基于负荷电流和入口油速的油浸变压器绕组热点监测方法与流程

本发明属于电力变压器领域，具体来说，涉及一种基于负荷电流和入口油速的油浸变压器绕组热点监测方法。

背景技术：

1、油浸变压器是电力系统中重要的电气设备之一，是电能的传输、转换、分配和使用中不可或缺的一环，保证油浸变压器的使用性能和运行过程的安全稳定，可以很大程度上降低社会和经济损失。油浸变压器的温升是影响其运行状态和使用寿命的关键因素，各部件在运行中产生损耗生热会引起部件本身以及周边绝缘材料的温升，不同部位绝缘材料的老化速率受温度影响有所差异，变压器绕组最热点温度过高会导致周围绝缘材料老化程度加剧，从而影响变压器使用寿命，甚至引起安全隐患，因此研究变压器绕组温度分布特性是十分必要的。

2、而变压器的损耗与其负荷电流的大小密切相关，负荷电流的不同会导致变压器损耗不同，进而使变压器温升程度不同；在冷却系统中，变压器油流速度过快的情况下，可能会产生油流带电现象，不利于变压器的安全运行，油流速度过慢又不利于散热。

3、针对以上问题，本发明提出一种基于负荷电流和入口油速的油浸变压器绕组热点监测方法，该方法可根据负荷电流与入口油速大小，预测变压器绕组最热点温度，进而对及时进行变压器运行维护和改善绝缘老化提供理论和数据支持，且计算速度快，资源消耗少，有较强的工程实用价值。

技术实现思路

1、本发明提出一种基于负荷电流和入口油速的油浸变压器绕组热点监测方法，该方法能够用于变压器绕组最热点温度预测，既克服了实体获取绕组最热点温度困难等问题，又为变压器运行维护提供理论和数据支持。

2、本发明具体为一种基于负荷电流和入口油速的油浸变压器绕组热点监测方法，所述方法包括以下步骤：

3、步骤s101、构建油浸变压器三维等效模型；

4、步骤s102、采用等效模型进行电磁场的仿真，获得铁芯损耗和绕组损耗；

5、步骤s103、使变压器损耗载入至流体—温度场中作为热源，模拟变压器额定负载工作模式进行温度场分析，获取变压器绕组温度分布情况及绕组热点；

6、步骤s104、分别改变模型负荷电流与入口油速大小进行多次有限元仿真，提取到不同情况下绕组最热点温度数据样本；

7、步骤s105、试探性建立一元非线性回归模型，通过比较相关系数选择最优模型；

8、步骤s106、将多个最优一元非线性回归模型合成多元非线性模型，重新估算回归参数，推导出拟合公式，最终获得不同负荷电流及不同入口油速作为自变量的绕组最热点温度变化规律，进一步预测热点温度。

9、进一步的，所述步骤s101中的模型为简化模型，简化方式为：

10、忽略夹件、撑条等在运行中产生损耗很小的结构件，将铁芯及绕组损耗作为主要热源；绕组匝间绝缘层、绝缘板、垫块等结构件对变压器温升及散热影响不大，因此将绕组简化为圆筒式，线圈匝数均匀分布；综合考虑环境因素与变压器外壳及散热器换热的运行工况，在变压器外壳上施加等效换热系数来代替散热器结构。

11、进一步的，所述步骤s102具体包括：

12、选定电磁暂态仿真软件，如maxwell等同类计算机辅助设计软件，导入简化后的等效模型，根据所研究变压器型号和材料获取变压器参数，以及各部件电磁属性，并对变压器各结构部件进行分块分区的网格划分，然后进行变压器载荷设定，最后调用电磁暂态仿真软件的仿真工具进行仿真，获取变压器铁芯损耗和绕组损耗。

13、进一步的，所述步骤s103具体包括：

14、步骤s1031、选定热流耦合仿真软件，如ansys fluent等同类软件，设置变压器各部件材料热属性，其中设置变压器油热属性时，采用分段线性的方式，使得变压器油的各热属性随温度变化而变化，以增加求解的准确程度；

15、步骤s1032、在铁芯、外壳及油等求解的光滑区域，进行四面体网格划分；在热源附近以及固液交界面等求解的突变区域，进行六面体网格划分，最后检查网格质量；

16、步骤s1033、将所述损耗加载至流体-温度场中作为热源，模拟变压器实际运行情况设置边界条件，对变压器油设置入口油温、油速以及重力加速度，使变压器油在自身热属性和重力因素的影响下实现油循环；

