变压器绕组温度场的二维数值计算
2D Numerical Calculation of Temperature Field of Winding in T ransfor mer
傅晨钊,汲胜昌,王世山,李彦明
(西安交通大学电气工程学院,西安710049)
摘 要 分析变压器绕组的热源和散热条件,应用传热学和流体力学的原理建立其温度场和绝缘油流场的有限元方程,并确定了边界条件。得到绕组温度场和绝缘油流场的分布,并与实测温度值进行了比较,误差均在1K范围内,证明了此方法的正确性。
Abstr act This paper analyzed the heat sour ces and t he ther mal disper sion conditions of tr ansfor mer winding.T he finit e element equa tions of temperat ur e field and flow field were built by ther modynamics and hydrodynamics pr inciple. At the sam e time,boundary conditions wer e confirmed. The temper ature dist ribution and flow distr ibution were giv-en by solving the equations.The compar ison between t he calculated r esults and measur ed r esults shows the agree-ment:T he differ ence was less than1K.It was ver ified that the temper atur e distr ibution and flow distr ibution could be solved by this method.
关键词 变压器 绕组 温度场 有限元
Key words tra nsformer winding temperat ur e field fi-nite element
中图分类号 TM83 文献标识码 A
0 前 言
变压器绕组温升的分析和计算对产品的研制开发和运行维护十分重要。传统的平均温升概念不能全面准确反映绕组的真实状况。本文应用传热学和流体力学的原理建立绕组温度场和绝缘油流场的有限元方程,通过数值计算求出各点的温度和绝缘油流动的状况,得到整个变压器绕组的温度场分布。
1 变压器绕组的热源和散热分析
1.1 变压器绕组的热源
为集中研究绕组的温度场分布,制作的小型变压器绕组实体模型中无铁心,长方环氧箱体。变压器绕组的热源主要是绕组的电阻和绕组内部的涡流损耗,其表达式为:
P=P R+P WL=I2R+P WL
其中,I、R、P WL分别为变压器绕组的电流、电阻和涡流损耗。计算中,单位热源q=P/V,P为测量得到的有功损耗;V为绕组体积。
1.2 变压器绕组的散热分析
变压器绕组的散热主要是对流换热,包括箱壁外侧与外界空气的自然对流散热和油流与箱壁内侧和绕组的强制对流散热。
对流散热主要取决于两者之间的温差、对流换热系数和换热面积。由于箱壁的几何形状比较规则,自然对流换热系数A1采用均值对计算结果影响不大。A1由下式得到[1]:
A1=C(K/H)(Gr m P r)n,
其中,H为箱壁高度;Gr m为葛拉晓夫数;P r为普朗特数;C和n为常数;K为空气导热系数。
由于受许多因素的影响,如油的物理特性、绕组的生热率和几何形状、各绕组的空间位置、边界条件和油的流动方式等,油流与绕组的强制对流散热相对复杂一些,其中各绕组的空间位置决定了它们和油之间的A1相差很大,不能用均值近似。油的流动方式决定了换热的效果,可分为层流和湍流,两者流动状态和换热效果相差较大,须通过雷诺数R e判断:
R e=Q T L c/L,
其中,Q为流体密度;T为流体流速;L c为特征尺寸;L 为流体绝对粘度。当R e<2300时,流动方式为层流;超过时为湍流。
由此可知,必须将变压器绕组温度场和绝缘油流场问题联立,方可得到理想结果。
2 求解的微分方程和边界条件
首先进行4点假设:
1)稳态:当发热与散热达到热平衡时,绕组及油的温、速度分布不随时间变化;
2)常数:油的物理特性,如动力粘度、密度、比热恒定不可压缩;
3)绕组的发热是唯一热源,且单位时间单位体积发热量为常数,传热系数均匀;
4)外界空气温度恒定:油的流动和散热,其温度场和速度场受质量、动量和能量传递的共同支配,由下列方程组描述[2~3]:
a.连续性方程 5u/5x+5T/5y=0,
b.x方向的动量微分方程
Q(u
5u
5x
+T
5u
5y
)=F x-
5p
5x
+L(
52u
5x2
+
52u
5y2
), c.y方向的动量微分方程
Q(u
5T
5x
+T
5T
5y
)=F y-
5p
5y
+L(
52T
5x2
+
52T
5y2
),
?
10
? May.2002 HIGH VOLTAGE ENGINEERING Vol.28No.5
Q c p (u 5t 5x +T 5t 5y )=K 1(52
t 5x 2+52
t 5y
2)。
其中,u 、T 为单位体积油x 和y 方向上的速度分量;c p 为油的比热;K 1为绕组的导热系数;t 为单元体积油的温度;p 为单元体积油的压强;F x 、F y 为单元体积油所受的x 和y 方向上力的分量;L 为流体绝对粘度。 由于温度场和流场联立迭代求解,边界条件由温度场边界条件:
-K 2(5t /5x +5t /5y )=A 1(t -t a ),-K 1(5t /5x +5t /5y )=q ,
:
T =T
0,p =p 0,T =0,u =0,组成,其中K 2为箱壁的导热系数;A 1为空气与箱壁外
侧之间的自然对流换热系数;t a 为外界空气的温度;q 为绕组的生热率。T 0为油的入口初始速度;p 0为出口的压强;u 、T 为静止壁面(包括箱壁内侧和绕组在与油接触的地方)表面的单元体积油x 和y 方向上的速度分量。
求解过程是先将温度场和流场离散为若干单元上节点的自由度,再将a 、b 、c 、d4式转化为相应的变分问题,引入上述边界条件后,采用交叉迭代法求解。首先假定流体的速度、温度与绕组的温度序列,计算出箱壁外侧与外界空气的自然对流散热量和箱壁内侧、绕组与油流的强制对流散热量的总和(即总散热量)与总的生热量比较,若两者不等,则修正所设的流体速度、温度序列与绕组的温度序列初值,重新计算总散热量,直到与总生热量相等。这时的温度和速度序列即为欲求的温度场和流场。3 算 例
3.1 变压器绕组的2D 有限元模型
前述小型变压器绕组无铁心,实体模型,长方环氧箱体外壳长1200mm ,宽222mm ,高497mm ;绕组19个,每个长400mm ,宽194mm ,高17.4mm ;水平油道20个,每个高7.9mm ;竖直油道2个,每
个宽10mm 。因绕组的长m 竖直油道的宽,可近似认为变压器绕组温度场和附近的绝缘油流场在长度方向上均匀,其求解可近似为2D 问题处理。图1为计算温度场和流场作用的变压器2D 有限元模型,其中深色为绕组。3.2 剖 分
剖分直接影响到计算的精度和效率,但剖分单元的数量多少并不等同于计算精度的高低。在同样的数量下,考虑到流动边界层的影响,绕组和箱壁附近及油流的出、入口应加密细剖。算例中采用规则四边形剖分,共27300个单元,27761个节点。图2为
入口附近的单元示意图。
图1 变压器2D 有限元模型 图2 入口附近剖分单元图
3.3 物性参数和边界条件
物性参数油密度821kg/m 3;动力粘性系数5.32829mPa ?s;油导热系数0.107W/(m ?K);油比热2163J/(kg ?K);绕组平均导热系数0.78W/(m ?
