一種利用變壓器頂層油溫升實(shí)現(xiàn)油浸式變壓器在線監(jiān)測的
方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本
發(fā)明涉及
一種利用變壓器頂層油溫升實(shí)現(xiàn)油浸式變壓器在線監(jiān)測的方法,用于監(jiān)測油浸式變壓器異常運(yùn)行狀態(tài),屬于電
力變壓器在線監(jiān)測技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)
[0002] 油浸式變壓器是電力系統(tǒng)中非常重要的一種變電設(shè)備,它的安全穩(wěn)定運(yùn)行關(guān)系著整個(gè)電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定。為及時(shí)準(zhǔn)確地把握變壓器的健康狀況,實(shí)時(shí)監(jiān)測變壓器的運(yùn)行情況,近些年來行業(yè)內(nèi)提出了多種變壓器在線監(jiān)測的方法。例如:利用變壓器油色譜在線監(jiān)測裝置,可以實(shí)現(xiàn)變壓器油內(nèi)溶解氣體的在線
采樣、分析、判斷,甄別變壓器內(nèi)部是否存在
過熱、放電等故障;例如:利用高頻、特高頻、
超聲波局部放電在線監(jiān)測裝置,可以對變壓器內(nèi)部局部放電進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測、分析、判斷,甄別變壓器內(nèi)部是否存在局部放電故障,但是,上述方法均依賴特定的電氣量或化學(xué)量,且并不能涵蓋諸如變壓器
散熱系統(tǒng)異常等變壓器異常運(yùn)行狀態(tài)。
[0003] 中國實(shí)用新型
專利號201020262919.5,涉及一種變壓器繞組熱點(diǎn)
溫度的測量裝置,是通過利用變壓器繞組溫度的計(jì)算方法與變電站綜合自動(dòng)化技術(shù)、智能化技術(shù)的結(jié)合,利用數(shù)據(jù)通訊技術(shù),實(shí)現(xiàn)對電力系統(tǒng)主變壓器繞組熱點(diǎn)溫度測量。其作用是簡化原有測量回路,促進(jìn)變電站設(shè)備數(shù)據(jù)共享,減少安全
風(fēng)險(xiǎn),并且可以提高變壓器繞組熱點(diǎn)溫度的測量
精度,是對變壓器繞組熱點(diǎn)溫度測量方法的改進(jìn),但是,該技術(shù)不能實(shí)現(xiàn)變壓器運(yùn)行狀態(tài)在線監(jiān)測的功能,不能監(jiān)測、判斷變壓器內(nèi)部異常發(fā)熱、散熱系統(tǒng)異常等變壓器異常工作狀態(tài)。中國發(fā)明專利號201010536813.4,涉及一種V/X?接線牽引變壓器內(nèi)部溫升在線監(jiān)測方法;內(nèi)容是基于變壓器的運(yùn)行可靠性很大程度上取決于其絕緣狀態(tài),而變壓器內(nèi)部溫度是影響絕緣狀態(tài)最為關(guān)鍵的因素這一基本認(rèn)識,通過獲取變壓器相關(guān)參數(shù),利用基于V/X?接線牽引變壓器內(nèi)部溫升熱路模型所建立的溫升計(jì)算公式,得出變壓器內(nèi)部溫升結(jié)果;該專利中表述的溫升實(shí)際上指的是變壓器熱點(diǎn)溫度,熱點(diǎn)是指變壓器中各繞組最熱點(diǎn),熱點(diǎn)溫度可以認(rèn)為是變壓器內(nèi)部最高溫度,熱點(diǎn)溫度過高對變壓器絕緣會(huì)產(chǎn)生直接的危害;該專利通過計(jì)算得到的熱點(diǎn)溫度值與預(yù)設(shè)的報(bào)警值進(jìn)行比較,判斷變壓器熱點(diǎn)溫度是否超過安全值;該專利的目的是提供監(jiān)視變壓器熱點(diǎn)溫度過高的手段,防止出現(xiàn)變壓器絕緣快速老化。但是,變壓器熱點(diǎn)溫度過高,并不對應(yīng)著變壓器設(shè)備本身的異常狀態(tài);在變壓器設(shè)備正常的情下,因?yàn)樨?fù)荷
