基于熱點溫度的變壓器智能增容技術(shù)研究與應用

李黃強等

摘 要：該文討論了一種基于變壓器熱點溫度的智能增容技術(shù)，該技術(shù)通過計及變壓器的運行參數(shù)、設備參數(shù)及環(huán)境參數(shù)，計算出變壓器內(nèi)部繞組的熱點溫度，從而評估變壓器在過負荷情況下的運行狀態(tài)，達到對變壓器智能增容的目的。進而通過將該技術(shù)現(xiàn)場應用于220 kV油浸式變壓器中，證明了該技術(shù)的有效性。

關鍵詞：變壓器過負荷 熱點溫度 在線測量

中圖分類號：TM4 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2015）07（c）-0078-03

變壓器是變電站中最重要的設備，變壓器的安全運行是可靠供電的基礎。而隨著居民用電負荷占比的提升，年負荷峰谷差越來越大，為滿足用戶高峰時刻的可靠用電，同時考慮到計劃檢修、方式倒換以及事故處理，變壓器容量的配備就顯得尤為重要。單一的通過變壓器增容改造來滿足極端情況下的需求，會使得變壓器利用效率偏低，損耗增大，從而造成資產(chǎn)的利用效率低下。因此，在確保設備安全的前提下，研究如何充分利用現(xiàn)有變壓器的容量，達到設備負荷智能增容的目的，不僅對提高供電可靠性，而且對提高資產(chǎn)利用水平具有重大意義。

根據(jù)GB1094-7《電力變壓器 油浸式電力變壓器負載導則部分》要求，變壓器設備有兩種情況可過載運行：（1）保證變壓器的正常設計壽命的前提下，對變壓器合理地安排過負荷，即正常過負荷?？紤]過負荷雖然造成變壓器壽命的損失，但可以由變壓器欠負荷運行時節(jié)約的壽命進行補償。（2）在保證變壓器絕緣不會受損，變壓器不會發(fā)生突發(fā)事故的前提下，可以允許變壓器在一定的時間內(nèi)承受一定的過負荷。

而影響變壓器的正常使用的是變壓器內(nèi)部臨近絕緣材料最高的溫度，即熱點溫度。如果能夠?qū)崟r掌握變壓器的熱點溫度，就能夠在滿足變壓器安全運行的前提下，充分利用變壓器的容量，滿足電網(wǎng)高峰或事故處置情況下的短時過負荷需求。從而達到提高變壓器使用效率的目的。

1 變壓器熱點溫度計算

變壓器熱點溫度的獲得主要分類兩類方法：一類為直接測量法；另一類為間接計算法。其中直接測量法通過在變壓器內(nèi)部繞組附近安裝溫度傳感器直接測量，此類方法對溫度傳感器的電絕緣性、抗電磁干擾能力提出了很高的要求，不適用于對已投運的變壓器進行改造加裝。而間接計算法則不直接對變壓器繞組熱點溫度進行測量，而是通過其他數(shù)據(jù)對熱點溫度進行計算的方法，這種方法中在實際應用中主要包括利用傳熱學理論計算的數(shù)值計算法、國家標準推薦計算法以及利用熱電類比法得到的熱路模型法等一系列方法。由于不同廠家、不同型號變壓器的（甚至同一型號不同批次變壓器）制造工藝不同，在箱體內(nèi)外各雜件處所產(chǎn)生的渦流損耗值也不同，進而造成變壓器熱點溫度的大小也不同。如果單純追求求取準確的變壓器熱點溫度值，不但費時費力，且適用范圍小，不適合實際工程應用，而利用熱路模型法求解熱點溫度，則可以在保證工程要求精度的基礎上，最大限度的應用于大多數(shù)變壓器中。故本文采用考慮熱路模型的熱電類比法來計算變壓器的熱點溫度。

1.1 熱電類比法基本理論

根據(jù)模擬理論，若描述兩個物理現(xiàn)象的微分方程形式相同，只要兩個載體的幾何形狀和邊界條件相似，則兩者方程的解析解和實驗解可以完全通用。電場分布與熱場分布均滿足泊松方程，具有相同的微分方程形式，因此可以建立兩者之間的對應關系，進而用電場量來分析計算熱場。熱電類比法中參量的定義及對應關系如下表所示。

1.2 變壓器熱路模型

根據(jù)熱電類比法建立的變壓器熱路模型如上圖所示。其中熱源來自變壓器的損耗，即銅損和鐵損。變壓器熱點溫度可由式（1）—（3）迭代計算得到。

其中為環(huán)境溫度，通過現(xiàn)場測量得到。而、、分別為熱點溫度、平均油溫和頂油溫度，可通過式（1）—（3）迭代計算得到。最終即為所需要求取的目標值。

2 現(xiàn)場應用

通過將上述模型計算的變壓器熱點溫度與變壓器的工作狀態(tài)相結(jié)合，實時分析變壓器的運行狀態(tài)就可以對變壓器現(xiàn)工況下的過負荷運行風險進行分析。

2.1 裝置結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)通過現(xiàn)場氣象采集裝置采集變壓器現(xiàn)場環(huán)境數(shù)據(jù)以及變壓器上下油管的溫度，另從SCADA服務器上讀取當前變壓器的負載率、油面溫度等信息，通過后臺分析計算得出變壓器在當前工況下發(fā)生過負荷情況的風險。

2.2 軟件功能

系統(tǒng)軟件上分為系統(tǒng)管理、安全管理、告警管理、配置管理以及拓撲管理五個模塊。其中告警管理即是通過實時計算出的變壓器熱點溫度來評估變壓器的實時狀態(tài)。

2.3 現(xiàn)場應用

將變壓器負荷智能管理系統(tǒng)應用于220 kV變電站中，通過圖4可見，該系統(tǒng)能夠很好的計算出變壓器的熱點溫度，并預測該變壓器過負荷情況下能夠運行的時間。這就為調(diào)度人員在日常的變壓器負荷管理中提供了重要的參考，有效的提高了變壓器的使用效率。

3 結(jié)語

變壓器的負荷管理是調(diào)度運行中的重點工作，如果在保證變壓器安全運行的提前下，允許短時過負荷或事故過負荷能夠有效提高變壓器的利用效率。而通過對變壓器熱點溫度的實時計算及監(jiān)測就能夠達到該目的，該文研究了一種利用變壓器熱路模型來計算變壓器熱點溫度的方法，并將該方法現(xiàn)場應用于220 kV變電站中，實際運行效果標明，該方法能夠有效的提升變壓器利用效率，達到變壓器智能增容的目的。

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