变压器绕组的风冷散热热路模型与FBG测温

为了尽早发现油浸式电力变压器长期运行时可能存在的异常温升,需对其绕组温度进行监测与判断。通过对变压器风冷散热过程热生成与热传导的分析,结合热电类比法建立变压器绕组温度的风冷散热热路模型,对变压器绕组温度随变压器运行状态变化过程进行分析。为验证模型分析结果,针对变压器高电压、强电磁场等特点,利用光纤Bragg光栅(FBG)传感技术的高绝缘与抗电磁干扰等特性,对变压器绕组温度进行了监测。结果表明:不考虑变压器风冷散热作用时,模型分析结果与实测结果偏差最大值约为14.4℃;而考虑了风冷散热过程的模型计算结果与实测数据偏差在2℃以内。可见,该变压器风冷散热热路模型可实现变压器风冷散热效果的模拟,可对风冷自然油循环油浸式电力变压器绕组温度进行分析。     

大型油浸式变压器绕组温度场的有限元分析

大型油浸式电力变压器负载损耗较高,且绕组及油道结构复杂,为更好地掌握大型油浸式电力变压器绕组温度场分布特性,文中针对220 kV大型油浸式电力变压器,在分析变压器损耗与传热的基础上,建立了变压器流体力学-温度场耦合的仿真模型,基于有限元分析求得变压器内部温度—流体场,研究结果表明:由于绕组内部起导油作用的油道隔板的影响,温度沿绕组轴向高度呈周期性上升趋势;绕组局部温度分布不均衡,对绕组油道结构进行优化设计可改善绕组温度分布的局部不均衡性,降低绕组热点温度。     

油浸式电力变压器绕组温度场的二维仿真分析

介绍了用于计算油浸式电力变压器绕组温升的FLUENT模型,对其模拟方案进行了分析,并对油浸式电力变压器绕组的温度场分布及热点温度进行了研究.     

变压器绕组温度的软件计算值与光纤实测值之间的差异对比分析

对GB/T 1094.7-2008《电力变压器油浸式电力变压器负载导则》中热点温度计算模型进行了改进。通过试验测得了绕组热点温度随负载系数变化的曲线及计算模型所需温度数据,分析了两者差异的产生原因。     

油浸变压器的温度和温升

1　温升限值与最热点温度GB 10 94 .2中油浸变压器绕组的温升限值为 6 5K。该值系用电阻法量测 ,测出的是绕组平均温度 ,并非指最热点温度。油浸变压器最热点温度 ,一般是指变压器绕组靠近顶部最热点的温度。这里说靠近顶部并未指出确切位置 ,准确位置不易计算 ,也很难测出。它不同于故障点最热点温度 ,例如存在匝间短路又在继续运行的油浸变压器 ,其最热点多在匝间短路处 ,不一定在绕组顶部。油浸电力变压器的设计温升也是指平均值 ,首先计算绕组对油的温升 ,它与绕组的热负荷、绕组的型式、绕组的表面积以及变压器油路的结构有关。计算…     

基于多物理场计算和模糊神经网络算法的变压器热点温度反演

热点温度是影响油浸式变压器绝缘寿命的重要因素之一。针对分布式光纤传感器测温系统测量热点温度时造成的不良影响与安装的不便性。提出一种基于多物理场计算和模糊神经网络算法的油浸式变压器热点温度反演模型。以66 kV三相三柱油浸自冷式变压器为例,采用有限体积法耦合迭代求解变压器流体–温度场,确定热点温度范围区域。筛选出环境温度、变压器顶层油温、变压器外壳及油箱顶部等12个特征点的温度建立模糊子集,再通过T–S模糊神经网络算法预测变压器绕组热点温度值。计算结果表明其与光纤传感器实际测量绕组热点温度误差4%,比传统方法具有更高的精度。该方法实现了特征量测量非植入式,为电力变压器在线监测、热点温度计算提供一种新的计算思路。     

油浸式配电变压器动态热模型分析及其试验验证EI北大核心CSCD

油浸式配电变压器作为电力系统的重要组成部分,其热点温度和内部温度分布对于预测负荷水平和负载潜力非常关键。为了研究配变运行中的温度变化规律,该文结合自然对流的物理原理,研究绕组散热量与绕组温度、绝缘油温度之间的关系,建立其动态热模型,提出新的内部油道温度计算方法。在此基础上,推演配变冷启动的过程,根据绕组传热过程中的不同特征,将配变冷启动过程划分为传导期、对流期以及准稳态期3个阶段。研制一台内置分布式传感光纤的35kV油浸式变压器,通过分布式光纤温度传感技术,获得运行过程中绕组全长的温度分布及绕组各点的温度变化规律。通过对数据的分析,发现准稳态下油温–绕组温度组合存在确定的函数关系,由此提出基于散热片温度的绕组热点温度和温度分布计算模型,通过这一模型估计绕组热点温度与实测值误差在6%以内。     

