一种基于变压器绝缘油温度和压强的瓦斯继电器油流速量化方法与流程

本发明是一种新的瓦斯继电器油流速量化方法，是一种基于变压器区外故障时绝缘油温度和压强的油流速量化方法，属于变压器安全稳定运行领域。

背景技术：

变压器是电力系统中的核心元件，其无故障运行是电力系统能安全稳定运行的决定性因素之一。当前变压器主保护主要是由瓦斯保护和差动保护共同组成，其中瓦斯保护是基于瓦斯继电器所测的油流速而动作的，它能灵敏、快速的反映变压器各种区内故障。但在变压器实际运行中，瓦斯保护的误动时有发生，即在变压器发生区外故障时，瓦斯继电器所测得的油流速度超过了瓦斯继电器的整定值，从而导致了瓦斯保护的误动。由于变压器区外故障时的非电气特征量的变化过程都十分复杂，因此对于此时瓦斯继电器油流速加快的原因尚未得出精确的定量分析结果。

针对瓦斯保护误动这一问题，十分有必要去找出更加精确的方法来量化分析变压器区外故障时瓦斯继电器的油流速。国内外的学者已经提出了一些量化方法来描述这一非电气特征量，文献《连续短路引起的变压器重瓦斯保护误动原因分析》提出区外故障时绝缘油温度上升是导致瓦斯继电器油流速加快的主因，并提出了加大瓦斯继电器的整定值和提高瓦斯继电器时间整定值来解决瓦斯保护误动问题；文献《基于压力特征的变压器数字式保护研究》则提出变压器区外故障时绝缘油压强骤升这一量化模型来描述瓦斯继电器油流速加快的现象。但很少有学者将绝缘油的温度和压强综合起来考虑，因此综合考虑这两个因素，来定量分析变压器区外故障时流经瓦斯继电器处油流速加快这一非电气故障特征量，是一个很好的创新点。

技术实现要素：

为了量化分析变压器区外故障时流经瓦斯继电器处油流速加快这一现象，本发明“一种基于变压器绝缘油温度和压强的瓦斯继电器油流速量化方法”综合考虑了变压器区外故障时绝缘油的温度和压强特征，使得该量化分析方法更加精确。一方面，实际运行经验表明，变压器区外故障时同时存在着绝缘油温度升高和压强上升的现象；另一方面，由热力学定律可知，绝缘油的温度和压强是一对相关联的量，因此应该将两者综合起来考虑。

本发明的主要步骤如下：

步骤1：量化分析变压器区外故障时绝缘油的温度特征和压强特征；

步骤2：量化分析绝缘油的温度特征和压强特征与瓦斯继电器油流速度的关系；

步骤3：得出变压器区外故障时瓦斯继电器油流速的量化模型。

附图说明

图一是本发明的技术原理流程图

具体实施方式

本发明的具体步骤如下：

步骤1：量化分析变压器区外故障时绝缘油的温度特征和压强特征

(1)量化分析变压器区外故障时绝缘油的温度特征

变压器发生区内故障时，流经变压器绕组的电流将增大，从而会产生大量的热量，由于绕组和变压器绝缘油之间存在较大的温度差，因此变压器油将吸收大量的热量，加之故障时间很短以及变压器绕组完全浸泡在变压器绝缘油中，可认为绕组所产生热量大部分传递到绝缘油中并传化为了绝缘油的内能，进而会使得绝缘油的温度上升。

我们可对变压器内温度场数据进行实测，得出不同位置处的坐标和温度值，然后利用实测数据，通过曲线拟合得到变压器内的瞬时温度与面积关系的表达式为：

f(t)＝a0+a1t+a2t2+...+antn

式中s为特定温度下对应的面积；ai为变压器内温度系数；ti＝φ1(x,y,z)为温度场任意位置处的温度函数；(x,y,z)为变压器内任意位置的三维坐标。

(2)量化分析变压器区外故障时绝缘油的压强特征

由热力学可知，当变压器绝缘油内能增加时，除了温度会升高以外，压强也将升高，表达式为：

其中p1，v1，t1分别为故障前的绝缘油压强，体积和温度；p2，v2，t2为故障后的绝缘油压强、体积和温度；k为常数。当变压器发生故障时，由于故障时间很短，相对于全部绝缘油的体积，可近视认为绝缘油的膨胀体积为零，即v1＝v2，则上诉公式可简化为：

所以由温度的量化模型可得到压强的量化模型为：

p＝kt＝kf(t)

步骤2：量化分析绝缘油的温度特征和压强特征与瓦斯继电器油流速度的关系

(1)量化分析绝缘油的温度特征与瓦斯继电器处油流速度的关系

对于变压器绝缘油而言，其会受热膨胀，由于变压器油箱和油枕之间仅通过一根内径较小的油连接管相连，因此受热膨胀部分将全部通过油连接管涌向油枕，进而使得瓦斯继电器油流速加快，这一现象可用以下数学表达式表示：

即变压器发生区外故障时流经瓦斯继电器处的油流速度vt等于单位时间内绝缘油体积膨胀量dv/dt除以油连接管的截面积s；

变压器绝缘油的膨胀体积v与绝缘油温度差δt之间的数学表达式为：

v＝λv0δt

式中λ为膨胀系数，可取0.0007；v0为故障前变压器绝缘油总体积；δt＝t1-t2为故障前后的温度差。

则可得出绝缘油的温度和瓦斯继电器油流速度vt的关系为：

式中dt＝t2-t1为故障持续时间。

(2)量化分析绝缘油的压强特征与瓦斯继电器油流速度的关系

当变压器故障时，绝缘油的压强将升高，而油枕上方为空气，压强约为大气压强p0，因此变压器故障后油连接管两端将会产生一个较大压强差，压强大的一端的绝缘油将涌向压强小的一端。因此在计算此时瓦斯继电器油流速度可借鉴“有压管流模型”来计算，具体的计算过程如下：

首先计算油枕和变压器之间的油连接管的比阻s，由舍维列夫公式可知：

其中θ是一个与管道内表面材料和管道内液体类型有关的常数，可通过查表得出；d为管道的内直径。

之后再确定油连接管两端的作用水头差δh，其表达式为：

其中δp＝p2-p0为油连接管两端的压强差,p2为故障后的绝缘油压强，p0为大气压强；ρ油为绝缘油的密度；g为重力加速度。

进而可得出流过瓦斯继电器处的油流速度vp的表达式为：

式中l为油连接管的总长度。

步骤3：得出变压器区外故障时瓦斯继电器油流速的量化模型

由步骤1和步骤2中的内容可知，当变压器发生区外故障时，瓦斯继电器油流速度加快是由绝缘油温度升高和压强增大共同作用产生的，因此可得出变压器区外故障时瓦斯继电器油流速v的量化模型为：

综上所诉，可得出变压器发生区外故障时的基于绝缘油压强和温度的瓦斯继电器油流速量化模型。

以上实施方案仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，因此所有等同的技术方案也属于本发明的保护范畴。