基于底层油温的油浸式变压器热点估计方法研究

摘要

电力变压器是电力系统中最重要的设备之一，其寿命与变压器内部绝缘变化具有紧密联系。变压器热点温度即变压器内绝缘区域达到的最高点温度值，是影响绕组绝缘寿命的最重要原因，也是变压器负载值的最主要限制因素。因此，热点温度监测或估计对变压器的过载控制以及寿命评估具有重要意义。本文在查阅大量文献基础上，通过变压器内部温场分析计算以及试验变压器温升试验研究，对变压器热点温度估计方法进行研究。论文的主要工作有：
　　 首先，通过对变压器热量产生和发散而表现出的温升特性的研究，分析了变压器内部损耗产生的机理，以及变压器空载损耗和负载损耗对绕组热点温度影响。通过推导变压器主要组成部分即绕组、铁芯、变压器油的升温和降温特性方程，给出了变压器绕组、铁芯、变压器油的升温和降温特性曲线，得到了变压器热点温度值应出现在变压器绕组之上的结论。
　　 其次，结合传热学的热电类比理论以及变压器内部的温度分布特征，通过比较几种现有的热点热路模型及其不足之处，选择了变压器底层油温作为变压器热点计算的特征温度值，提出了基于变压器底层油温估计油浸式变压器热点温度的方法。为了验证该模型的准确性，将其计算结果分别与国家标准推荐计算法的结果以及基于顶层油温的热路模型计算法的结果进行了对比，验证了本文中提出的模型能够得到更好的计算精度。
　　 第三，为验证模型有效性，设计了一个单相温升用试验变压器，搭建了测量平台，实现了对变压器内部温度的测量。文中的数据均采自热电偶的测量结果，为了验证该测温方法的精确性，在测温系统中加入了光纤温度传感器与热电偶测量值进行对比，发现热电偶的测量结果能够满足本文的要求。
　　 最后，为了更好的研究热点的特征，利用变压器温升试验数据，对变压器短路温升试验中内部温度分布特性进行研究，发现热点位置具有稳定性，且热点区域温度分布具有波动性，运用传热学的对流换热理论对此现象做出了分析。

目录

文摘

英文文摘

声明

1绪论

1.1变压器热点温度监测的目的和意义

1.2变压器内部热点温升限值

1.3变压器绕组热点温度获取方法的国内外研究现状

1.3.1直接测量法

1.3.2间接计算测量方法

1.4本文的主要研究内容

2油浸式变压器的发热和换热分析

2.1油浸式电力变压器冷却方式

2.2油浸式电力变压器温升

2.3变压器空载损耗和负载损耗对绕组热点温度影响分析

2.4变压器的绕组、铁芯和变压器油的热行为分析

2.5小结

3变压器绕组热点热路模型

3.1热电类比理论

3.1.1传热基本方式

3.1.2热电类比理论

3.2热电类比理论实际应用

3.2.1平壁传热过程

3.2.2有热源的传热过程

3.3基于热电类比理论的几种变压器热路模型

3.4基于底层油温的变压器绕组热点热路模型

3.4.1模型的提出

3.4.2模型参数计算示例

3.5基于底层油温的变压器绕组热点热路模型与国标计算法对比

3.6基于底层油温的热路模型与基于顶层油温热路模型对比

3.7小结

4变压器温升实验验证

4.1温升试验平台的搭建

4.1.1试验装置

4.1.2试验测温系统

4.1.3热电偶的安放

4.1.4光纤光栅温度传感器的安放

4.2温度监测试验测量方法及测量精度

4.2.1恒定短路电流情况下测量方法及热电偶测量精度对比

4.2.2变化短路电流情况下测量方法及热电偶测量精度对比

4.3小结

5油浸式变压器内部温场分布研究

5.1变压器自然冷却(ONAN)状态下内部温场分布

5.1.1恒定短路电流温升试验

5.1.2变化短路电流温升试验

5.2变压器强迫油循环冷却(OFAN)与不良散热状态下温场分布

5.3理论分析

5.3.1流体的对流换热概述

5.3.2线圈中油的流动与换热

5.4小结

6结论和展望

致 谢

参考文献

附录