K );箱壁与空气换热系数1.2W /(m 2
?K )。
边界条件有:
1)外界空气的温度恒为293K ;(环温为20℃)2)T 0只有y 向分量,且T y =0.297m /s ;3)油的入口温度为334.25K ;4)出口的相对压强为0;
5)静止壁面(包括箱壁与绕组在和油接触的地方)u 、T 均为0。
6)测量所得的整体损耗÷绕组体积,可得绕组单位热源q =1.457×105W /m 3。3.
4 计算结果
将边界条件离散后,代入a 、b 、c 、d 4式转化而成的变分问题,采用交叉迭代法解出整个变压器绕组温度场和绝缘油流场的分布结果分别见图3、4,图3中明暗为温度的高低。可看出,各绕组的温度不同,同一绕组内温度也不同。最高温度位于从下向上数第14绕组内,位置偏右,其值为383.62K 。油的温度最高为370.84K ,出口油温~357.24K 。
图3 变压器温度分布图 图4 变压器流场分布图
?11?2002年5月 高电压技术 第28卷第5期
图4明暗为速度的高低。可看出,对应中上部温度较高的绕组处,油流速度较慢,且此处的油温较高,散热较差。如要降低最高点的温度,可采取加大油的初始流速、降低油的初温、加宽油道等。
3.5 计算结果与实测值的比较
为验证计算结果,进行了温升试验。在变压器绕组上安置了12个温度传感器,考虑到绕组的最高温升位于整个绕组的中上偏右,传感器的位置集中在这一区域,见图5,其中14为由下向上数第14个绕组,7为第7个传感器,奇数号位于绕组对称轴处,偶数号位于对称轴偏右1/4绕组宽度处。
通过传感器可得到所在位置的瞬时温度值。当12个瞬时温度值变化均<0.2K时,认为发热与散热达到热平衡,温度分布不随时间变化,测得的瞬时温度值即为稳态温度值,与计算结果比较(见表1)可看出两者相差在1K范围内,
可满足实际需要。
图5 传感器位置示意图
表1 计算值与实测值的比较K 序号123456789101112
计算值361.85365.94363.89368.76366.01375.33372.40379.24369.82378.84365.46372.92实测值361.21366.17363.05368.97366.78374.69371.86379.85370.26378.08364.52372.34误差0.64-0.230.84-0.21-0.770.640.540.39-0.440.760.940.58
4 结 论
实例计算与实测结果的比较证明变压器绕组传热及附近绝缘油流动的计算可采用2D有限元法,得到整个变压器绕组的温度场分布。这种方法有助于变压器的研制开发和运行维护。
参考文献
1 程尚模编著.传热学.北京:高等教育出版社,19902 陶文铨编著.数值传热学.西安:西安交通大学出版社, 1988
3 孔祥谦编著.有限单元法在传热学中的应用(第三版).
北京:科学出版社,1998
(收稿日期 2001-12-24)
付晨钊 1975年生,博士生,主要从事变压器的设计计算。
(上接第9页)
较高的诊断准确率,可应用于电力变压器的实际故障诊断。
参考文献
1 张建文等.基于模糊数学的变压器故障诊断系统.高电压技术,1998,24(12):6
2 Huang Yann-chang,Yang Hongt zer.Developing a new t ransfor mer fault diagnosis syst em through evolutionar y fuzzy logic.IEEE T rans on PD1997,12(2):761
3 Angeline P J et al.An evolutiona ry algorithm t hat con-str uct s recurr ent neural net works.I EEE Tr ans on Neu-r al Networks,1994,5(1):54
4 线政,严璋.范例推理结合神经网络诊断变压器故障.
高电压技术,2000,26(8):4
5 杨启平,薛五德.基于人工神经网络的变压器故障诊断.
变压器,2000,26(3):33
6 黄鞠明等.BP网络在基于DGA变压器故障诊断中的应用.高电压技术,1996,22(6):21
7 李天云.人工神经网络在变压器故障诊断中的应用.高电压技术,1996,22(4):17
8 Zhang Y,Ding X,Liu Y.An art ificial neur al network appr oach t o transfor mer fault diagnosis.IEEE Tr ans on PD,1996,11(4):1836
(收稿日期 2001-12-10)
臧宏志 1971年生,硕士研究生,从事电力设备故障诊断方面的研究。电话:(0531)2962070
徐建政 1956年生,教授,主要从事电力系统运行与控制研究。
?
12
? May.2002 HIGH VOLTAGE ENGINEERING Vol.28No.5
附录 A (资料性附录) 变压器光纤测温装置测温点布置典型示例 A.1 概述 光纤温度传感器的安装位置和数量应以尽可能监测到绕组热点温度为目的,并同时对绕组温度分布、顶层油、底层油、铁芯和环境温度实施监测。因此传感器安装位置和数量宜按下述要求执行,也可根据用户具体需求进行安装。 A.2 传感器安装位置和数量要求 按制造方与用户协议,也可以采用不同的布置方式。但由于传感器和光纤均属于易碎器件,因此在确定数量时,要考虑到绕组在工厂制造和在不同运行情况下发生损坏的风险。 光纤温度传感器在110kV(66kV)~330kV(三相三柱式或三相五柱式)油浸变压器上的安装数量见表A.1,分别监测A、B、C三相高低压绕组、铁芯、油的温度。传感器在三相三柱式和三相五柱式变压器的建议安装位置见图A.1和图A.2中的方式。 表A.1 110kV(66kV)~330kV变压器传感器安装数量和监测位置要求
A.1传感器在三相三柱式变压器中的建议安装位置图 传感器在三相五柱式变压器中的建议安装位置图A.2分别监测单相,光纤温度传感器在500kV 及以上单相油浸变压器上的安装数量见表A.2及以上电压等级单相变压器中的500kV高低压绕组、铁芯、油的温度。图A.3为传感器在安装位置。变压器传感器安装数量和监测位置要求表
传感器在单相变压器中的安装方式图A.3 A.3 传感器在绕组热点上的安装绕组高度的区域内的绕组热点位置或者变压器厂商提传感器宜安装在距离绕组顶部1/4 供的绕组热点位置。无特别说明,测点位置不应超出建议的测温区域。相同绕组不同位置的温度测量,可以采用光纤光栅传 感器串的方式实现。 绕组域区置油道布度器垫块高感圈传线组绕: 图A.4 传感器在绕组上的安装位置 A.4 传感器串在绕组轴向温度分布测量上的安装位置 将1串含有8-10个传感器的光纤光栅温度传感器串内置于开好槽的撑条内,传感器在绕组高度上均布以测量绕组轴向上的温度分布,见图A.2或者图A.3中“撑条”标示处。 A.5 传感器在铁芯上的安装位置 铁芯上的光纤光栅温度传感器放置在铁芯顶部,A、B、C绕组上方的对应位置,如图所示,推荐采用光纤光栅传感器串的方式实现。A.5. 铁芯高压绕组 低压绕组传感器 传感器在铁心上的安装位置A.5 图传感器在油中的安装位置A.6 油中传感器的安装位置,可参考《GB 1094.2 电力变压器第2部分温升》。顶层油温安装1-2
