變壓器熱路模型和負(fù)荷智能控制技術(shù)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(diǎn)溫度計(jì)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(chǔ)構(gòu)建完善的模型。充分構(gòu)建變壓器智能化控制平臺，精細(xì)化實(shí)際測量及計(jì)算最終數(shù)據(jù)，提供變壓器實(shí)際增容合理參依據(jù)，進(jìn)一步避免因增加容量產(chǎn)生的一系列風(fēng)險(xiǎn)，且充分結(jié)合變壓器正式運(yùn)行狀況，靈活性實(shí)現(xiàn)控制冷卻器投切，降低變壓器自身實(shí)際運(yùn)行功耗。

◆關(guān)鍵詞：變壓器;熱路模型;負(fù)荷;智能化控制技術(shù)

電力系統(tǒng)運(yùn)行質(zhì)量十分關(guān)鍵，變壓器作為電力系統(tǒng)核心構(gòu)成，其自身實(shí)際容量決定整個(gè)電網(wǎng)自身輸電能力，但當(dāng)下我國變壓器正常容量基本低于額定容量，設(shè)備資源難以實(shí)現(xiàn)物盡其用的目標(biāo)。變壓器自身容量大小主要取決于內(nèi)部絕緣材料使用年限，影響絕緣材料壽命關(guān)鍵是變壓器自身最熱點(diǎn)溫度。若可對變壓器自身參數(shù)進(jìn)行動(dòng)態(tài)化監(jiān)測，可預(yù)測當(dāng)下負(fù)載下變壓器內(nèi)部最熱點(diǎn)溫度，提高變壓器自身運(yùn)行容量及效率。

一、電力變壓器內(nèi)部溫度不同測量計(jì)算方法

1.間接測量法

光纖溫度傳感器憑借自身較強(qiáng)的抗干擾能力、可靠性及絕緣性，適用于測量其內(nèi)部熱點(diǎn)溫度，變壓器設(shè)計(jì)繞組不同部位增設(shè)相應(yīng)的傳感器，動(dòng)態(tài)化測量熱點(diǎn)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(shè)光纖探頭較多，易引發(fā)絕緣方面的不足;若探頭不足難以精準(zhǔn)性測量實(shí)際熱點(diǎn)溫度數(shù)值，當(dāng)下使用頻次較高的為間接測量法。其主要應(yīng)用原理為通過計(jì)算數(shù)據(jù)方法，最終精準(zhǔn)性計(jì)算繞組熱點(diǎn)溫度，其具體實(shí)踐中又包含多個(gè)計(jì)算方法。

2.數(shù)值計(jì)算法

數(shù)值計(jì)算方法主要實(shí)踐原理為以流體力學(xué)、傳熱學(xué)為核心導(dǎo)向，進(jìn)一步分析變壓器內(nèi)油和繞組間對流換熱的相關(guān)問題，通過解答相應(yīng)的微分方程組最終獲取相應(yīng)的熱點(diǎn)溫度。該實(shí)際計(jì)算方法主要將板牙器內(nèi)繞組周圍進(jìn)一步轉(zhuǎn)變?yōu)楹喴椎亩S方程組，聯(lián)合應(yīng)用計(jì)算機(jī)軟件求解最終獲取變壓器繞組熱點(diǎn)數(shù)值及其存在的精準(zhǔn)部位。該方法具體實(shí)踐過程中，需確保變壓器自身結(jié)構(gòu)參數(shù)，且整個(gè)計(jì)算體量較大，適用于科研定性研究。

3.熱路模型計(jì)算法

變壓器因廠家、型號不同最終實(shí)際制造工藝存在較大的差異性，處于箱體內(nèi)多個(gè)復(fù)雜條件下產(chǎn)生渦流實(shí)際耗損數(shù)值不盡相同，從而導(dǎo)致變壓器熱點(diǎn)溫度大小不一，需充分結(jié)合實(shí)際狀況，合理化選取計(jì)算方法最終獲取相關(guān)數(shù)據(jù)。若單一性獲取實(shí)際熱點(diǎn)數(shù)值，不僅需耗損較長時(shí)間，而且適應(yīng)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(yīng)的熱點(diǎn)溫度，不僅可吻合工程精度要求，而且使用范圍較大，最終應(yīng)用成效較佳。熱路模型計(jì)算法主要是將變壓器內(nèi)部傳導(dǎo)全過程視為一個(gè)模型，對電路模型進(jìn)行分析較為簡易，選取此種方式可獲取計(jì)算熱點(diǎn)溫度公式，整個(gè)過程計(jì)算較為簡易，需參量較少。需強(qiáng)調(diào)的是，模型自身精準(zhǔn)性與最終獲取數(shù)值可靠性成正相關(guān)，正式計(jì)算過程中需充分保證模型構(gòu)建的精準(zhǔn)性及可靠性。

