頻次較高的為間接測量法。其主要應用原理為通過計算數據方法，最終精準性計算繞組熱點溫度，其具體實踐中又包含多個計算方法。

2.數值計算法

數值計算方法主要實踐原理為以流體力學、傳熱學為核心導向，進一步分析變壓器內油和繞組間對流換熱的相關問題，通過解答相應的微分方程組最終獲取相應的熱點溫度。該實際計算方法主要將板牙器內繞組周圍進一步轉變為簡易的二維方程組，聯合應用計算機軟件求解最終獲取變壓器繞組熱點數值及其存在的精準部位。該方法具體實踐過程中，需確保變壓器自身結構參數，且整個計算體量較大，適用于科研定性研究。

3.熱路模型計算法

變壓器因廠家、型號不同最終實際制造工藝存在較大的差異性，處于箱體內多個復雜條件下產生渦流實際耗損數值不盡相同，從而導致變壓器熱點溫度大小不一，需充分結合實際狀況，合理化選取計算方法最終獲取相關數據。若單一性獲取實際熱點數值，不僅需耗損較長時間，而且適應范圍有限，難以獲取較佳的成效，充分借力熱路模型法求取相應的熱點溫度，不僅可吻合工程精度要求，而且使用范圍較大，最終應用成效較佳。熱路模型計算法主要是將變壓器內部傳導全過程視為一個模型，對電路模型進行分析較為簡易，選取此種方式可獲取計算熱點溫度公式，整個過程計算較為簡易，需參量較少。需強調的是，模型自身精準性與最終獲取數值可靠性成正相關，正式計算過程中需充分保證模型構建的精準性及可靠性。

二、基于平均油溫計算變壓器熱點溫度熱路模型構建

充分分析上述獲取變壓器熱點溫度方法，對其原有整個模型構建進行優化改進，由于變壓器箱體自身均壁溫處于實際傳熱過程中并未與模型傳熱規律相吻合，但為精準性計算外界自然環境對變壓器內部熱量傳遞產生的干擾，可建議選取變壓器油溫度視為參考量，主要原因為：①變壓器油自身均溫度可動態化反應變壓器自身內部溫度整體水平，且相適應熱路模型傳熱特征規律;②平均油溫是變壓器出廠之前試驗中必測項目之一，加設該參數可進一步獲取熱路模型中熱阻數值;③充分利用均油溫可獲取變壓器油處于油管、散熱器實際熱阻數值;④平均油溫處于具體試驗中較為接近變壓器箱體表面溫度，可充分利用該參數求解變壓器箱體散熱熱阻。

三、變壓器負荷智能控制方法評估

隨著電網規模建設持續性擴大，輸電線路負載顯著增加，因其負荷增加對電路增容研究愈發普遍，變壓器作為輸變電關鍵設備之一，為從本質實現變壓器負荷智能化控制，加大增容技術開發和研究至關重要。

1.變壓器增容運行可行性研究分析

進一步增加運行負載電流，變壓器熱耗損會有效增加，該過程中需向外界分散更多的熱量，變壓器設計過程中最大散熱容量需充分結合額定負載考量，變壓器若超過自身額定工作負荷運行時，若仍依照相關額定散熱容量進行計算，現場工作人員必定會判定內部過熱引發危險。即便變壓器處于額定負載下運行，因輸電線路運行中受影響因素較多，也可能存在發生故障的風險，若變壓器所在雙回線路或整個輸電環網出現故障，變壓器自身需承載2倍容量運行，仍可能存在內部過熱風險。所以變壓器增容運行或線路故障條件下，調度部門難以對變壓器實際負載進行監控，為保證線路運行安全性，國內多個變壓器均低于額定容量運行。若綜合性考量環境對變壓器內部散熱的促進影響，多種狀況下可保證變壓器長周期過載運行，需科學、合理做好變壓器評估方法，更是實現變壓器增容基礎保證。

2.變壓器動態增容檢測技術

結合我國相關規范及要求，電力變壓器增容實際運行過程中，其內部溫度數值需充分不超過限制數值，進一步確保變壓器自身運行可靠及安全。結合規范中對過負載運行基本要求的最低溫度限值，頂油溫度、熱點溫度分別需控制于105oC、140oC作為變壓器增容運行評估方法限定溫度。綜合性考量變壓器內部局部過熱不良影響，充分增設線油溫差指標，合理化設定其數值。采取強有力的措施動態化監測環境溫度、風速等相關數據信息，聯合熱路模型計算基于變壓器運行條件下，自身頂油溫度、熱點溫度等數值，綜合性評估判定變壓器增容實際運行能力。

四、結束語

通過對環境、負載等多方面因素的綜合性考量，借力熱路模型精準性計算最終變壓器實際內部溫度數值，為運行中變壓器在線監測提供強有力的支撐，促使其可吻合人們用電需求。本系統主要基于變壓器運行可靠性層面，對變壓器冷卻器實現智能化、動態化控制，提高設備利用率，獲取良好的經濟效益。

參考文獻

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