電流、
環(huán)境溫度等因素的影響,變壓器熱點(diǎn)溫度也可能出現(xiàn)過高的情況;因此該專利不能監(jiān)測、判斷變壓器內(nèi)部異常發(fā)熱、散熱系統(tǒng)異常等變壓器異常工作狀態(tài),不能實(shí)現(xiàn)變壓器運(yùn)行狀態(tài)在線監(jiān)測功能。
[0004] 目前,尚無利用變壓器頂層油溫升實(shí)現(xiàn)油浸式變壓器在線監(jiān)測的研究,本發(fā)明所述的在線監(jiān)測,是在線判斷變壓器內(nèi)部異常發(fā)熱、散熱系統(tǒng)異常等變壓器異常工作狀態(tài),包括對于變壓器油量不足、繞組局部
匝間
短路、輕微裸金屬過熱、
鐵芯局部短路、散熱系統(tǒng)
閥門未開啟、
散熱器工作不正常等異常狀態(tài)。上述異常狀態(tài),由于沒有顯著的電氣量和化學(xué)量,已有技術(shù)的上述在線監(jiān)測方案不能有效監(jiān)測,亦未見其它有針對性的在線監(jiān)測方案。
發(fā)明內(nèi)容
[0005] 本發(fā)明的目的是提供一種利用變壓器頂層油溫升實(shí)現(xiàn)油浸式變壓器在線監(jiān)測的方法,通過根據(jù)變壓器實(shí)時(shí)運(yùn)行參數(shù)計(jì)算出變壓器頂層油溫升值的計(jì)算值,并和變壓器頂層油溫升測量值進(jìn)行比較,判斷變壓器運(yùn)行狀態(tài)是否正常,解決背景技術(shù)存在的上述問題。
[0006] 本發(fā)明目的是通過下面的技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:一種利用變壓器頂層油溫升實(shí)現(xiàn)油浸式變壓器在線監(jiān)測的方法,包含如下步驟:①在油浸式變壓器周圍布置若干個(gè)溫度
傳感器,測量變壓器運(yùn)行的環(huán)境溫度;將若干個(gè)溫度傳感器有效數(shù)據(jù)的算術(shù)平均值,作為變壓器運(yùn)行環(huán)境溫度測量值;②在油浸式變壓器頂部安裝若干個(gè)溫度傳感器,測量變壓器頂層油溫度;將若干個(gè)溫度傳感器有效數(shù)據(jù)的算術(shù)平均值,作為變壓器頂層油溫度測量值;③計(jì)算變壓器頂層油溫度測量值與變壓器運(yùn)行環(huán)境溫度測量值的差值,作為油浸式變壓器頂層油溫升測量值,簡稱測量值;④根據(jù)油浸式變壓器出廠報(bào)告中給定的頂層油溫升數(shù)值和變壓器實(shí)際運(yùn)行環(huán)境溫度、負(fù)荷、冷卻系統(tǒng)投入情況,實(shí)時(shí)計(jì)算出變壓器頂層油
溫度計(jì)算值;計(jì)算依據(jù)為:《GB?1094.2-2013?電力變壓器?第2部分:液浸式變壓器的溫升》、《GB?1094.7-2008?電力變壓器?第7部分:油浸式電力變壓器負(fù)載導(dǎo)則》;⑤計(jì)算出變壓器頂層油溫度計(jì)算值與變壓器運(yùn)行環(huán)境溫度測量值的差值,作為油浸式變壓器頂層油溫升計(jì)算值,簡稱計(jì)算值;⑥提前設(shè)定計(jì)算值和測量值的差值整定值;比較計(jì)算值和測量值;如果兩者間的差值小于設(shè)定的差值整定值,即∣計(jì)算值-測量值∣<差值整定值,則認(rèn)為變壓器運(yùn)行狀態(tài)正常;如果兩者間的差值大于等于設(shè)定的差值整定值,即∣計(jì)算值-測量值∣≥差值整定值,則認(rèn)為變壓器運(yùn)行狀態(tài)異常。
