油浸式电力变压器动态热路改进模型

油浸式电力变压器绕组的热点温度是指导变压器负载运行方式和影响变压器绝缘寿命的重要参数,准确计算绕组热点温度具有重要意义。在分析运行变压器散热过程的基础上,考虑油箱外壁与周围环境的热量传递,利用传热学原理和热电类比方法,定义非线性热阻和集总热容,并考虑油粘度随温度的变化,建立电力变压器动态等效热路的改进计算模型。将模型的计算结果与实验室自然油循环自然空气(oilnatural-air natural,ONAN)冷却方式下100 kVA/5 kV油浸式温升试验变压器实测数据和IEEE Std C57.91推荐方法计算值进行对比,比较结果表明:通过改进模型计算的变压器顶层油温和绕组热点温度具有较高的精度。     

配电变压器表贴式相变辅助散热温度计算方法

相变辅助散热是提升在运配电变压器过载能力的一种经济而高效的方法。针对这一新的变压器拓扑形式,提出一种场路结合的温度计算方法。首先,建立相变辅助散热配电变压器集总参数热路模型,探究辅助散热模块与波纹片接触热阻采用热路等效温度节点结合散热模块散热量实验的提取方法。在热路模型基础上,预测和评估各种复杂工况下变压器的过载运行性能,为变压器安全过载运行策略提供参考。在场分析法的三维流固耦合模型中采用波纹片表贴处设置等效对流传热系数的处理方法,由热路模型提供边界条件,采用有限体积法获得直观的温度场流场分布。通过样机实验对比发现,场路结合法热点温度和顶层油温的计算结果与实验结果的最大相对误差小于10%,说明该方法能满足工程计算要求。     

变压器顶层油温预测热模型影响因素分析及其改进

油浸式电力变压器的运行寿命及负载能力与油温密切相关,运行在高温、强辐射地区的变压器容易因为过热而导致早期故障,顶层油温是变压器油温的重要指标。为此,在分析几种典型顶层油温热模型的基础上,考虑变压器所遭受的太阳辐射以及热时间常数随时间变化的影响,引入代表辐射的修正项,同时分析不同滞后时间变量与不同离散方法对热模型的影响,得到了一种改进的顶层油温预测热模型。通过对某750 000kVA/500kV变压器进行实际计算并与现场监测数据比较,同时对比分析考虑各不同因素后的模型的预测精度,发现综合考虑热辐射、滞后时间变量并采用改进欧拉离散方法的热模型预测效果最优,具有平均误差1.21、均方误差1.19的精度。结果表明该改进热模型能较好地预测变压器顶层油温。     

基于热路模型的变压器内部温升计算方法研究

为解决油浸式电力变压器内部温升在运行中难以获取的难题,针对运行工况及环境因素,提出了一种计算变压器实时损耗和散热热阻的方法,在此基础上建立了基于平均油温计算变压器顶油及热点温升的热路模型,分别对3台变压器的内部温度进行了计算,并与实测温度数据进行了比对分析。结果表明:计算得到的顶油温升最大误差不超过3 K,热点温升最大误差为4.3 K,均在工程应用误差范围内,验证了新建立的热路模型的准确性,可应用于现场实际运行变压器内部温度的预测。     

油浸式变压器分体冷却装置模拟试验研究

为研究目前地下变电站变压器常用的分体冷却方式的实际散热效果,调研总结了应用于地下变电站的典型分体冷却系统布置方式,并根据ONAN方式的分体冷却系统的实际布置进行了模拟温升试验。地下变电站常用的分体冷却方式包括ODWF、OF/OF/AN和ONAN 3种。以1台110 kV/80MVA油浸式变压器为实验对象,采用变压器本体与散热器同水平面不同间距布置以及将散热器垂直提升5.75 m的实验方案,测量关键部位油温及绕组温度,对比不同模拟试验方案下的温升情况。研究表明,对于ONAN冷却方式的分体冷却系统,同水平面布置方式下,改变变压器本体与散热器间的水平距离对散热器的散热效果影响较小;将散热器垂直提升5.75 m布置会降低变压器和散热器间的油循环速度和散热器的实际散热功率,同时变压器绕组与变压器油间的热传递减缓,出现顶层油温不高但绕组温升已经很高的情况。文中的结论对实际工程中分体冷却装置的布置及变压器温升试验的改进具有参考价值。     

