[发明专利]一种确定油浸式变压器热特性参数的方法

摘要

本发明公开了一种确定油浸式变压器热特性参数的方法，包括以下步骤：获取变压器相关结构及物性参数、借助基于动量守恒及能量守恒的全局油路热模型及绕组区域热模型计算顶层油温升及绕组平均温升、利用双对数线性回归模型对反映负载率与温升关系的个性化热参数油指数及绕组指数进行解析计算。本发明方法考虑了大负荷对非线性热参数的影响，提出了一种油指数及绕组指数的修正计算方法，有助于过负载下更准确地阐述油浸式变压器内部温升的变化规律。

主权项

1.一种确定油浸式变压器热特性参数的方法，其特征在于，包括确定油指数和确定绕组指数；所述确定油指数的方法为：(1)令所述油浸式变压器顶层油温升ΔT_top计算模型为：式中，ΔT_top,R为额定负载下顶层油温升；R为额定负载下负载损耗与空载损耗之比；n为油指数，用来描述顶层油温升随负载的变化趋势；I_pu为负载系数，T_top为顶层油温，T_amb为环境温度；(2)利用双对数线性回归模型对油指数n进行回归估计，如下：式中，令利用最小二乘法辨识参数n，即：式中，j为样本个数，i为标号；X_i表示第i个的计算值，Y_i表示第i个的计算值；为经过最小二乘法辨识计算后得到的油指数；所述确定绕组指数的方法为：(1)令所述油浸式变压器绕组的平均温度梯度g计算模型为：式中，g_r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；I_pu为负载系数，T_w为绕组平均温度，T_top为顶层油温，T_bom为底层油温；(2)利用双对数线性回归模型对绕组指数m进行回归估计，方法与确定油指数的方法中第(2)步相同；上述方法中，所述顶层油温T_top，绕组平均温度T_w和底层油温T_bom的求取方法，包括步骤1：获取所述油浸式变压器结构及物性参数，包括冷热芯高位差Δh、绕组高度h_w、散热器高度h_r、绕组竖直油道热工水力直径D_w、散热器油道热工水力直径D_r、油比热容c_oil、空气比热容c_air，油密度ρ_oil、空气密度ρ_air、油热膨胀系数β_oil、绕组沿程阻力系数f_w、散热器沿程阻力系数f_r、散热器总传热系数U、绕组表面传热系数u_w、绕组区域流通面积A_w、散热器流通面积A_r、散热器有效散热面积A_R，绕组与油流圆周方向接触表面积A_s、温差指数λ、环境温度T_amb；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G_w、散热器油流体积流量G_r、顶层油温T_top、底层油温T_bom和绕组平均温度T_w；所述油浸式变压器内部为单循环，G_w＝G_r；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，g_a为重力加速度，S为冷却循环面积，S＝Δh(T_top‑T_bom)+h_r[T_top‑T_bom‑ΔT_lm‑0.5(T_top‑T_amb)]，其中，ΔT_lm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Q_w等于其周围油流吸收的热量，即Q_w＝ρ_oilc_oilG_w(T_top‑T_bom)；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T_oil‑T_air＝Ce^‑λh，式中，T_oil、T_air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Q_w产生的热量将通过油流全部传输至外界空气，即Q_w＝UA_R(T_oil‑T_air)＝UA_RCe^‑λh；其中，Q_w,R为所述油浸式变压器的额定负载损耗；5)选定标准大气压下油浸式变压器运行时的环境温度作为参考温度。