[0007] 所述的在油浸式變壓器周圍布置若干個(gè)溫度傳感器,測量變壓器運(yùn)行的環(huán)境溫度;將若干個(gè)溫度傳感器有效數(shù)據(jù)的算術(shù)平均值,作為變壓器運(yùn)行環(huán)境溫度測量值;是指在變壓器周圍布置溫度傳感器測量變壓器運(yùn)行的環(huán)境溫度,對于測量得到的溫度值先利用
不平衡度方法進(jìn)行異常數(shù)據(jù)甄別,排除異常數(shù)據(jù)后,有效數(shù)據(jù)取算術(shù)平均值,結(jié)果作為變壓器運(yùn)行環(huán)境溫度測量值。傳感器的布置
位置為,變壓器前后左右四個(gè)方向各布置一個(gè)溫度傳感器,每個(gè)傳感器在所處變壓器側(cè)面的
水平位置中心和垂直位置中心,距離變壓器器身一米處安裝。
[0008] 所述的在油浸式變壓器頂部安裝若干個(gè)溫度傳感器,測量變壓器頂層油溫度;將若干個(gè)溫度傳感器有效數(shù)據(jù)的算術(shù)平均值,作為油浸式變壓器頂層油溫度測量值;是指在變壓器頂部安裝若干個(gè)能夠測量變壓器內(nèi)部頂層油溫度的傳感器,用來測量變壓器頂層油溫度,對于測量得到的溫度值先利用不平衡度方法進(jìn)行異常數(shù)據(jù)甄別,排除異常數(shù)據(jù)后,有效數(shù)據(jù)取算術(shù)平均值,結(jié)果作為變壓器頂層油溫度測量值。溫度傳感器安裝在變壓器頂部出廠預(yù)留的溫度傳感器安裝位置。因廠家不同,設(shè)計(jì)不同,每臺變壓器頂部的溫度傳感器安裝位置和數(shù)量會(huì)不完全相同。
[0009] 頂層油溫升是油浸式變壓器的一個(gè)運(yùn)行參數(shù)。根據(jù)《GB?1094.2-2013?電力變壓器?第2部分:液浸式變壓器的溫升》的規(guī)定,頂層油溫升是指頂層油溫度與外部冷卻介質(zhì)溫度的差值。油浸式變壓器的頂層油溫升決定于變壓器內(nèi)部發(fā)熱因素和散熱因素的綜合影響。發(fā)熱因素既有變壓器空載損耗、負(fù)載損耗等正常原因引起的,也有因變壓器繞組匝間短路、內(nèi)部故障、接頭不緊固、鐵芯多點(diǎn)接地、鐵芯局部短路等異常原因引起的,從而造成頂層油溫升異常。散熱因素方面,散熱器閥門不正常開啟、油位不正常、潛油
泵工作不正常、散熱器工作不正常都會(huì)影響變壓器的散
熱能力,從而造成頂層油溫升異常。
[0010] 目前,油浸式變壓器均會(huì)在變壓器頂部適當(dāng)位置布置溫度傳感器,用來測量頂層油溫度,測量結(jié)果用來控制變壓器冷卻系統(tǒng)或者用來指導(dǎo)負(fù)荷控制?!禛B?1094.2-2013?電力變壓器?第2部分:液浸式變壓器的溫升》中規(guī)定了明確的方法,對具體的變壓器能夠通過試驗(yàn)測量確定給定條件下的變壓器頂層油溫升。另外,《GB?1094.7-2008?電力變壓器?第7部分:油浸式電力變壓器負(fù)載導(dǎo)則》,給出了不同負(fù)載、不同運(yùn)行條件下的頂層油溫升計(jì)算公式。因此我們可以在變壓器實(shí)際運(yùn)行過程中,利用出廠報(bào)告中給定的頂層油溫升數(shù)值和變壓器負(fù)荷、冷卻系統(tǒng)投入情況等參數(shù),依據(jù)以上兩個(gè)導(dǎo)則,實(shí)時(shí)計(jì)算出變壓器頂層油溫升的計(jì)算值。