基于解析-数值技术的变压器绕组温度分布计算

油浸式电力变压器的热特性作为变压器设计制造与运行过程屮的重要参量,是衡量变压器在日常负载以及过负载条件下运行寿命的一个重要指标。为此,提出了一种解析技术与数值分析相结合的热模型计算变压器绕组温度分布,计算中所需的变山器内部热源分布以及边界条件由解析逼近定出。将该模型应用于100kVA/5kV温升用油浸式变压器的各种负载情况,并将计算结果与实验室温升试验的结果进行了对比,结果表明:该模型的最大误差为4.5℃,相对误差小于8.7%,能用于实时计算运行变压器的绕组温度分布。同时应用该模型可为运行变压器的热点定位研究提供新的思路。     

500kV以上超高电压等级油浸式变压器荧光光纤温度监测系统研究

超高压油浸式变压器内部绕组温度实时监测是保障变压器可靠运行的重要部分,现有的超高压油浸式变压器内部绕组温度是通过绕组温度计算模型推算而来。变压器内部热点温度,除了线圈发热通过热传递引起其他位置温度的变化外,还与变压器线圈附近的磁通量有关,通过模型推算变压器内部温度分布,误差较大。本文论述了基于荧光余晖衰减特性与温度关系,研究出一种荧光光纤温度传感技术,给出了传感器荧光材料特性、结构封装,验证了传感器的测温精度和所使用材料的安全可靠性。该温度监测系统已经成功应用500kV以上超高压等级油浸式变压器中,实现了超高压油浸式变压器内部绕组温度真正意义上的在线监测。     

油浸式电力变压器饼式绕组温升的影响因素分析

对油浸式电力变压器饼式绕组的油流流速及温度分布特征进行了研究,同时分析了水平油道宽度等参数对油道油流流速及绕组温升的影响。以1台容量为321.1 MV·A的油浸式换流变压器网侧绕组结构为原型,建立了绕组温升的物理计算模型。结合变压器设计原理设置不同的油道参数,计算了绕组油道油流流速以及温度的分布情况,分析了入口油流速度、水平油道宽度、饼式绕组分区数量以及导线匝间绝缘厚度等参数对油道油流流速及绕组温升的影响。结果表明:饼式绕组热点位置位于最后一个分区中心线饼附近;不同的入口油流流速、水平油道宽度及饼式绕组分区数将影响水平油道中的油流速度分布,进一步影响绕组的温度分布及热点温升;导线匝间绝缘厚度对油流速度分布没有影响,但对绕组的温升有一定的影响。     

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。     

Application of Kalman filter to hot‐spot temperature monitoring in oil‐immersed power transformer

Winding hot‐spot temperature (HST) is an important factor that affects the insulation life of an oil‐immersed power transformer. Thus, precise prediction and close monitoring of HSTs are necessary to avoid thermal damage. In this paper, a differential equation for HST prediction is presented, which takes into consideration the effects of the top‐oil temperature variations and thermal dynamics of the load. A discrete form of this equation based on the framework of the Kalman filter (KF) algorithm was used to establish a real‐time estimation model for the HST. The KF‐based model was validated by a sample heat‐run test involving a transformer setup in the laboratory. Moreover, the proposed model was applied to a real, large power transformer and compared with the classical IEEE‐Annex G method. Results show that the HSTs estimated by the KF‐based model are closer to the measured values. The exhibited potential applicability and generality in real‐time prediction for HST demonstrate that the proposed model can be employed for online monitoring of HSTs for large power transformers. © 2013 Institute of Electrical Engineers of Japan. Published by John Wiley & Sons, Inc.     