二、基于平均油溫計(jì)算變壓器熱點(diǎn)溫度熱路模型構(gòu)建

充分分析上述獲取變壓器熱點(diǎn)溫度方法，對其原有整個(gè)模型構(gòu)建進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)，由于變壓器箱體自身均壁溫處于實(shí)際傳熱過程中并未與模型傳熱規(guī)律相吻合，但為精準(zhǔn)性計(jì)算外界自然環(huán)境對變壓器內(nèi)部熱量傳遞產(chǎn)生的干擾，可建議選取變壓器油溫度視為參考量，主要原因?yàn)椋孩僮儔浩饔妥陨砭鶞囟瓤蓜?dòng)態(tài)化反應(yīng)變壓器自身內(nèi)部溫度整體水平，且相適應(yīng)熱路模型傳熱特征規(guī)律;②平均油溫是變壓器出廠之前試驗(yàn)中必測項(xiàng)目之一，加設(shè)該參數(shù)可進(jìn)一步獲取熱路模型中熱阻數(shù)值;③充分利用均油溫可獲取變壓器油處于油管、散熱器實(shí)際熱阻數(shù)值;④平均油溫處于具體試驗(yàn)中較為接近變壓器箱體表面溫度，可充分利用該參數(shù)求解變壓器箱體散熱熱阻。

三、變壓器負(fù)荷智能控制方法評估

隨著電網(wǎng)規(guī)模建設(shè)持續(xù)性擴(kuò)大，輸電線路負(fù)載顯著增加，因其負(fù)荷增加對電路增容研究愈發(fā)普遍，變壓器作為輸變電關(guān)鍵設(shè)備之一，為從本質(zhì)實(shí)現(xiàn)變壓器負(fù)荷智能化控制，加大增容技術(shù)開發(fā)和研究至關(guān)重要。

1.變壓器增容運(yùn)行可行性研究分析

進(jìn)一步增加運(yùn)行負(fù)載電流，變壓器熱耗損會(huì)有效增加，該過程中需向外界分散更多的熱量，變壓器設(shè)計(jì)過程中最大散熱容量需充分結(jié)合額定負(fù)載考量，變壓器若超過自身額定工作負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，若仍依照相關(guān)額定散熱容量進(jìn)行計(jì)算，現(xiàn)場工作人員必定會(huì)判定內(nèi)部過熱引發(fā)危險(xiǎn)。即便變壓器處于額定負(fù)載下運(yùn)行，因輸電線路運(yùn)行中受影響因素較多，也可能存在發(fā)生故障的風(fēng)險(xiǎn)，若變壓器所在雙回線路或整個(gè)輸電環(huán)網(wǎng)出現(xiàn)故障，變壓器自身需承載2倍容量運(yùn)行，仍可能存在內(nèi)部過熱風(fēng)險(xiǎn)。所以變壓器增容運(yùn)行或線路故障條件下，調(diào)度部門難以對變壓器實(shí)際負(fù)載進(jìn)行監(jiān)控，為保證線路運(yùn)行安全性，國內(nèi)多個(gè)變壓器均低于額定容量運(yùn)行。若綜合性考量環(huán)境對變壓器內(nèi)部散熱的促進(jìn)影響，多種狀況下可保證變壓器長周期過載運(yùn)行，需科學(xué)、合理做好變壓器評估方法，更是實(shí)現(xiàn)變壓器增容基礎(chǔ)保證。

2.變壓器動(dòng)態(tài)增容檢測技術(shù)

結(jié)合我國相關(guān)規(guī)范及要求，電力變壓器增容實(shí)際運(yùn)行過程中，其內(nèi)部溫度數(shù)值需充分不超過限制數(shù)值，進(jìn)一步確保變壓器自身運(yùn)行可靠及安全。結(jié)合規(guī)范中對過負(fù)載運(yùn)行基本要求的最低溫度限值，頂油溫度、熱點(diǎn)溫度分別需控制于105oC、140oC作為變壓器增容運(yùn)行評估方法限定溫度。綜合性考量變壓器內(nèi)部局部過熱不良影響，充分增設(shè)線油溫差指標(biāo)，合理化設(shè)定其數(shù)值。采取強(qiáng)有力的措施動(dòng)態(tài)化監(jiān)測環(huán)境溫度、風(fēng)速等相關(guān)數(shù)據(jù)信息，聯(lián)合熱路模型計(jì)算基于變壓器運(yùn)行條件下，自身頂油溫度、熱點(diǎn)溫度等數(shù)值，綜合性評估判定變壓器增容實(shí)際運(yùn)行能力。

四、結(jié)束語

通過對環(huán)境、負(fù)載等多方面因素的綜合性考量，借力熱路模型精準(zhǔn)性計(jì)算最終變壓器實(shí)際內(nèi)部溫度數(shù)值，為運(yùn)行中變壓器在線監(jiān)測提供強(qiáng)有力的支撐，促使其可吻合人們用電需求。本系統(tǒng)主要基于變壓器運(yùn)行可靠性層面，對變壓器冷卻器實(shí)現(xiàn)智能化、動(dòng)態(tài)化控制，提高設(shè)備利用率，獲取良好的經(jīng)濟(jì)效益。

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