[0011] 變壓器運(yùn)行狀態(tài)正常時(shí),頂層油溫度的計(jì)算值和實(shí)際測量值之間應(yīng)基本一致,變化趨勢亦應(yīng)基本一致。因此我們可以通過比較油浸式變壓器頂層油溫升的計(jì)算值和實(shí)測值,判斷變壓器內(nèi)部是否有異常發(fā)熱因素或是散熱系統(tǒng)是否存在異常,從而實(shí)現(xiàn)對油浸式變壓器的線監(jiān)測。
[0012] 所述的根據(jù)油浸式變壓器出廠報(bào)告中給定的頂層油溫升數(shù)值和變壓器實(shí)際運(yùn)行環(huán)境溫度、負(fù)荷、冷卻系統(tǒng)投入情況等參數(shù),依據(jù)《GB?1094.2-2013?電力變壓器?第2部分:液浸式變壓器的溫升》、《GB?1094.7-2008?電力變壓器?第7部分:油浸式電力變壓器負(fù)載導(dǎo)則》,實(shí)時(shí)計(jì)算出變壓器頂層油溫度計(jì)算值,是指利用式1、式2完成相關(guān)的計(jì)算。
[0013]這是一組將時(shí)間分成小的段落的差分方程。式1用于計(jì)算第n個(gè)時(shí)間段頂層油溫的增加值,式2用于計(jì)算第n個(gè)時(shí)間段頂層油溫度。
[0014] 各式中:算子D表示與每個(gè)時(shí)間段Dt相對應(yīng)的相關(guān)變量的差分
所述的提前設(shè)定的計(jì)算值與測量值的差值整定值,是根據(jù)變壓器的出廠報(bào)告、具體參數(shù)和運(yùn)行環(huán)境,考慮靈敏性和可靠性的
基礎(chǔ)上,提前設(shè)定的一個(gè)溫度值,該數(shù)值既能保證對變壓器內(nèi)部異常狀態(tài)的有效檢出,又能防止過于靈敏而造成的誤判斷。
[0015] 本發(fā)明的積極效果是:能夠利用油浸式變壓器頂層油溫升實(shí)現(xiàn)油浸式變壓器在線監(jiān)測,對變壓器繞組局部匝間短路、輕微裸金屬過熱、鐵芯局部短路、散熱系統(tǒng)閥門未開啟、散熱器工作不正常等異常狀態(tài),實(shí)現(xiàn)在線監(jiān)測??梢杂行У赝晟朴徒阶儔浩髟诰€監(jiān)測的手段,提升油浸式變壓器在線監(jiān)測的技術(shù)水平。
附圖說明
[0016] 附圖1是本發(fā)明
實(shí)施例的功能示意圖;圖中:油浸式變壓器1、在線監(jiān)測功能模
塊2、用于測量變壓器頂層油溫度的溫度傳感器
3、用于測量變壓器運(yùn)行環(huán)境溫度的溫度傳感器4;
附圖2為變壓器散熱器堵塞情況圖。
具體實(shí)施方式
[0017] 以下結(jié)合附圖,通過實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
[0018] 參照附圖1。在線監(jiān)測功能模塊2,是一個(gè)計(jì)算功能模塊,主要有輸入單元和計(jì)算單元組成。輸入單元用來接收環(huán)境溫度傳感器傳輸?shù)淖儔浩鬟\(yùn)行環(huán)境溫度,接收頂層油溫度傳感器傳輸?shù)淖儔浩黜攲佑蜏囟龋佑徒阶儔浩?傳輸?shù)淖儔浩髫?fù)荷電流、冷卻系統(tǒng)投入情況等變壓器運(yùn)行參數(shù)。計(jì)算單元通過計(jì)算變壓器頂層油溫度測量值和變壓器運(yùn)行環(huán)境溫度測量值的差值,得到油浸式變壓器頂層油溫升測量值;利用變壓器運(yùn)行環(huán)境溫度、變壓器負(fù)荷電流等變壓器運(yùn)行參數(shù),計(jì)算得到變壓器頂層油溫升計(jì)算值;計(jì)算變壓器頂層油溫升計(jì)算值與測量值之間的差值,并與預(yù)先設(shè)定的差值整定值進(jìn)行比較,判斷變壓器運(yùn)行狀態(tài)是否正常。