17、步骤s1034、调用热流耦合仿真软件中的仿真工具进行仿真分析，设置求解器计算步长，完成迭代，获得变压器绕组温度分布情况及绕组热点温度。

18、进一步的，所述步骤s104具体包括：

19、步骤s1041、控制变压器入口油速不变，根据变压器额定负载大小，在合理范围内设定若干变压器负荷电流作为求解初值；将若干组负荷电流初值载入电磁场计算损耗，再将损耗载入流体-温度场，计算出不同负荷电流下绕组最热点温度的数值；

20、步骤s1042、控制变压器负荷电流不变，在合理范围内根据经验对变压器入口油速做任意假设，并将其作为求解初值；将若干组入口油速初值载入流体-温度场依次进行计算，最后计算出不同入口油速下绕组最热点温度的数值。

21、进一步的，所述步骤s105具体包括：

22、步骤s1051、令所述负荷电流为自变量x、入口油速为自变量y、绕组最热点温度为因变量zi，生成z1关于x、z2关于y的散点图并分别进行进一步分析；

23、步骤s1052、针对任一散点图，在分析软件中选中全部曲线模型进行曲线估算；

24、步骤s1053、判断不同曲线模型相关系数r2与1的关系，将r2最接近1的曲线模型作为最优一元非线性回归模型，最终分别得到z1关于x、z2关于y的最优一元非线性回归方程。

25、进一步的，所述步骤s106具体包括：

26、步骤1061、将所有自变量、因变量数据样本输入统计分析软件，选择多元非线性回归模型；

27、步骤1062、将z1关于x、z2关于y的最优一元非线性回归方程相加，人工合成多元非线性公式；

28、步骤1063、将确定的函数形式带入分析软件重新估算回归参数，判断拟合系数，最终拟合出z关于x、y的多元非线性回归模型。

29、与现有技术相比，本发明具有以下优点：

30、1、本发明对网格划分、材料参数设置等易被忽略但对结果产生重要影响的因素进行细化，以增加求解的准确程度；2、本发明可准确地获取油浸变压器绕组温度分布情况；3、本发明可联合油浸变压器负荷电流和入口油速大小，预测变压器绕组最热点温度，进而对变压器运行维护提供理论和数据支持，工程使用价值较高；4、还具有计算速度快、成本低、资源消耗少、工作效率高的优点。

技术特征：

1.基于负荷电流和入口油速的油浸变压器绕组热点监测方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的基于负荷电流和入口油速的油浸变压器绕组热点监测方法，其特征在于，所述步骤s101中的模型为简化模型，简化方式为：

3.根据权利要求1所述的基于负荷电流和入口油速的油浸变压器绕组热点监测方法，其特征在于，所述步骤s102具体包括：

4.根据权利要求1所述的基于负荷电流和入口油速的油浸变压器绕组热点监测方法，其特征在于，所述步骤s103具体包括：

5.根据权利要求1所述的基于负荷电流和入口油速的油浸变压器绕组热点监测方法，其特征在于，所述步骤s104具体包括：

6.根据权利要求1所述的基于负荷电流和入口油速的油浸变压器绕组热点监测方法，其特征在于，所述步骤s105具体包括：

7.根据权利要求1所述的基于负荷电流和入口油速的油浸变压器绕组热点监测方法，其特征在于，所述步骤s106具体包括：

技术总结
本发明公开了基于负荷电流和入口油速的油浸变压器绕组热点监测方法，该方法在分析变压器损耗与传热的基础上，建立了油浸电力变压器电磁场‑流体‑温度场耦合仿真分析模型，基于有限元分析求得变压器绕组温度分布及最热点温度；进一步改变负荷电流与入口油速，提取到了不同情况下绕组最热点温度的数据样本进行分析；最后建立了多元非线性回归模型，推导出不同负荷电流及不同入口油速作为自变量的拟合公式计算热点温度；本发明充分利用有限元仿真分析方法，通过建立多元非线性回归模型，构建了绕组热点温度与负荷电流、入口油速的关系方程，该方程计算速度快，资源消耗少，可准确计算变压器热点温度。

技术研发人员：周红军,祁维佳,朱文斌,朱彤涛,杨政
受保护的技术使用者：国网江苏省电力有限公司盐城供电分公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16