一種基于相對熱時間常數的牽引變壓器熱點溫度監測方法與流程

本發明涉及一種基于相對熱時間常數的牽引變壓器熱點溫度監測方法，屬于電氣絕緣在線檢測與故障診斷領域。
背景技術：
：油浸式牽引變壓器是高速鐵路供電系統的核心設備，其壽命管理及優化設計得到了廣泛關注，熱點溫升是制約牽引變壓器運行的主要因素也是評估牽引變壓器絕緣壽命損失的主要參數，因此研究牽引變壓器熱點溫度十分重要。光纖測溫是監測變壓器熱點溫度最為直接、準確的手段，然而，大多數已投運變壓器未安裝光纖測溫系統且再改造、升級的成本十分昂貴。因此，對于已投運的牽引變壓器熱點溫度計算一般采用兩段式溫升模型，即：頂層油相對于環境溫升、熱點相對于頂層油溫升；其中，變壓器頂層油時間常數描述頂層油相對環境溫升變化快慢，繞組時間常數描述熱點相對頂層油溫升變化快慢。實際運行中，變壓器熱時間常數(變壓器頂層油時間常數、繞組時間常數)會隨負載電流(負載系數)、變壓器頂層油溫度、變壓器油粘度、變壓器油流速的變化而變化。其中，負載系數(負載電流)是影響最大的因素，由于常規電力變壓器大多數時間工作在額定負載以下，因此負載系數對熱時間常數的影響可以忽略，然而牽引供電系統中的牽引變壓器由于經常受到動車組負荷的頻繁沖擊，即過負載頻繁作用。因此，在過負載作用下，變壓器熱時間常數的變動不可忽略。本專利提出一種考慮變壓器熱時間常數隨負載系數變化的熱點溫度監測方法，其考慮了熱時間常數隨負載系數的變化使得準確性增加，同時監測量獲取簡便易于實現。技術實現要素：有鑒于上，本發明的目的是提供一種基于相對熱時間常數的牽引變壓器熱點溫度監測方法，通過考慮變壓器熱時間常數隨負載系數的變化，使得動態熱點溫度監測更加準確。本發明解決上述問題的技術方案是：第一步，獲取變壓器相關參數，包括變壓器油指數x，變壓器繞組指數y，額定負載損耗Pload,R，空載損耗Pno-load，額定頂層油相對環境溫升額定熱點相對頂層油溫升Δθhs,R，額定頂層油時間常數τoil,R，額定繞組時間常數τw,R；第二步，利用下式計算得不同負載下變壓器油時間常數：τoil＝τoil,R×τoil,pu(2)式中，τoil是所求的不同負載系數下的變壓器油時間常數，τoil,pu是描述任意負載變壓器油時間常數與額定變壓器油時間常數關系的相對變壓器油時間常數，K是負載系數，R是額定負載損耗Pload,R與空載損耗Pno-load之比。第三步，利用下式計算得不同負載下變壓器繞組時間常數：τw,pu＝Ky-2(3)τw＝τw,R×τw,pu(4)式中，τw是所求的不同負載系數下的變壓器油時間常數，τw,pu是描述任意負載變壓器油時間常數與額定變壓器油時間常數關系的相對變壓器油時間常數。第四步，由安裝在牽引變壓器外部的溫度傳感器(距離牽引變壓器5m及以上)將環境溫度θamb上傳至上位機，同時由電流傳感器將牽引繞組電流上傳至上位機，對應的負載系數K由下式求得：式中，IR是額定牽引繞組電流，I是某一時刻下的牽引繞組電流；第五步，將第二步、第三步中求得的隨負載變化而變化的變壓器油時間常數τoil、變壓器繞組時間常數τw引入熱點溫度計算模型，如下式：式中，θoil是頂層油溫，θhs是熱點溫度，θamb是環境溫度；第六步，將第四步監測所得的隨時間變化的環境溫度θamb、負載系數K帶入第五步計算模型，即得所求的θoil是頂層油溫、θhs是熱點溫度。進一步地，所述變壓器油指數x應根據不同的散熱類型選取不同值，ONAN/ONAF類型變壓器x取0.8，OF/OD類型變壓器x取1。進一步地，所述變壓器繞組指數y應根據不同的散熱類型選取不同值，配電變壓器y取1.6，ONAN/ONAF/OF類型變壓器y取1.3，OD類型變壓器y取1。以上流程見附圖1。本發明所述基于相對變壓器熱時間常數的熱點溫度監測方法，具有以下優點：1)獲得了不同負載系數下的變壓器熱時間常數，相比于固定不變的額定變壓器熱時間常數，其更好地反映了變壓器熱時間常數的實際動態變化；2)不同負載系數下的變壓器熱時間常數計算簡便，通過常規的變壓器出廠參數即可獲得所研究變壓器的熱時間常數變化關系；3)因為考慮了變壓器熱時間常數隨負載系數變化，計算所得的動態負載下熱點溫度變化速率會更加準確。附圖說明圖1是監測流程圖。圖2是動態熱點溫度對比。具體實施方式下面結合附圖和具體實施過程對本發明進行進一步說明。需要強調的是，此處所描述的具體實施案例僅僅用以解釋本發明，并不用于限定本發明構思及其權利要求之范圍。第一步，獲取變壓器相關參數，包括變壓器油指數x，變壓器繞組指數y，額定負載損耗Pload,R，空載損耗Pno-load，額定頂層油相對環境溫升Δθoil,R，額定熱點相對頂層油溫升Δθhs,R，額定頂層油時間常數τoil,R，額定繞組時間常數τw,R。表1是某變壓器的以上參數。表1第二步，利用下式計算得不同負載下變壓器油時間常數：τoil＝τoil,R×τoil,pu(8)式中，τoil是所求的不同負載系數下的變壓器油時間常數，τoil,pu是描述任意負載變壓器油時間常數與額定變壓器油時間常數關系的相對變壓器油時間常數，K是負載系數，R是額定負載損耗Pload,R與空載損耗Pno-load之比；將表1中數據帶入，式(6)、式(7)可確定為：第三步，利用下式計算得不同負載下變壓器繞組時間常數：τw,pu＝Ky-2(11)τw＝τw,R×τw,pu(12)式中，τw是所求的不同負載系數下的變壓器繞組時間常數，τw,pu是描述任意負載變壓器繞組時間常數與額定變壓器繞組時間常數關系的相對變壓器繞組時間常數。將表1中數據帶入，式(8)、式(9)可確定為：τw,pu＝K-1(13)第四步，由安裝在牽引變壓器外部的溫度傳感器(距離牽引變壓器5m及以上)將環境溫度θamb上傳至上位機，同時由電流傳感器將牽引繞組電流上傳至上位機。在本具體實施方式，牽引變壓器安裝與室內，環境溫度恒定于20℃(表1)。負載系數(牽引繞組電流與額定牽引繞組電流之比)監測數據如表2。時間區間(min)負載系數0～1100110～2901290～3500.75350～3603360～4700470～4852.1第五步，將表1數據、表2數據、隨負載變化而變化的變壓器油時間常數τoil、變壓器繞組時間常數τw引入經典熱點溫度計算模型，可得：式中，θoil是頂層油溫，θhs是熱點溫度，θamb是環境溫度。利用龍格庫塔法求解方程(12)，并與實測值對比，如圖2所示。當前第1頁1 2 3