变压器用绕组温度计的误差分析 一.概述 随着对变压器运行安全要求的不断提高,绕组温度计(以下简称温度计)作为一种运行监护元件已愈来愈广泛地应用在变压器产品上。虽然一般温度计的使用说明中指出:“温度计内电热元件温度的增加正比于绕组与油箱顶部(油面)温度之差的增加”。严格来说,这一说法是不确切的.因为对不同结构的变压器绕组,虽然可使电热元件内流过的电流与统组负载电流成正比,但由于电热元件与绕组的冷却条件不可能完全相同,这就使得相同的电流变化却不一定在统组和电热元件内引起相同的温度变化,换句话说,在某些情况下,温度计显示的温度可能是“虚假”的.因而有必要对温度计应用的实际情况作一分析. 二.绕组温度计的工作原理 统组温度计是利用“热模拟”(thermalimage)原理间接测量统组热点温度的,其主要组成部分如图1所示.温度计的主要组 成部分:温包、测量波纹管及连接二者的毛细管,组成反映变压器顶层油温的测量系统;电流互感器、电流匹配器及电热元件,组成反映绕组负载电流变化的热模拟部分以及用于补偿环境温度的补偿波纹管. 测量系统中注满一种体积随温度变化的液体,将该系统中的温包置于
油箱顶部,以感应变压器顶层油温,顶层油温的变化,引起测量系统中液体的胀缩,导致测量波纹管的位移。 由电流互感器取得的与负载电流成正比的电流Ip经电流匹配器调整后,Ip变化为Is,加到测量波纹管内的电热元件上,该电流在电热元件上所产生的热量,使测量波纹管在原有位移的基础上产生一相应的位移增量,加大后的位移量经机械放大带动指针转动,从而在仪表上显示出对应负载电流的统组温度. 若通过电热元件的电流Is所产生的热量,使测量波纹管位移变化所带来的温度增量近似等于被测绕组热点温度对变压器顶层油温(即温包放置处油温)之差,则绕组温度计所显示的温度就反映了绕组的热点温度. 图2 三.绕组温度计的误差分析 在变压器的热计算完成以后,需要确定温度计的基准工作点,即所谓“整定”,它是以一定的绕组负载电流为基准,选取电流互感器电流
BWR(WTYK)-04 WINDING TEMPERATURE INDICATOR 一、概述 绕组温度计是一种适用热模拟测量技术测量电力变压器绕组最热点温度的专用监测(控制)仪表。所谓热模拟测量技术是在易测量的变压器顶层油温T O 基础上,再施加一个变压器负荷电流变化的附加温升△T,由此二者之和T=T O+△T即可模拟变压器最热点温度。 本公司研制生产的新型BWR(WTYK)-04绕组温度计有信号报警、冷却器控制和事故跳闸等多项功能,用户可根据实际需要选择使用。该仪表具有良好的防护性能,抗干扰性强,可靠性高,接线安装方便,在户外条件下能正常工作。同时能将变压器绕组温度计信号远传至控制中心,通过XMT(XST)数显仪或计算机系统,实现同步显示、控制变压器绕组温度,确保变压器正常运作。 二、型号说明: B W R - 04 TH 适用于湿热带 开关数目 绕组 温度计 变压器类产品用 输出信号: 1. 直接输出DC(4-20)mA电流信号,也可通过XMT数显仪显示其相应温度同时输出DC(4-20)mA电流信号及DC(0-5)V电压信号; 2. 直接输出端为DC(4-20)mA电流信号,也可通过XST数显仪显示其相应温度同时输出RS-485计算机接口。
BWR(WTYK)-04 WINDING TEMPERATURE INDICATOR 三、产品成套性: 绕组温度计组成有二部分: 1、现场一只嵌装电热元件及BL型电流匹配器的温度控制BWR(WTYK)-04, 如图1所示; 2、中心机房一台遥测控制仪XMT、(XST)。 四、工作原理: 当变压器带上负荷后,如图2所示,通过变压器电流互感器取出与负荷成正比的电流,经电流匹配器调整后,通过嵌装在弹性元件内的电热元件产生热量,使弹性元件的位移量增大。因此当变压器带上负荷后,弹性元件的位移量是由变压器顶层油温和变压器负荷电流二者所决定。则BWR(WTYK)-04指示的温度是变压器顶层油温与绕组对油的温升之和,反映了被测变压器绕组的最热部位平均温度。
关于变压器的油温测量及检查处理法则 曾振华 华东交通大学电气与电子工程学院南昌330013 摘要:变压器的绝缘老化,主要是由于温度、湿度、氧化和油中分解的劣化物质的影响所致。但老化的速度主要由温度决定,绝缘的工作温度愈高,化学反应进行的愈快,绝缘的机械强度和电气强度丧失的愈快,绝缘老化速度愈快,变压器使用年限也愈短。实际上绕组温度受负荷波动和气温变化的影响,变化范围很大。为保证变压器的连续安全供电,变压器必须保证在一定温度下进行因此,对变压器的温度进行实时采集及检查处理,使其维持在一定的范围内,对变压器的寿命有重要的意义。 关键字:变压器温度铂电阻检查处理 1 变压器散热原理分析 变压器在运行时产生的损耗以热的形式通过油、油箱壁和散热器散发到周围的空气中。热量的散发通过导热、对流和辐射三种形式。从绕组和铁心的内部到其表面热量主要靠导热形式散发,从绕组和铁心表面到变压器油中热量主要靠对流的形式散发。散发到变压器油中的热量使油箱中的变压器油温度上升、密度下降、产生热浮力,而变压器油在热浮力的推动下,从油箱上部进人连接油管,通过油管进人散热器。变压器油在散热器中经过和外面空气的热交换,使散热器中的变压器油温度降低,从油箱下部进人连接油管,通过油管重新进入变压器油箱,形成自然循环。变压器的散热量可由式(1)确定: 式中,Ql为单位热负荷;Q为变压器的损耗;F变压器的总散热面积;C1与变压器性本身参数有关的常数;ty即变压器温升。 2 系统硬件设计 电力变压器运行中,对其油温的测量是维护电力变压器安全运行的基础和关键。电力变压器冷却系统的投退和超温报警等都由其安装的温度控制器来实现。 本变压器油温测量系统以MSP430F449为主控制器件,它是TI公司生产的16位超低功耗特性的功能强大的单片机。MSP430单片机内部具有高、中、低速多个时钟源,可以灵活的配置给各模块使用以及工作于多种低功耗模式,大大降低控制电路的功耗提高整体效率。首先,电力变压器油温经过传感器和信号调理电路采集放大为适合A/D转换的电压值。A /D转换器对模拟信号进行采样并转换位数字信号后经MSP430作预处理。借助MSP430 单片机和主机(上位机)之间的串行通信完成人机交互监测,系统框图如图1
