一种基于相对热时间常数的牵引变压器热点温度监测方法与流程

本发明涉及一种基于相对热时间常数的牵引变压器热点温度监测方法，属于电气绝缘在线检测与故障诊断领域。
背景技术：
：油浸式牵引变压器是高速铁路供电系统的核心设备，其寿命管理及优化设计得到了广泛关注，热点温升是制约牵引变压器运行的主要因素也是评估牵引变压器绝缘寿命损失的主要参数，因此研究牵引变压器热点温度十分重要。光纤测温是监测变压器热点温度最为直接、准确的手段，然而，大多数已投运变压器未安装光纤测温系统且再改造、升级的成本十分昂贵。因此，对于已投运的牵引变压器热点温度计算一般采用两段式温升模型，即：顶层油相对于环境温升、热点相对于顶层油温升；其中，变压器顶层油时间常数描述顶层油相对环境温升变化快慢，绕组时间常数描述热点相对顶层油温升变化快慢。实际运行中，变压器热时间常数(变压器顶层油时间常数、绕组时间常数)会随负载电流(负载系数)、变压器顶层油温度、变压器油粘度、变压器油流速的变化而变化。其中，负载系数(负载电流)是影响最大的因素，由于常规电力变压器大多数时间工作在额定负载以下，因此负载系数对热时间常数的影响可以忽略，然而牵引供电系统中的牵引变压器由于经常受到动车组负荷的频繁冲击，即过负载频繁作用。因此，在过负载作用下，变压器热时间常数的变动不可忽略。本专利提出一种考虑变压器热时间常数随负载系数变化的热点温度监测方法，其考虑了热时间常数随负载系数的变化使得准确性增加，同时监测量获取简便易于实现。技术实现要素：有鉴于上，本发明的目的是提供一种基于相对热时间常数的牵引变压器热点温度监测方法，通过考虑变压器热时间常数随负载系数的变化，使得动态热点温度监测更加准确。本发明解决上述问题的技术方案是：第一步，获取变压器相关参数，包括变压器油指数x，变压器绕组指数y，额定负载损耗Pload,R，空载损耗Pno-load，额定顶层油相对环境温升额定热点相对顶层油温升Δθhs,R，额定顶层油时间常数τoil,R，额定绕组时间常数τw,R；第二步，利用下式计算得不同负载下变压器油时间常数：τoil＝τoil,R×τoil,pu(2)式中，τoil是所求的不同负载系数下的变压器油时间常数，τoil,pu是描述任意负载变压器油时间常数与额定变压器油时间常数关系的相对变压器油时间常数，K是负载系数，R是额定负载损耗Pload,R与空载损耗Pno-load之比。第三步，利用下式计算得不同负载下变压器绕组时间常数：τw,pu＝Ky-2(3)τw＝τw,R×τw,pu(4)式中，τw是所求的不同负载系数下的变压器油时间常数，τw,pu是描述任意负载变压器油时间常数与额定变压器油时间常数关系的相对变压器油时间常数。第四步，由安装在牵引变压器外部的温度传感器(距离牵引变压器5m及以上)将环境温度θamb上传至上位机，同时由电流传感器将牵引绕组电流上传至上位机，对应的负载系数K由下式求得：式中，IR是额定牵引绕组电流，I是某一时刻下的牵引绕组电流；第五步，将第二步、第三步中求得的随负载变化而变化的变压器油时间常数τoil、变压器绕组时间常数τw引入热点温度计算模型，如下式：式中，θoil是顶层油温，θhs是热点温度，θamb是环境温度；第六步，将第四步监测所得的随时间变化的环境温度θamb、负载系数K带入第五步计算模型，即得所求的θoil是顶层油温、θhs是热点温度。进一步地，所述变压器油指数x应根据不同的散热类型选取不同值，ONAN/ONAF类型变压器x取0.8，OF/OD类型变压器x取1。进一步地，所述变压器绕组指数y应根据不同的散热类型选取不同值，配电变压器y取1.6，ONAN/ONAF/OF类型变压器y取1.3，OD类型变压器y取1。以上流程见附图1。本发明所述基于相对变压器热时间常数的热点温度监测方法，具有以下优点：1)获得了不同负载系数下的变压器热时间常数，相比于固定不变的额定变压器热时间常数，其更好地反映了变压器热时间常数的实际动态变化；2)不同负载系数下的变压器热时间常数计算简便，通过常规的变压器出厂参数即可获得所研究变压器的热时间常数变化关系；3)因为考虑了变压器热时间常数随负载系数变化，计算所得的动态负载下热点温度变化速率会更加准确。附图说明图1是监测流程图。图2是动态热点温度对比。具体实施方式下面结合附图和具体实施过程对本发明进行进一步说明。需要强调的是，此处所描述的具体实施案例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明构思及其权利要求之范围。第一步，获取变压器相关参数，包括变压器油指数x，变压器绕组指数y，额定负载损耗Pload,R，空载损耗Pno-load，额定顶层油相对环境温升Δθoil,R，额定热点相对顶层油温升Δθhs,R，额定顶层油时间常数τoil,R，额定绕组时间常数τw,R。表1是某变压器的以上参数。表1第二步，利用下式计算得不同负载下变压器油时间常数：τoil＝τoil,R×τoil,pu(8)式中，τoil是所求的不同负载系数下的变压器油时间常数，τoil,pu是描述任意负载变压器油时间常数与额定变压器油时间常数关系的相对变压器油时间常数，K是负载系数，R是额定负载损耗Pload,R与空载损耗Pno-load之比；将表1中数据带入，式(6)、式(7)可确定为：第三步，利用下式计算得不同负载下变压器绕组时间常数：τw,pu＝Ky-2(11)τw＝τw,R×τw,pu(12)式中，τw是所求的不同负载系数下的变压器绕组时间常数，τw,pu是描述任意负载变压器绕组时间常数与额定变压器绕组时间常数关系的相对变压器绕组时间常数。将表1中数据带入，式(8)、式(9)可确定为：τw,pu＝K-1(13)第四步，由安装在牵引变压器外部的温度传感器(距离牵引变压器5m及以上)将环境温度θamb上传至上位机，同时由电流传感器将牵引绕组电流上传至上位机。在本具体实施方式，牵引变压器安装与室内，环境温度恒定于20℃(表1)。负载系数(牵引绕组电流与额定牵引绕组电流之比)监测数据如表2。时间区间(min)负载系数0～1100110～2901290～3500.75350～3603360～4700470～4852.1第五步，将表1数据、表2数据、随负载变化而变化的变压器油时间常数τoil、变压器绕组时间常数τw引入经典热点温度计算模型，可得：式中，θoil是顶层油温，θhs是热点温度，θamb是环境温度。利用龙格库塔法求解方程(12)，并与实测值对比，如图2所示。当前第1页1 2 3