基于有限体积法的分体式冷却变压器热学三维仿真技术

变压器分体式冷却系统与常规冷却方式的散热器安装位置与安装方式均差别较大。由于分体式冷却系统的特殊性,在进行仿真模型研究时参数制定和模型搭建较复杂,目前对其进行热学仿真的研究较少,且仿真准确性难以验证,需要开展更加深入的仿真研究和试验比对工作。对改造的10 k V油浸式变压器进行分体式冷却方式下的模拟试验,基于模拟试验变压器及分体式冷却器的设置建立了变压器分体式冷却系统的三维流-固-热耦合仿真计算模型,采用有限体积法求解出变压器及分体式冷却器的温度场分布,得到分体式冷却器在不同布置方式下的绕组热点温度。将仿真计算结果与试验数据、IEEE导则计算结果进行比对,结果显示,仿真得到的绕组热点温升、顶层油温升的误差比IEEE导则计算结果的误差分别减小了16.6、15.15 K,验证了该仿真模型的准确性和工程实用性。分析显示,试验模型散热器中心高度增加2 m,热点温度降低了7.9 K;散热器与变压器水平距离缩短3.5 m,热点温度上升了4.1 K,从而获得了分体式冷却布置方式对变压器热点温度变化趋势的影响。     

基于修正热路模型的变压器顶层油温及绕组热点温度计算方法

提出基于修正热路模型方法进行变压器顶层油温及绕组热点温度计算的方法,对变压器的传热过程进行了研究,建立了热路模型。介绍了根据不同油温进行热路参数的调整并利用调整后的热路参数进行变压器顶层油温及热点温度的计算。采用文中计算方法与国家标准计算方法,对某220 kV变压器进行计算,将计算结果与变压器的温升试验数据进行比对,表明在考虑油流粘度变化的情况下,计算结果能够反映变压器热传递的暂态过程信息。     

基于分体解耦方法的变压器温度场模拟

为快速准确计算变压器内部温度场和热点,提出一种基于油箱和散热器出入口油温互约束模型的分体解耦计算方法,通过建立单个散热器组的有限元仿真模型,得到散热器及油箱出入口油温的互约束模型,再利用该模型和Comsol软件对油箱温度场进行模拟计算。该方法在变压器温度场计算中将油箱和散热器分离,针对油箱进行仿真建模和模拟计算时,无须考虑多个散热器组的剖分问题,可避免重复性网格剖分和对变压器整体剖分时单元尺寸差异较大导致的计算精度差和难以收敛的问题,计算量和迭代次数明显减少。以S9-1600/10/0.4型变压器为算例的温度场仿真结果表明,变压器在不同负载率下的温度场、热点值等均符合相关理论分析结果,同时因考虑了散热器的对流和辐射散热作用,计算结果的准确性也得到提高。     

基于热电类比原理的变压器负载能力评估模型

为了充分挖掘和利用变压器的负载能力,基于热电类比原理,建立了新的温度估算模型。首先引入日照辐射作为新的热源,并考虑温度对油黏度的影响,对热导进行修正。接着在给定工况下,以顶层油温、热点温度、相对寿命损失、故障率以及辅助设备容量等级为约束条件,建立基于热电类比原理的变压器负载能力评估模型。最后对1台50 MVA的变压器进行油温和负载能力测试,结果表明:相比于唐-油温模型以及相关导则推荐方法,新模型计算得到的顶层油温与热点温度误差更小;在不同的负载类型下,变压器负载能力呈现出不同的特征。     

基于油浸式电力变压器顶层油温预测模型的多参数灵敏性分析

为了提高变压器顶层油温的预测精度,本文提出了 一种考虑日照辐射强度和油非线性时间常数变化的顶层油温预测模型.通过拉丁超立方抽样和KS检验,进行了多参数灵敏性分析.结果证明,变压器的额定负载下的顶层油温是影响变压器顶层油温预测的最敏感参数,相比Radakovic提出的IEEE顶层模型,改进的顶层油温模型的预测精度更高.     