1.变压器的温度与周围空气温度的差叫变压器的温升。 2.在变压器寿命上,引起绝缘老化的主要原因是温度。由于变压器内部热量传播不均匀, 故变压器各部位的温度差别很大,因此需要对变压器在额定负荷时,各部分温度的升高做出规定,这是变压器的允许温升。一般油浸变压器采用A级绝缘,最高允许温度105℃。 各部分允许温升为:线圈允许温升65℃。以A级绝缘105℃为基础,当环境温度为40℃时,105℃-40℃=65℃。由于变压器的温度一般比绕组低10℃,故变压器油的允许温升为55℃。为防止油的老化,上层油面的温升不得超过45℃。这样无论周围空气如何变化,只有温升不超过允许值,就能够保证变压器在规定的使用年限内安全运行。 3.变压器上层油温,变压器线圈温度要比上层油温高10℃。国标规定:变压器绕组的极限 工作温度为105℃;(即环境温度为40时℃),上层温度不得超过95℃,通常以监视温度(上层油温)设定在85℃及以下为宜。 变压器异常运行主要表现在:声音不正常,温度显著升高,油色变黑,油位升高或降低,变压器过负荷,冷却系统故障及三相负荷不对称等。当出现以上异常现象时,应按运行规程规定,采取措施将其消除,并将处理经过记录在异常记录簿上。. q0 Q3 }2 `/ P8 U 在正常负荷和正常冷却条件下,变压器上层油温较平时高出10℃以上,或变压器负荷不变而油温不断上升,则应认为变压器温度异常。变压器温度异常可能是下列原因造成的: 1)变压器内部故障。如绕组匝间短路或层间短路,绕组对围屏放电,内部引线接头发热,铁芯多点接地使涡流增大而过热等。这时变压器应停电检修 2)冷却装置运行不正常。如潜油泵停运,风扇损坏停转,散热器阀门未打开。此时,在变压器不停电状态下,可对冷却装置的部分缺陷进行处理,或按规程规定调整变压器负荷至相应值。 变压器的温升: 变压器的温度与周围空气温度的差叫变压器的温升。 回答这个问题要提到变压器的允许温升,它的规定和依据? 在变压器寿命上,引起绝缘老化的主要原因是温度。由于变压器内部热量传播不均匀,故变压器各部位的温度差别很大,因此需要对变压器在额定负荷时,各部分温度的升高做出规定,这是变压器的允许温升。一般油浸变压器采用A级绝缘,最高允许温度105℃。各部分允许温升为: 线圈允许温升65℃。以A级绝缘105℃为基础,当环境温度为40℃时,105℃-40℃=65℃。由于变压器的温度一般比绕组低10℃,故变压器油的允许温升为55℃。 为防止油的老化,上层油面的温升不得超过45℃。这样无论周围空气如何变化,只有温升不超过允许值,就能够保证变压器在规定的使用年限内安全运行。 一般变压器的主要绝缘是A级绝缘,规定最高使用温度为105度,变压器在运行中绕组的温度要比上层油温高10—15度。如果运行中的变压器上层油温总在80-90度左右,也就是绕组经常在95-105度左右。 如果变压器长时间在温度很高的情况下运行,会缩短内部绝缘纸板的寿命,使绝缘纸板变脆,容易发生破裂,失去应有的绝缘作用,造成击穿等事故;绕组绝缘严重老化,并加速绝缘油的劣化,影响使用寿命。所以能避免高温尽量避免,实在不行,时间也不宜太长。
一、概述 绕组温度计是一种适用热模拟测量技术测量电力变压器绕组最热点温度的专用监测(控制)仪表。所谓热模拟测量技术是在易测量的变压器顶层油温T O 基础上,再施加一个变压器负荷电流变化的附加温升△T ,由此二者之和T=T O +△T 即可模拟变压器最热点温度。 本公司研制生产的新型BWR (WTYK )-04绕组温度计有信号报警、冷却器控制和事故跳闸等多项功能,用户可根据实际需要选择使用。该仪表具有良好的防护性能,抗干扰性强,可靠性高,接线安装方便,在户外条件下能正常工作。同时能将变压器绕组温度计信号远传至控制中心,通过XMT-288数显仪或计算机系统,实现同步显示,控制变压器,确保变压器正常运作。 二、型号说明: a)输出信号 A —直接输出DC (4-20)mA 电流信号,也可通过XMT-288数显仪显示其相应温度同时输出DC (4-20)mA 电流信号及DC (0-5)V 电压信号; V —直接输出DC (0-5)电压信号; RS —直接输出端为DC (4-20)mA 电流信号,也可通过XMT-288数显仪显示其相应温度同时输出RS-485计算机接口。 三、产品成套性: 绕组温度计组成有三部分: 1、现场一只嵌装电热元件的温度计BWR (WTYK )-04,如图1所示; B W R - -□ □ TH 适用于湿热带 输出信号a) 开关数目 绕组 温度计 变压器类产品用
2、现场一只BL型电流匹配器,如图1所示; 3、中心机房一台遥测控制仪(XMT-288)。 四、工作原理: 当变压器带上负荷后,如图2所示,通过变压器电流互感器取出与负荷成正比的电流,经电流匹配器调整后,通过嵌装在弹性元件内的电热元件产生热量,使弹性元件的位移量增大。因此当变压器带上负荷后,弹性元件的位移量是由变压器顶层油温和变压器负荷电流二者所决定。则BWR(WTYK)-04指示的温度是变压器顶层油温与绕组对油的温升之和,反映了被测变压器绕组的最热部位平均温度。 电流匹配器是一种电流变换装置,它的作用是为BWR(WTYK)-04提供工作电流.从变压器的电流互感器输出的电流经电流匹配器变换后,向BWR(WTYK)-04内部的电热元件提供一个可调电流,从而能够达到模拟变压器绕组最热部位温度。 XMT-288仪表具有遥测变压器绕组温度及超温报警等功能。通过BWR
变压器光纤测温装置常见故障及原因分析 发表时间:2018-09-04T14:33:32.047Z 来源:《建筑学研究前沿》2018年第11期作者:程自宽 [导读] 电力系统中,维护电力变压器的正常运行是整个系统可靠供电的基本保证。 特变电工股份有限公司新疆变压器厂新疆昌吉 831100 摘要:变压器绕组温度过高会影响绕组绝缘,并导致变压器绝缘等级下降,减少变压器的运行寿命。光纤测温装置是变压器产品的一种可选配件,可较真实地测量并显示变压器内部测量点的热点温度,为变压器产品的负荷预测、寿命评估和状态评估提供参考数据。变压器是电网一次设备的重要组成部分,变压器的绕组热点温度是决定其绝缘寿命的主要因素。近些年,由于光纤温度传感器具有耐高电压、耐高温、抗强电磁场等优良特性,越来越多地应用到特殊场合的温度测量中。光纤温度传感器种类繁多,其中基于半导体吸收原理的光纤温度传感器由于结构简单、可靠性高、成本较低等特点在近年来的研究中越来越受重视。 关键词:变压器;光纤测温装置;故障;原因 引言 电力系统中,维护电力变压器的正常运行是整个系统可靠供电的基本保证.近年来,我国用电需求快速增长,电力系统发展方向为超高压、大容量.因此,变压器的故障率也随之增加.据相关资料统计,110kV及以上变压器的平均事故率在0.69%以上.尤其是近年来,变压器因过载运行,导致绝缘老化、变压器绕组击穿、烧毁事故率高达75%以上.高压油浸电力变压器的寿命主要取决于固体绝缘(纤维纸)的寿命,温度、水分和氧气是促使其绝缘老化的主要因素.