[发明专利]一种确定牵引变压器绕组指数的方法

摘要

本发明公开了一种确定牵引变压器绕组指数的方法，包括以下步骤：获取牵引变压器相关物性参数、借助绕组区域热模型计算绕组平均温升等待定量、根据绕组平均温升及负荷系数等相关数据利用绕组指数解析模型对绕组指数进行回归计算。相比于IEEE标准推荐的参考值，本发明方法所计算的绕组指数更适用于多倍过负载下牵引变压器热点温升的快速估算，有助于宽泛负载区间下更准确地阐述其温升变化规律。

主权项

1.一种确定牵引变压器绕组指数的方法，其特征在于，包括步骤1：令所述牵引变压器绕组的平均温度梯度g计算模型为：式中，gr为额定负载下绕组平均温度梯度；m为绕组指数，用来描述绕组平均温度梯度随负载的变化趋势；Ipu为负载系数，Tw为绕组平均温度，Ttop为顶层油温，Tbom为底层油温；步骤2：利用双对数线性回归模型对绕组指数m进行回归估计，如下：ln(g/gr)＝2mln(Ipu)式中，令Y＝ln(g/gr)，X＝ln(Ipu)；利用最小二乘法辨识参数m，即：式中，j为样本个数，i为标号；所述绕组平均温度Tw，顶层油温Ttop和底层油温Tbom的求取方法，包括步骤1：获取所述牵引变压器结构及物性参数，包括冷热芯高位差Δh、绕组高度hw、散热器高度hr、绕组竖直油道热工水力直径Dw、散热器油道热工水力直径Dr、油比热容coil、空气比热容cair，油密度ρoil、空气密度ρair、油热膨胀系数βoil、绕组沿程阻力系数fw、散热器沿程阻力系数fr、散热器总传热系数U、绕组表面传热系数uw、绕组区域流通面积Aw、散热器流通面积Ar、散热器有效散热面积AR，绕组与油流圆周方向接触表面积As、温差指数λ、环境温度Tamb；步骤2：联立以下公式及条件，利用Newton‑Raphson法迭代求解绕组区域油流体积流量Gw、散热器油流体积流量Gr、顶层油温Ttop、底层油温Tbom和绕组平均温度Tw；所述牵引变压器内部为单循环，Gw＝Gr；1)稳态条件下绕组竖直油道内的热浮升力与流体阻力达到平衡，如下：式中，ga为重力加速度，S为冷却循环面积，S＝Δh(Ttop‑Tbom)+hr[Ttop‑Tbom‑ΔTlm‑0.5(Ttop‑Tamb)]，其中，ΔTlm为散热器中油流与外界空气的对数平均温差，2)稳态时绕组产生负载损耗Qw等于其周围油流吸收的热量，即Qw＝ρoilcoilGw(Ttop‑Tbom)；3)绕组周围油流吸收的热量等于线圈沿其表面向外对流扩散的热量，即4)油循环达到最终稳态，散热器中油相对空气温升为Toil‑Tair＝Ce‑λh，式中，Toil、Tair分别为沿散热器高度方向h的油流温度及空气温度；C为底部油温和环境温度的差值；绕组负载损耗Qw产生的热量将通过油流全部传输至外界空气，即Qw＝UAR(Toil‑Tair)＝UARCe‑λh；其中，Q_w,R为所述牵引变压器的额定负载损耗；5)选定标准大气压下牵引变压器运行时的环境温度作为参考温度。