基于支持向量回归的变压器顶层油温预测

油浸式电力变压器的热特性影响着变压器的运行寿命和负载能力,顶层油温作为热特性的一个指标,一旦超过限值,绕组内部绝缘就会下降,而导致变压器故障。因此预测顶层油温,提前采取措施防止变压器运行在高温环境显得至关重要。结合问题提出了利用支持向量回归预测顶层油温的思想,首先选定影响顶层油温的特征参量以建立支持向量机模型。其次,利用监测到的各组特征参量训练模型,再通过遗传算法对模型参数进行优化,最终得到变压器顶层油温预测模型。将模型预测值与实际值进行比较,结果显示:支持向量机模型具有较高的预测准确度。     

基于支持向量回归的变压器顶层油温预测

油浸式电力变压器的热特性影响着变压器的运行寿命和负载能力,顶层油温作为热特性的一个指标,一旦超过限值,绕组内部绝缘就会下降而导致变压器故障。因此预测顶层油温,提前采取措施防止变压器运行在高温环境显得至关重要。结合问题提出了利用支持向量回归预测顶层油温的方案,首先选定影响顶层油温的特征参量以建立支持向量机模型。其次,利用监测到的各组特征参量训练模型,再通过遗传算法对模型参数进行优化,最终得到变压器顶层油温预测模型。将模型预测值与实际值进行比较,结果显示:支持向量机模型具有较高的预测准确度。     

电力变压器系统损耗与散热特性研究

油浸式变压器损耗和散热是影响变压器正常运行的关键因素。为获得变压器系统准确发热量,采用传热学外掠平板对流换热、大空间自然对流换热以及漫灰体表面辐射模型对典型变压器系统进行散热量计算,获得典型变压器系统散热特性。结果表明:变压器系统散热主要通过散热器实现,占变压器系统总散热量的77.66%~85.31%;辐射散热是变压器本体的主要散热方式,占散热总量的55.15%~70.25%;在散热过程中,热量主要通过对流散失,辐射散热量仅占2.18%~11.34%。与变压器系统损耗相比,偏差在10%以下,表明损耗经验公式适用于变压器系统发热量计算。变压器损耗与型号和负载系数密切相关,不同型号的变压器损耗不同,同一负载下变压器容量越大,其损耗也越大,同一型号变压器损耗随负载系数增大而增大。     

基于核极限学习机误差预测修正的变压器顶层油温预测

为准确估算变压器热点温度,给变压器负载能力估计、热故障预防、绝缘寿命预测提供辅助依据,建立了基于核极限学习机误差预测修正的变压器顶层油温预测模型。该模型采用核极限学习机对典型的Susa热路模型顶层油温的预测误差进行建模预测,并以核极限学习机的预测值修正热路模型顶层油温预测结果。为提高核极限学习机的预测精度,采用引力搜索算法对核极限学习机的惩罚系数和核参数进行优化。算例结果表明,所提模型的预测结果与实测值基本一致,预测精度高于未经误差修正的半物理模型——Susa热路模型和典型的非线性拟合回归模型——引力搜索优化的核极限学习机模型,并且采用的引力搜索优化的核极限学习机算法在训练时间上显著优于引力搜索优化的支持向量机和Elman神经网络算法,且预测精度略优于后2种算法。     

基于PSO-HKELM的变压器顶层油温预测模型

为精确预估变压器的热状态以指导变压器的载荷运行,基于粒子群优化的混合核极限学习机提出一种变压器顶层油温度预测模型。使用核极限学习机对顶层油温度与其影响因素之间的映射关系进行拟合回归预测,模型全面考虑了包括环境风速在内的顶层油温的主要影响因素,并采用混合核函数提高模型的学习能力和泛化性能来取得更佳的预测精度。粒子群算法用来进行模型的训练并同时进行混合核函数参数的优化,对正负训练误差采用不同容许限度处理,使得模型的预测值大于实测值,预测结果在提高精度的同时更加具有保守可靠性。通过不同季节的实测数据进行算例验证,结果表明该模型预测值与实测值基本一致,且预测误差均为正值;该模型的最大预测误差为1.97℃,分别为同条件下BP神经网络和最小二乘支持向量机模型的78.49%和82.43%;该模型具有更佳的顶油温度预测精度,能够更加可靠地实现变压器的热状态估计。     