[0019] 出廠報(bào)告中的頂層油溫升數(shù)值是在給定的條件下的試驗(yàn)數(shù)據(jù),根據(jù)這一數(shù)據(jù)結(jié)合運(yùn)行環(huán)境溫度,負(fù)荷電流等數(shù)據(jù)可以用公式算出變壓器頂層油溫度計(jì)算值,這一數(shù)值減去環(huán)境溫度測量值,就是油浸式變壓器頂層油溫升計(jì)算值。
[0020] 出廠報(bào)告中的頂層油溫升數(shù)值是固定不變的,本發(fā)明實(shí)際測得的變壓器頂層油溫度測量值是變化的。
[0021] 在實(shí)施例中,一種利用變壓器頂層油溫升實(shí)現(xiàn)油浸式變壓器在線監(jiān)測的方法,步驟如下:第一步,在油浸式變壓器1頂部預(yù)留位置,布置四個(gè)用于測量變壓器頂層油溫度的溫度傳感器3;
第二步,在油浸式變壓器1四周,布置四個(gè)用于測量變壓器運(yùn)行環(huán)境溫度的溫度傳感器
4;
第三步,四個(gè)用于測量變壓器頂層油溫度的溫度傳感器3,分別將變壓器頂層油溫度測量值傳輸給在線監(jiān)測功能模塊2;
第四步,四個(gè)用于測量變壓器運(yùn)行環(huán)境溫度的溫度傳感器4,分別將變壓器運(yùn)行環(huán)境溫度測量值傳輸給在線監(jiān)測功能模塊2;
第五步,在線監(jiān)測模塊2對接收的變壓器頂層油溫度測量值,利用不平衡度等方法進(jìn)行異常數(shù)據(jù)甄別,排除異常數(shù)據(jù)后有效數(shù)據(jù)取算術(shù)平均值,結(jié)果作為變壓器頂層油溫度測量值;
第六步,在線監(jiān)測模塊2對接收的變壓器運(yùn)行環(huán)境溫度測量值,利用不平衡度等方法進(jìn)行異常數(shù)據(jù)甄別,排除異常數(shù)據(jù)后有效數(shù)據(jù)取算術(shù)平均值,結(jié)果作為變壓器運(yùn)行環(huán)境溫度測量值;
第七步,在線監(jiān)測功能模塊2,計(jì)算變壓器頂層油溫度測量值與變壓器運(yùn)行環(huán)境溫度測量值的差值,作為油浸式變壓器頂層油溫升測量值;
第八步,在線監(jiān)測功能模塊2,根據(jù)油浸式變壓器出廠報(bào)告中給定的頂層油溫升數(shù)值和變壓器運(yùn)行環(huán)境溫度、負(fù)荷、冷卻系統(tǒng)投入情況等參數(shù),依據(jù)《GB?1094.2-2013?電力變壓器?第2部分:液浸式變壓器的溫升》、《GB?1094.7-2008?電力變壓器?第7部分:油浸式電力變壓器負(fù)載導(dǎo)則》,計(jì)算出變壓器頂層油溫度計(jì)算值;
第九步,在線監(jiān)測功能模塊2,計(jì)算變壓器頂層油溫度計(jì)算值與環(huán)境溫度測量值的差值,作為油浸式變壓器頂層油溫升計(jì)算值;
第十步,在線監(jiān)測功能模塊2,比較油浸式變壓器頂層油溫升計(jì)算值和油浸式變壓器頂層油溫升測量值;如果兩者間的差值小于事先設(shè)定的計(jì)算值與測量值的差值整定值,即∣計(jì)算值-測量值∣<差值整定值,則認(rèn)為變壓器運(yùn)行正常;如果兩者間的差值大于等于事先設(shè)定的差值整定值,即∣計(jì)算值-測量值∣≥差值整定值,則認(rèn)為變壓器運(yùn)行異常。
[0022] 為驗(yàn)證上述方法的有效性,我們結(jié)合具體變壓器對上述方法進(jìn)行了實(shí)際應(yīng)用。