混合绝缘液浸电力变压器的热-流耦合场分析及绝缘和散热器结构的改进

由于传统的变压器温升计算公式不再适用于混合绝缘结构的液浸式新型电力变压器设计,为此笔者采用传热学和流体动力学原理建立了变压器热流耦合场的有限元模型,模型中考虑了变压器油热力学参数的非线性和绕组结构中垫快、纸筒对散热的影响,并根据不同的绕组形式进行单元离散。通过对混合绝缘结构的液浸式变压器热-流耦合问题的求解,得到了变压器内部各点的温度和流场分布状况,高低压绕组平均温升与试验结果吻合。结合计算和试验结果对变压器的绝缘材料进行了改进,充分发挥了材料的耐温特性和经济性。最后,提出了通过升高散热器进出口的高度差来达到降低变压器热点温升的有效方法。     

电压互感器温度场计算研究

电压互感器是电力系统中重要的测量设备,温度是影响其测量精度的一个主要因素。为了分析电压互感器的温度场分布、提高电压互感器的散热能力,采用ANSYS软件与CFX软件进行电压互感器的温度场和流体场耦合仿真计算的方法,以10 kV电磁式电压互感器为研究对象,建立了简化的温度场仿真计算模型。通过仿真计算,在考虑空气对流散热,采用扫描剖分的条件下,获得电压互感器模型的温度分布及热点温度位置。分析了影响热点温度的因素。计算结果表明,低压顶部绕组是电压互感器温度最高的部位,是温度监测的关键;油的热导率与粘度在正常温度范围内对温度场计算影响不大,可以忽略,侧表面的对流换热系数对热点温度的影响较大。采用增加侧表面换热能力的方法,可以增强电压互感器的散热能力。     

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。     

The effect of geomagnetically induced currents on the thermal conditions of power transformers

Methods to calculate the thermal processes and temperature of the most heated points of the tank and windings of a power transformer in conditions of flow of geomagnetically induced currents in grounded windings are developed. Dependences of additional loss in the tank and windings are obtained for a TRDN-63000/115/6.3/6.3 power transformer. It is shown that additional losses in power transformer windings are caused by the geomagnetically induced currents and depend on the first and nth harmonic components of magnetizing current, as well as on the load factor of a power transformer. The dependences of excess temperature of the most heated points of windings over ambient temperature on the geomagnetically induced current and load factor are determined. It is found that the excess temperature of the most heated point of winding over ambient temperature is also affected by the total additional loss of active power in the tank caused by the eddy currents at a geomagnetic storm. The acceptable load capacity of power transformers in geomagnetic storms with different intensities is determined in dependence on the ambient temperature. An increase in the load capacity of power transformers above set values in geomagnetic storms can lead to overheating of transformer windings and triggering of transformer gas protection, which will cause an electric power system to malfunction.     

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。     

A Temperature Prediction Model for Oil-immersed Transformer Based on Thermal-circuit Theory

This paper proposed an improved temperature prediction model for oil-immersed transformer.The influences of the environmental temperature and heat-sinking capability changing with temperature were considered.When calculating the heat dissipation from the transformer tank to surroundings,the average oil temperature was selected as the node value in the thermal circuit.The new thermal models will be validated with the delivery experimental data of three transformers: a 220 kV-300 MV.A unit,a 110 kV40 MV.A unit and a 220 kV-75 MV.A unit.Meanwhile,the results from the proposed model were also compared with two methods recommended in the IEC loading guide.     

计算Scott牵引变压器内部温升的热路模型法

牵引变压器的绝缘寿命很大程度上取决于绕组热点温度,研究其内部温升具有重要意义。为此,针对Scott牵引变压器特殊的绕组连接、铁心结构和电气特性,利用热传输原理分析了其内部热量的产生和传输过程;参考电路原理建立了Scott牵引变压器内部热路模型;参照基尔霍夫定理推导了温升的计算式,从而建立了Scott牵引变压器的热路温升计算模型和简化的热路温升计算模型;采用两种热路温升计算模型和IEC温升计算法仿真了同一负荷下的Scott牵引变压器,仿真结果说明了模型的有效性。     

基于LSTSVR模型的边缘计算预测变压器平均油温及绕组热点温度

变压器绕组的热点温度过高,会导致变压器绝缘脆解、裂化甚至击穿短路。因此及时、准确地预测出变压器绕组的热点温度,对提高变压器运行的安全可靠性至关重要。利用最小二乘双支持向量回归机(LSTSVR)作为边缘计算模型,将变压器油中气体色谱分析数据信息与变压器负载电流、环境温度、顶层油温、上死角温度等变压器运行信息结合,构建监测系统架构,预测变压器的平均油温,并计算出绕组热点温度。将所提方法得到的数据与实测数据进行对比,结果利用LSTSVR模型实现了变压器平均油温及绕组热点温度的准确预测,且该模型的预测精度优于最小二乘支持向量回归机模型,有效地提高了绕组热点温度测量的精度。现场实例也证明了所提方法的有效性和可靠性。