热效应为变压器老化的决定性因素,热点温度的高低决定了变压器的使用寿命.随着光电子技术的高速发展,光纤传感器的诞生为变压器温度测量提供了一种新的技术手段.相对于传统的电信号测量传感器,光纤传感器具有体积小、抗腐抗电磁干扰、耐高温、耐高压等诸多优势,能有效监测电力变压器内部的热点温度.当前最为成熟技术为基于荧光光纤的温度传感器,应用最为广泛的是点式光纤测温产品.该技术最开始从国外进行应用,20世纪80年代,著名的变压器制造厂商如ABB、西门子、东芝的产品上均使用过荧光光纤温度传感器。 变压器的内部温度可以通过以下3种方法获得:热模拟测量法、间接计算法和直接测量法.对于热模拟法,就是通过在变压器中安装热模拟法测温仪表,从而换算出变压器的绕组温度.其优点是经济、冷却系统可以被直接启动.但是,该方法准确性差,测量温度有一定的时差性.在法国电网中,该方法已经被停止使用.间接计算法,就是根据假设的变压器热模型,结合各国的实用经验、国际电工委员会的IEC345-1991标准和我国的GB/T15164-1994《油浸式电力变压器负载导则》标准,推导出热点温升计算公式,具有一定的精度,具有经济、简便、实用性强等特点,但是该方法计算复杂,尤其是由经验得出的计算参数,通用性不强,在变压器现场使用时受到限制.且热模法和间接计算法只能求解热点温度值,不能得到热点的具体位置,实际应用过程中具有一定的局限性.直接测量法是在绕组靠近导线部分埋设传感器,然后通过检测仪表获取传感器附近的温度值,它是一种在线检测设备.直接测量法可以实时、准确测量出绕组热点温度;通过及时启动制冷设备,可以避免因变压器绕组过热引发的事故.该方法最典型的应用代表为荧光光纤温度传感器和半导体光纤温度传感器。 1.概述 光纤测温装置主要由内部光纤、贯通板及贯通器、贯通器防护罩、外部光纤、光纤测温主机及主机控制箱等组成,整体安装结构如图1所示。光纤测温装置结构及操作复杂、精细,使用和装配过程中经常发生损坏故障,笔者对我公司近几年来发现的问题进行了汇总。 图1 整体结构图 2故障情况及原因分析 2.1光纤测量不通 (1)发现光纤探头损坏见图2,光纤探头受力开裂,其内部材料已膨胀出来,清晰可见(见图2中标识位置),测量结果显示光纤不
变压器的温升计算方法探讨 1 引言 我们提出工频变压器温升计算的问题,对高频变压器的温升计算也可以用来借鉴。工频变压器的计算方法很多人认为已趋成熟没有什么可讨论的,其实麻雀虽小五脏俱全,再成熟的东西也需要不断创新才有生命力。对于一个单位的工程技术人员来讲温升计算问题可能并不存在,温升本身来源于试验数据,企业本身有大量试验数据,温升问题垂手可得,拿来主义就可以了,在本企业来说绝对有效,离开了本企业也带不走那么多数据。但冷静的考虑一下,任何一个企业不可能生产全系列变压器,总会有相当多的系列不在你生产的范围内,遇到一些新问题,只能用打样与试验的方法去解决,小铁心不在话下,耗费的工时与材料都不多,大铁心耗费的铁心与线材就要考虑考虑了。老企业可以用这样简单的办法去解决,只不过多花费一些时间罢了,一个新企业或规模不大的企业,遇到这些问题要用打样与试验的方法去解决,就耗时比较多了,有时候会损失商机。进入软件时代,软件的编写者如不能掌握这一问题,软件的用户将会大大减少。下面就温升的计算公式进行探讨,本文仅提出一个轮廓,供大家参考。 2 热阻法 热阻法基于温升与损耗成正比,不同磁心型号热阻不同,热阻法计算温升比较准确,因其本身由试验得来,磁心又是固定不变的,热阻数据由大型磁心生产厂商提供。有了厂家提供的热阻数据,简单、实用何乐而不为。高频变压器可采用这一方法。而铁心片供应商不能提供热阻这一类数据,因此低频变压器设计者很难采用。热阻法的具体计算公式如下: 式中, 温升ΔT(℃) 变压器热阻Rth(℃/w) 变压器铜损PW(w) 变压器铁损PC(w) 3 热容量法 源于早期的灌封变压器,由于开放式变压器的出现这种计算方法已被人遗忘,可以说是在考古中发现。这种计算方法的特点是把变压器看成是一个密封的元件,既无热的传导,也无热的辐射,更无热的对流,热量全部靠变压器的铁心、导线、
变压器温度计相关知识 由于变压器的使用寿命取决于它的绕组温度,绕组温度对绝缘材料起着决定性的作用。DL/T 572—1995《电力变压器运行规程》规定变压器的上层油温,一般不得超过95℃。上层油温如果超过95℃,变压器绕组的温度就要超过绕组绝缘物的耐热强度,从而加速绝缘物的老化。故变压器运行中,一般规定了85℃这个上层油温的界限。 为防止变压器油温过高,加速变压器的老化。故变压器一般安装温度计,油面温度计用来测量变压器油箱上层油温,监视变压器运行状态是否正常。 早期变压器一般只安装一只温度计,最近几年变压器油面温度计一般安装两只,主要对于容量较大的变压器,油箱内空间较大,变压器的发热和散热也是不均匀的,在变压器内不同的区域,温度相差可能较大,为了安全起见,需要较准确地测出变压器的油温,所以有时在变压器的长轴两端各设个信号温度计来检测其油温,以确保变压器更安全地运行。这样也可当其中一只温度计故障,由于一时无法安排停电处理,而无法监测变压器的油面温度。 这一年随着绕组温度计技术成熟,更在在1110kV安装绕组温度计,直接监测绕组温度计。 一、温度计的原理 变压器温度计是用来测量油箱里面上层油温的,起到监视电力变压器是否正常运行的作用。温度计按变压器容量大小可分为水银温度计、压力式(信号)温度计、电阻温度计三种测温方法。 通常800kVA以下的电力变压器箱盖上设有水银温度计座。当欲以水银温度计测量油面温度时,旋开水银温度计水银温度计是膨胀式温度计的一种,水银的冰点是:-38.87℃,沸点是:356.7℃,用来测量0--150℃或500℃以内范围的温度,它只能作为就地监督的仪表。用它来测量温度,不仅比较简单直观,而且还可以避免外部远传温度计的误差。使用水银温度计时应注意以下几点:座上的盖子(运输时防雨用的)在座内注满变压器油,将水银温度计插入进行测量。