[0023] 1、變壓器的具體參數(shù)產(chǎn)品型號:SFPSZ10-180000/220
額定容量:180/180/90?MVA
電壓組合:220+8*1.25%/115.5/10.5?kV
額定電流:472/900/4950?A
冷卻方式:ODAF
油頂層溫升:?55K
繞組溫升: 65K
2、運(yùn)行參數(shù)
四組散熱器全部投入運(yùn)行
高壓側(cè)負(fù)荷電流?325A
3、傳感器布置
布置四個(gè)變壓器運(yùn)行環(huán)境溫度傳感器,分別布置在變壓器四個(gè)側(cè)面水平位置居中、垂直位置居中,距離變壓器本體1米處。
[0024] 在變壓器頂部,利用變壓器出廠預(yù)留的傳感器安裝位置,安裝三個(gè)變壓器頂層油溫度傳感器。
[0025] 4、預(yù)先設(shè)定數(shù)據(jù)不平衡度數(shù)據(jù)設(shè)定為2%,當(dāng)不平衡度大于2%時(shí),判定為數(shù)據(jù)異常;
計(jì)算值與測量值的差值整定值設(shè)定為5攝氏度。
[0026] 5、測量數(shù)據(jù)四個(gè)環(huán)境溫度傳感器的測量數(shù)據(jù)見表1。三個(gè)變壓器頂層油溫度測量數(shù)據(jù)見表2。
[0027] 用不平衡度計(jì)算的方法作為數(shù)據(jù)有效性判斷條件,不平衡度=(最大值-最小值)/平均值,當(dāng)不平衡度大于2%時(shí),本組數(shù)據(jù)作為異常數(shù)據(jù)剔除。
[0028] 表1?變壓器運(yùn)行環(huán)境溫度測試數(shù)據(jù)表2變壓器頂層油溫度測量數(shù)據(jù)
6、計(jì)算數(shù)據(jù)
①利用下列公式進(jìn)行變壓器頂層油溫度計(jì)算。
[0029]根據(jù)以上參數(shù),計(jì)算得到變壓器頂層油溫度計(jì)算值為69度。
[0030] ②變壓器頂層油溫升計(jì)算值=變壓器頂層油溫度計(jì)算值-變壓器運(yùn)行環(huán)境溫度測量值=69-39.83=29.17攝氏度變壓器頂層油溫升測量值=變壓器頂層油溫度測量值-變壓器運(yùn)行環(huán)境溫度測量值=
75.03-39.83=35.2攝氏度
③∣計(jì)算值-測量值∣=∣35.2-29.17∣=6.03>5
即∣計(jì)算值-測量值∣>差值整定值
7、判斷結(jié)論
因?yàn)楱O計(jì)算值-測量值∣>差值整定值,所以我們可以判定變壓器存在異常運(yùn)行狀態(tài)。
[0031] 8、變壓器檢查結(jié)果根據(jù)上述結(jié)論,我們對變壓器進(jìn)行了細(xì)致的檢查,最后發(fā)現(xiàn)變壓器散熱器被柳絮等雜物堵塞,具體情況如圖2所示。由于變壓器散熱器被堵塞,變壓器散熱器的散熱效果降低,因此變壓器頂層油溫升的測量值明顯高于變壓器頂層油溫升的計(jì)算值。
[0032] 本發(fā)明的主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)是根據(jù)油浸式變壓器運(yùn)行環(huán)境溫度、負(fù)荷電流、溫升試驗(yàn)提供的溫升數(shù)據(jù)等參數(shù)計(jì)算出油浸式變壓器頂層油溫升的計(jì)算值,并與變壓器頂層油溫升的測量值進(jìn)行比較,如果存在較大偏差,則判定變壓器處于異常狀態(tài)。這一方法可以對油浸式變壓器內(nèi)部發(fā)
熱異常和散熱系統(tǒng)異常實(shí)現(xiàn)在線監(jiān)測,完善了油浸式變壓器在線監(jiān)測的方法。