基于T-S模型的电力变压器顶层油温预测研究

为准确估算电力变压器绕组热点温度，对变压器安全运行和寿命评估提供辅助依据，建立了一个基于Takagi- Sugeno(T-S))的变压器顶层油温预测模型。模型的前件参数由模糊C均值聚类算法确定，后件参数由加权最小二乘法离线辨识，并用现场实测数据对模型后件参数进行在线调整。通过对实测数据的仿真实验表明，该模型以简单的模糊规则实现了变压器顶层油温的预测，且模型的预测精度优于IEEE推荐的变压器顶层油温经验模型，从而提高其绕组热点温度计算的精度。     

油浸式变压器绕组热点温度计算的热路模型

油浸式变压器是电力系统中的核心设备之一。变压器在温升过程中温度分布不均,热点温度是其中具有代表性的确定变压器最优化负载的重要参数。热点温度可由GB/T15164-1994中提出的基于变压器顶层油温的计算方法计算求出,但该方法在变压器暂态过载状态下的计算结果不够准确,因此根据IEEEStdC57.91的An-nexG中提出的可改进该计算精度的热点温度组成关系,建立了一个基于底层油温的等效热路模型。此模型由3个简化的能够分别表征热点温度与特征点油温的子模型组成。该热路模型的有效性通过与自行设计的ONAN,100kVA/5kV试验变压器的温升试验数据对比得到了验证,其计算结果与负载导则提出的热点温度计算公式的结果进行了比较,能够得到较好的计算结果。说明基于底层油温的变压器热点热路模型的有效可行。     

基于核极限学习机和Bootstrap方法的变压器顶层油温区间预测

为准确估计变压器热状态,提出了一种基于核极限学习机和Bootstrap方法的变压器顶层油温区间预测模型。首先通过Bootstrap采样得到L组训练样本,分别训练L个核极限学习机模型对顶层油温进行拟合回归点预测;然后训练一个核极限学习机模型对顶层油温观测噪声方差进行回归估计;最后根据这L+1个核极限学习机模型的结果估计在某置信水平上的顶层油温的预测区间。算例仿真结果表明,该方法可以较好地考虑变压器顶层油温预测模型的不确定性,得到较为准确可靠的顶层油温预测区间;采用核极限学习机算法的顶层油温区间预测结果的不确定性小于BP神经网络和极限学习机,与采用支持向量机算法区间预测模型相当,但计算速度明显优于支持向量机。相比于传统的顶层油温点预测方法,所提区间预测方法可以为变压器的热状态估计、安全运行等提供更为合理和充分的辅助依据。     

分体式变压器顶层油温升计算模型

建立了分体式冷却变压器顶层油温热路计算模型,根据实测数据和搜索算法对热路模型的热参数进行拟合求取,实例验证并与传统变压器简化的热路计算法和负载导则中的微分方程解法对比分析。     

基于能量流向的变压器饼式绕组散热分析及试验研究

变压器热点温度作为运行经济性、安全性的关键指标,是设备在线监测及状态评估中的重点。该文对变压器内部散热进行研究,着眼于饼式绕组及其油道结构,基于能量流向建立绕组温度变化的物理模型。基于这一模型,在一台内置分布式传感光纤的110kV三相ONAN变压器上开展试验研究,使用分布式光纤测温(distributed temperature sensing,DTS)技术对运行状况下的绕组整体温度分布进行实时监测,分析绕组在ONAN冷却方式下的散热状况。在变压器启动初期,绕组各处散热量较低,温升速率较快。约2 h后,各饼散热量基本与损耗相一致,散热率可达98%以上,因此将这一阶段称为准稳态。准稳态阶段,绕组整体散热率基本一致。负载变化前期不同位置散热量的差异是温度梯度形成的主要原因。基于DTS手段及散热器进出口处油温,提出绕组每饼平均对流换热系数的计算方法,基于无量纲数建立绕组内外表面局部对流换热系数的计算方法,对不同位置、负载率下两种对流换热系数的变化规律进行分析获得了绕组运行过程中对流换热系数分布规律及变化趋势。