1、这里着重介绍油面温度计,因为绕组温度计的温度指示并非真实绕组温度体征,而是通过油顶层温度与电流互感器小信号叠加而成的模拟信号。 2、绕组温度计的信号介绍: B W Y -80 4 A J (TH) 湿热带防护 J、机电一体化、输出(4-20)mA A、铂电阻 开关数量 线性刻度 油面 温度计 变压器 BWY-804AJ(TH)油面温度计:仪表内装有四组可调控制开关,可分别用于变压器冷却系统控制及讯号报警。同时能输出与温度值对应的(4-20)mA电流信号和Pt100铂电阻值,供计算机系统和二次仪表使用。 组成:主要由弹性元件、传感导管、感温部件、温度变送器、数字式温度显示仪组成。由弹性元件、传感导管和感温部件构成的密封系统内充满感温介质,当被测温度变化时,感温部件内的感温介质的体积随之变化,这个体积增量通过传感导管传递到仪表内弹性元件,使之产生一个相对应的位移,这个位移经机构放大后便可指示被测温度,并驱动微动开关,输出开、关控制信号以驱动冷却系统,达到控制变压器温升的目的。通过嵌装在一次仪表内的变送器,输出(4-20)m A标准信号,输入计算机系统和二次仪表,实现无人电站管理使用说明: 1、仪表在运行中必须垂直安放。 2温包安装:使用前必须确认温度计座内注满了油且油面能够完全浸没PT100。 3、温包与表头间的软管必须有相应的固定,间距在300mm为宜。弯曲半径不得小于R100mm。多余的软管应按大于直径Φ200mm盘成圆,固定在变压器本体上。(毛细管内为惰性液体) 4、调整温度表必须在专用设备特定温度下进行。 5、切忌用手随意拨动表指针动作。 常见故障: 1、表盘指针不动作且回零---毛细管内液体泄露,该故障为不可修复故障。 2、数显显示异常:极性接反,变送器故障 绕组温度计的工作原理: 变压器绕组温度计的温包插在变压器油箱顶层的油孔内,当变压器负荷为零时,绕组温度计的读数为变压器油的温度。当变压器带上负荷后,通过变压器电流互感器取出的与负荷成正比的电流,经变流器调整后流经嵌装在波纹管内的电热元件。电热元件产生的热量,使弹性元件的位移量增大。因此在变压器带上负荷后,弹性元件的位移量是由变压器顶层油温和变压器负荷电流二者所决定。变压器绕组温度计指示的温度是变压器顶层油温与线圈对油的温升之和,反映了被测变压器线圈的最热部位温度。 绕组温度计的档位选定: 1、选定档位需要的几个参数:变压器一次额定电流、CT变比、铜油温差 2、计算公式:IP=I*/CT变比,得出二次互感器额定电流.根据铜油温差查曲线得到IS
浅谈变压器主变温度计故障的诊断及处理 摘要:变压器是电力系统中重要而又昂贵的输变电设备,它的工作状态直接关 系到电力系统的安全稳定运行,而变压器温度计(简称温度计)是变电站为掌握变压器运行情况而采用的最经济,使用频率最高的手段。本文作者分析了变压器主变温度计故障原因,并提出处理措施。 关键词:变压器;主变温度计;故障 0、引言 变压器是变电站的核心设备之一,变压器是由铁芯、线圈、油箱、油枕、呼吸器、防爆管、散热器、绝缘套管、分接开关、瓦斯继电器、还有温度计、热虹吸等附件组成。变压器在输配电系统中占有极其重要的地位,它的主要用途是升高电压把电能送到用电地区,再把电压降低为各级使用电压,以满足用电需要。变压器是连接各种电压等级母线的中间环节,一旦发生故障,轻则会造成大面积停电,给工农业生产带来极大的危害,重则会危及整个电力系统的稳定。面对变压器在运行中的各种异常及故障现象,每一个电力运行人员应能作出迅速而正确的判断与处理,尽快消除设备隐患及缺陷,从而保证变压器的安全运行及电力系统的安全稳定。变压器故障以超温为最常见,主变超温往往是变压器各种故障的先兆。我局对主变温度监控非常重视,在每个变电站都建立了主变温度监控档案,以便运行人 员及早发现主变温度异常的问题,同时还结合一些主变超温的处理方法,以防止主 变故障的发生。 1、变压器概述 电力变压器是电力系统中广泛使用的高压电器设备,其在运行的过程中一旦发生故障,极容易影响到整个电力系统的供电质量和稳定性,甚至是可能造成巨大的经济损失。因此在目前的工作中,以充分理解变压器的组成、运行原理并对常见的各种故障出现原因进行分析和诊断十分关键,对保证变压器的正常持续工作有着极为关键和重要的意义。 1.1变压器概念 所谓的变压器就是在工作的过程中利用电磁感应原理来对原有的电流和电压进行改变的一种装置,其在应用的过程中主要的构成有初级线圈、次级线圈以及铁芯等。在变压器的应用中,电压的交换、电流交换以及稳压等功能。 1.2工作原理 变压器是变化交流电压、交流电流的主要器件,当初级线圈中通过有交流电的时候,铁芯或者相关磁芯边会发生反应,产生一定的交流磁通,使得次级线圈在运行中产生感应电压或者电流。变压器通常都是有铁芯和磁芯两个线圈组成,其中还存在着两个或者两个以上的绕组,并通常,人们将其中连接电源的绕组叫做初级线圈、其余的绕组叫做次级线圈。 2、变压器温度计运行原理 变压器温度计有油温表和绕组温度计两种。温度计有两支指针,有实时温度测量的黑色指针,还有指示最高温度的红色指针,红色指针在仪表透镜上与调节钮连接在一起;红色指针为黑色指针走过的历史最高温度。 当温度上升时,黑色指针会推动红色指针,并将其推到最高温度的指示位,当黑色指示针返回的时候红色指针不返回;这样,我们可通过红色指针的读数,得知黑色指针走过的历史最高温度(显示该温度计所达到的最高温度)。 故主变压投运前,应先对指针复位调节时,使红色指针与黑色指针的右侧对
干式变压器绕组温升计算方法分析 傅华强 2003 1发热与散热的平衡—绕组的稳定温升 绕组上的损耗功率是绕组温升的热源,这是比较好算的.而绕组的散热则是一个比较复杂的问题.在绕组内部热量通过传导的方式传到绕组的表面,在表面则通过对流和幅射的方式传到外界环境中去.当绕组的发热与散热达到平衡时,就是绕组的稳定温升。 绕组的散热是一个复杂过程。影响绕组散热的主要因素:绕组温度;绝缘层厚;绕组外包绝缘厚:绕组外包绝缘材料的散热性能;散热气道的宽度和长度;气流速度;铁芯和相邻绕组散热的影响等。因而绕组温升计算随其所用绝缘材料和结构的不同而不同。 2 绕组温升计算的数学模型 绕组的稳定温升一般用一个简化的公式进行计算,不同的结构和绝缘材料的绕组所用系数是不同的。公式运用的温度范围也是有限定的。如: τ= K Q X Q = W/S S=∑ αi S i 式中:τ—绕组温升; K—系数; X—与散热效果有关的系数,散热越好X的值越小; Q— 绕组的单位热负荷 W/m2 W—参考温度下的绕组损耗功率 W S— 等效散热面 m2 S i— 绕组散热面 m2 αi— 散热系数 2.1 不同结构型式的变压器所用的计算公式是不同的。 2.2 干式变压器的散热主要是对流和幅射完成的,非包封变压器的传导温升
所占比例很小,因而有些计算公式将层绝缘与外绝缘造成的传导引起的温升计算省略了,有些公式还要加上传导引起的温升,如西欧树脂绝缘干式变压器的计算公式。 2.3 黑体面的热量幅射与绝对温度的4次方成比例的,在一个不大的温度段,对流和幅射对散热的综合影响造成的温升式中系数X—与散热效果有关的系数,散热越好X的值越小.如油浸变压器层式绕组温升X值取0.8,而强迫油循环时X取0.7,饼式绕组X取0.6。一般干式变压器X值取0.8,当温升在80K 左右时,由于温度高时散热效率高,在一些计算公式中X取0.75,因而当温升在100—125K时,X的取值应该再小些。 2.4 当温升范围较大时,用一个计算公式会首尾不能兼顾,需要用两个以上的公式,它们的X值不同,即斜率不同。实际上是由几条直线组成的近似曲线。 2.5 绕组的单位热负荷Q 是指在无遮盖的单位散热面上的功率(W/m2),有气道的散热面,则要确定气道的散热系数。 2.6如果计算所得温升离参考温度很远,由于计算所用绕组损耗功率离实际功率差得太大而误差很大,则应调整计算绕组损耗功率所用的参考温度。 3 确定数学模型的工厂方法 最实用的确定数学模型的方法是通过典型变压器的温升试验。无气道绕组的温升是最基本的,如绕在厚绝缘筒上的外线圈。线圈外部的面积大小就是有效散热面,先算出热负荷Q值,由试验所得温升与Q值在双对数座标纸上打点,最少要有3个试验数据,即可在对数坐标纸上连成一条合理的直线,从这条直线上确定公式的两个系数K和X。 τ= K Q X τ1 K = ———— Q1 X Lgτ2 - Lgτ1Lgτ2/τ1 X =———————— = ———— Lg Q2 - Lg Q1Lg Q2/Q1 式中:
附录A (资料性附录) 变压器光纤测温装置测温点布置典型示例 A.1 概述 光纤温度传感器的安装位置和数量应以尽可能监测到绕组热点温度为目的,并同时对绕组温度分布、顶层油、底层油、铁芯和环境温度实施监测。因此传感器安装位置和数量宜按下述要求执行,也可根据用户具体需求进行安装。 A.2 传感器安装位置和数量要求 按制造方与用户协议,也可以采用不同的布置方式。但由于传感器和光纤均属于易碎器件,因此在确定数量时,要考虑到绕组在工厂制造和在不同运行情况下发生损坏的风险。 光纤温度传感器在110kV(66kV)~330kV(三相三柱式或三相五柱式)油浸变压器上的安装数量见表A.1,分别监测A、B、C三相高低压绕组、铁芯、油的温度。传感器在三相三柱式和三相五柱式变压器的建议安装位置见图A.1和图A.2中的方式。 表A.1 110kV(66kV)~330kV变压器传感器安装数量和监测位置要求
图A.1传感器在三相三柱式变压器中的建议安装位置 图A.2传感器在三相五柱式变压器中的建议安装位置 光纤温度传感器在500kV及以上单相油浸变压器上的安装数量见表A.2,分别监测单相高低压绕组、铁芯、油的温度。图A.3为传感器在500kV及以上电压等级单相变压器中的安装位置。 表A.2 500kV变压器传感器安装数量和监测位置要求
图A.3传感器在单相变压器中的安装方式 A.3 传感器在绕组热点上的安装 传感器宜安装在距离绕组顶部1/4绕组高度的区域内的绕组热点位置或者变压器厂商提供的绕组热点位置。无特别说明,测点位置不应超出建议的测温区域。 相同绕组不同位置的温度测量,可以采用光纤光栅传感器串的方式实现。 图A.4 传感器在绕组上的安装位置 A.4 传感器串在绕组轴向温度分布测量上的安装位置 将1串含有8-10个传感器的光纤光栅温度传感器串内置于开好槽的撑条内,传感器在绕组高度上均布以测量绕组轴向上的温度分布,见图A.2或者图A.3中“撑条”标示处。 A.5 传感器在铁芯上的安装位置 铁芯上的光纤光栅温度传感器放置在铁芯顶部,A、B、C绕组上方的对应位置,如图A.5所示,推荐采用光纤光栅传感器串的方式实现。
变压器的温升计算公式 1 引言 工频变压器的计算方法很多人认为已趋成熟没有什么可讨论的,对于一个单位的工程技术人员来讲温升计算问题可能并不存在,温升本身来源于试验数据,企业本身有大量试验数据,温升问题垂手可得。下面就温升的计算公式进行探讨,本文仅提出一个轮廓,供大家参考。 2 热阻法 热阻法基于温升与损耗成正比,不同磁心型号热阻不同,热阻法计算温升比较准确,因其本身由试验得来,磁心又是固定不变的,热阻数据由大型磁心生产厂商提供。有了厂家提供的热阻数据,简单、实用何乐而不为。高频变压器可采用这一方法。而铁心片供应商不能提供热阻这一类数据,因此低频变压器设计者很难采用。热阻法的具体计算公式如下: 式中, 温升ΔT(℃) 变压器热阻Rth(℃/w) 变压器铜损PW(w) 变压器铁损PC(w) 3 热容量法 源于早期的灌封变压器,由于开放式变压器的出现这种计算方法已被人遗忘,可以说是在考古中发现。这种计算方法的特点是把变压器看成是一个密封的元件,既无热的传导,也无热的辐射,更无热的对流,热量全部靠变压器的铁心、导线、绝缘材料消耗掉。这样引出一个热容量(比热)的概念,就可以利用古人留给我们的比热的试验数据,准确的计算出变压器的温升来。不是所有的变压器都可以利用这一计算公式,唯独只有带塑料外壳的适配器可采用这一方法,这种计算方法准确度犹如瓮中捉鳖十拿九稳。 若适配器开有百叶窗,那就有一部份热量通过对流散发出去,如不存在强迫对流,百叶窗对温升的影响只在百分之三左右。上一代的变压器设计工作者对这一计算方法很熟悉,现在的变压器设计工作者根据此线索,进行考古也会有收获。热容量法的计算模式如下: 式中,温升ΔT(℃)
目录 1.概述 (3) 2.变压器状态监测系统构架 (3) 3.变压器监测装置 (4) 3.1变压器油中溶解气体组分和水分感知 (4) 3.2变压器铁芯接地泄漏电流感知 (5) 3.3变压器振动与噪声感知 (5) 3.4变压器局部放电感知 (6) 3.5变压器绕组温度监测 (7) 3.6在线电能质量监测 (8) 3.7红外、紫外与可见光图像融合感知 (8) 4.变压器在线监测平台目标 (9)
1.概述 变压器是电力系统中重要的也是昂贵的关键设备,它承担着电压变换,电能分配和转移的重任,变压器的正常运行是电力系统安全、可靠地经济运行和供用电的重要保证,因此,必须最大限度地防止和减少变压嚣故障或事故的发生。但由于变压器在长期运行中,故障和事故是不可能完全避免的。引发变压器故障和事故的原因繁多,如外部的破坏和影响,不可抗拒的自然灾害,安装、检修、维护中存在的问题和制造过程中留下的设备缺陷等事故隐患,特别是电力变压器长期运行后造成的绝缘老化、材质劣化等等,已成为故障发生的主要因素。 2.变压器状态监测系统构架 正因为变压器故障的不可完全避免,对故障的正确诊断和及早预测,就具有更迫切 的实用性和重要性,重要用电单位对变压器的状态进行实时监测正在逐渐推广普及。
3.变压器监测装置 变压器主要监测参数如下表所示:序号电气设备监测项目 监测指标 监测技术及特点1 变压器/电抗器油中关键气体组分 H2、CO、CO2、CH4、C2H6、 C2H4、C2H2 气相色谱技术、自 产气,无需载气、免维 2油中微水含量溶解水和RH值薄膜电容微水传感器3中性点泄漏电流泄漏电流特定传感器 4绝缘油介电强度耐压值专利耐压测试探头5振动及噪声监测Vpp、加速度g ICP加速度传感器 6局部放电PPS和幅值HFCT、AE传感器 7套管健康状况相对电容和介损专用套管末屏传感器8套管绝缘油状态油中氢气、水分及压力取油口传感器植入 9本体状态瓦斯监测报警、胶囊泄漏 监测、油温、压力报警 干接点输出 10附件系统冷却机组运行状态风机启停及运行电流 11非电量保护系统变压器常规保护量常规非电量保护输出 3.1变压器油中溶解气体组分和水分感知 图2、新型无载气免维护型油中溶解气体在线感知装置 新型变压器油色谱在线感知系统可实现自动定量循环清洗、进油、油气分离、样品
变压器绕组温度场的二维数值计算 2D N um erical Calcu lati on of T em peratu re F ield of W inding in T ran sfo r m er 傅晨钊,汲胜昌,王世山,李彦明 (西安交通大学电气工程学院,西安710049) 摘 要 分析变压器绕组的热源和散热条件,应用传热学和流体力学的原理建立其温度场和绝缘油流场的有限元方程,并确定了边界条件。得到绕组温度场和绝缘油流场的分布,并与实测温度值进行了比较,误差均在1K范围内,证明了此方法的正确性。 Abstract T h is paper analyzed the heat sources and the ther m al dispersi on conditi ons of transfo r m er w inding.T he finite elem ent equati ons of temperature field and flow field w ere built by ther modynam ics and hydrodynam ics p rinci p le. A t the sam e ti m e,boundary conditi ons w ere confir m ed. T he temperature distributi on and flow distributi on w ere giv2 en by so lving the equati ons.T he comparison betw een the calculated results and m easured results show s the agree2 m ent:T he difference w as less than1K.It w as verified that the temperature distributi on and flow distributi on could be so lved by th is m ethod. 关键词 变压器 绕组 温度场 有限元 Key words transfo r m er w inding temperature field fi2 nite elem ent 中图分类号 TM83 文献标识码 A 0 前 言 变压器绕组温升的分析和计算对产品的研制开发和运行维护十分重要。传统的平均温升概念不能全面准确反映绕组的真实状况。本文应用传热学和流体力学的原理建立绕组温度场和绝缘油流场的有限元方程,通过数值计算求出各点的温度和绝缘油流动的状况,得到整个变压器绕组的温度场分布。 1 变压器绕组的热源和散热分析 111 变压器绕组的热源 为集中研究绕组的温度场分布,制作的小型变压器绕组实体模型中无铁心,长方环氧箱体。变压器绕组的热源主要是绕组的电阻和绕组内部的涡流损耗,其表达式为: P=P R+P WL=I2R+P W L 其中,I、R、P WL分别为变压器绕组的电流、电阻和涡流损耗。计算中,单位热源q=P V,P为测量得到的有功损耗;V为绕组体积。 112 变压器绕组的散热分析 变压器绕组的散热主要是对流换热,包括箱壁外侧与外界空气的自然对流散热和油流与箱壁内侧和绕组的强制对流散热。 对流散热主要取决于两者之间的温差、对流换热系数和换热面积。由于箱壁的几何形状比较规则,自然对流换热系数Α1采用均值对计算结果影响不大。Α1由下式得到[1]: Α1=C(Κ H)(G r m P r)n, 其中,H为箱壁高度;G r m为葛拉晓夫数;P r为普朗特数;C和n为常数;Κ为空气导热系数。 由于受许多因素的影响,如油的物理特性、绕组的生热率和几何形状、各绕组的空间位置、边界条件和油的流动方式等,油流与绕组的强制对流散热相对复杂一些,其中各绕组的空间位置决定了它们和油之间的Α1相差很大,不能用均值近似。油的流动方式决定了换热的效果,可分为层流和湍流,两者流动状态和换热效果相差较大,须通过雷诺数R e判断: R e=ΘΤL c Λ, 其中,Θ为流体密度;Τ为流体流速;L c为特征尺寸;Λ为流体绝对粘度。当R e<2300时,流动方式为层流;超过时为湍流。 由此可知,必须将变压器绕组温度场和绝缘油流场问题联立,方可得到理想结果。 2 求解的微分方程和边界条件 首先进行4点假设: 1)稳态:当发热与散热达到热平衡时,绕组及油的温、速度分布不随时间变化; 2)常数:油的物理特性,如动力粘度、密度、比热恒定不可压缩; 3)绕组的发热是唯一热源,且单位时间单位体积发热量为常数,传热系数均匀; 4)外界空气温度恒定:油的流动和散热,其温度场和速度场受质量、动量和能量传递的共同支配,由下列方程组描述[2~3]: a1连续性方程 5u 5x+5Τ 5y=0, b1x方向的动量微分方程 Θ(u 5u 5x+Τ 5u 5y)=F x- 5p 5x+Λ( 52u 5x2+ 52u 5y2), c1y方向的动量微分方程 Θ(u 5Τ 5x+Τ 5Τ 5y)=F y- 5p 5y+Λ( 52Τ 5x2+ 52Τ 5y2), 1能量微分方程 ? 1 ? M ay.2002 H IGH VOL TA GE EN G I N EER I N G V o l.28N o.5
变压器绕组温度计说明书 BWR(WTYK)-04 WINDING TEMPERATURE INDICATOR 一、概述 绕组温度计是一种适用热模拟测量技术测量电力变压器绕组最热点温度的专用监测(控制)仪表。所谓热模拟测量技术是在易测量的变压器顶层油温T O 基础上,再施加一个变压器负荷电流变化的附加温升△T,由此二者之和T=T O+△T即可模拟变压器最热点温度。 本公司研制生产的新型BWR(WTYK)-04绕组温度计有信号报警、冷却器控制和事故跳闸等多项功能,用户可根据实际需要选择使用。该仪表具有良好的防护性能,抗干扰性强,可靠性高,接线安装方便,在户外条件下能正常工作。同时能将变压器绕组温度计信号远传至控制中心,通过XMT(XST)数显仪或计算机系统,实现同步显示、控制变压器绕组温度,确保变压器正常运作。 二、型号说明: B W R - 04 TH 适用于湿热带 开关数目 绕组 温度计 变压器类产品用 输出信号: 1. 直接输出DC(4-20)mA电流信号,也可通过XMT数显仪显示其相应温度
同时输出DC(4-20)mA电流信号及DC(0-5)V电压信号; 2. 直接输出端为DC(4-20)mA电流信号,也可通过XST数显仪显示其相应温度同时输出RS-485计算机接口。 变压器绕组温度计说明书 BWR(WTYK)-04 WINDING TEMPERATURE INDICATOR 三、产品成套性: 绕组温度计组成有二部分: 1、现场一只嵌装电热元件及BL型电流匹配器的温度控制BWR(WTYK)-04, 如图1所示; 2、中心机房一台遥测控制仪XMT、(XST)。