变压器热路模型和负荷智能控制技术研究

宋晓冬

摘要：本文主要提出对变压器顶层油温及绕组热点温度计算热路模型，该方法主要研究核心为变压器自身传热全过程，以此为基础构建完善的模型。充分构建变压器智能化控制平台，精细化实际测量及计算最终数据，提供变压器实际增容合理参依据，进一步避免因增加容量产生的一系列风险，且充分结合变压器正式运行状况，灵活性实现控制冷却器投切，降低变压器自身实际运行功耗。

关键词：变压器;热路模型;负荷;智能化控制技术

电力系统运行质量十分关键，变压器作为电力系统核心构成，其自身实际容量决定整个电网自身输电能力，但当下我国变压器正常容量基本低于额定容量，设备资源难以实现物尽其用的目标。变压器自身容量大小主要取决于内部绝缘材料使用年限，影响绝缘材料寿命关键是变压器自身最热点温度。若可对变压器自身参数进行动态化监测，可预测当下负载下变压器内部最热点温度，提高变压器自身运行容量及效率。

一、电力变压器内部温度不同测量计算方法

1、间接测量法

光纤温度传感器凭借自身较强的抗干扰能力、可靠性及绝缘性，适用于测量其内部热点温度，变压器设计绕组不同部位增设相应的传感器，动态化测量热点温度。但选用此种测量方法对变压器自身绝缘绕组水平要求较高，若埋设光纤探头较多，易引发绝缘方面的不足;若探头不足难以精准性测量实际热点温度数值，当下使用频次较高的为间接测量法。其主要应用原理为通过计算数据方法，最终精准性计算绕组热点温度，其具体实践中又包含多个计算方法。

2、数值计算法

数值计算方法主要实践原理为以流体力学、传热学为核心导向，进一步分析变压器内油和绕组间对流换热的相关问题，通过解答相应的微分方程组最终获取相应的热点温度。该实际计算方法主要将板牙器内绕组周围进一步转变为简易的二维方程组，联合应用计算机软件求解最终获取变压器绕组热点数值及其存在的精准部位。该方法具体实践过程中，需确保变压器自身结构参数，且整个计算体量较大，适用于科研定性研究。

3、热路模型计算法

变压器因厂家、型号不同最终实际制造工艺存在较大的差异性，处于箱体内多个复杂条件下产生涡流实际耗损数值不尽相同，从而导致变压器热点温度大小不一，需充分结合实际状况，合理化选取计算方法最终获取相关数据。若单一性获取实际热点数值，不仅需耗损较长时间，而且适应范围有限，难以获取较佳的成效，充分借力热路模型法求取相应的热点温度，不仅可吻合工程精度要求，而且使用范围较大，最终应用成效较佳。热路模型计算法主要是将变压器内部传导全过程视为一个模型，对电路模型进行分析较为简易，选取此种方式可获取计算热点温度公式，整个过程计算较为简易，需参量较少。需强调的是，模型自身精准性与最终获取数值可靠性成正相关，正式计算过程中需充分保证模型构建的精准性及可靠性[1]。

二、基于平均油温计算变压器热点温度热路模型构建

充分分析上述获取变压器热点温度方法，对其原有整个模型构建进行优化改进，由于变压器箱体自身均壁温处于实际传热过程中并未与模型传热规律相吻合，但为精准性计算外界自然环境对变压器内部热量传递产生的干扰，可建议选取变压器油温度视为参考量，主要原因为：①变压器油自身均温度可动态化反应变压器自身内部温度整体水平，且相适应热路模型传热特征规律;②平均油温是变压器出厂之前试验中必测项目之一，加

设该参数可进一步获取热路模型中热阻数值;③充分利用均油温可获取变压器油处于油管、散熱器实际热阻数值;④平均油温处于具体试验中较为接近变压器箱体表面温度，可充分利用该参数求解变压器箱体散热热阻。

三、变压器负荷智能控制方法评估

随着电网规模建设持续性扩大，输电线路负载显著增加，因其负荷增加对电路增容研究愈发普遍，变压器作为输变电关键设备之一，为从本质实现变压器负荷智能化控制，加大增容技术开发和研究至关重要。

1、变压器增容运行可行性研究分析

进一步增加运行负载电流，变压器热耗损会有效增加，该过程中需向外界分散更多的热量，变压器设计过程中最大散热容量需充分结合额定负载考量，变压器若超过自身额定工作负荷运行时，若仍依照相关额定散热容量进行计算，现场工作人员必定会判定内部过热引发危险。即便变压器处于额定负载下运行，因输电线路运行中受影响因素较多，也可能存在发生故障的风险，若变压器所在双回线路或整个输电环网出现故障，变压器自身需承载2倍容量运行，仍可能存在内部过热风险。所以变压器增容运行或线路故障条件下，调度部门难以对变压器实际负载进行监控，为保证线路运行安全性，国内多个变压器均低于额定容量运行。若综合性考量环境对变压器内部散热的促进影响，多种状况下可保证变压器长周期过载运行，需科学、合理做好变压器评估方法，更是实现变压器增容基础保证[2]。

2、变压器动态增容检测技术

结合我国相关规范及要求，电力变压器增容实际运行过程中，其内部温度数值需充分不超过限制数值，进一步确保变压器自身运行可靠及安全。结合规范中对过负载运行基本要求的最低温度限值，顶油温度、热点温度分别需控制于105oC、140oC作为变压器增容运行评估方法限定温度。综合性考量变压器内部局部过热不良影响，充分增设线油温差指标，合理化设定其数值。采取强有力的措施动态化监测环境温度、风速等相关数据信息，联合热路模型计算基于变压器运行条件下，自身顶油温度、热点温度等数值，综合性评估判定变压器增容实际运行能力[3]。

结束语

通过对环境、负载等多方面因素的综合性考量，借力热路模型精准性计算最终变压器实际内部温度数值，为运行中变压器在线监测提供强有力的支撑，促使其可吻合人们用电需求。本系统主要基于变压器运行可靠性层面，对变压器冷却器实现智能化、动态化控制，提高设备利用率，获取良好的经济效益。

参考文献：

[1]罗汉武，来文清，姜国义，等.油浸式变压器热路模型的修正及实验验证[J].高压电器，2019，55（1）：6.

[2]张宗军，李建明，赵海滨，等.Vv不共轭式接线牵引变压器的热路温升模型[J].变压器，2019，56（12）：5.

[3]杨永祥，朱远成，钱涛涛，等.多因素驱动的配电变压器时变故障失效模型及应用[J].智能电网（汉斯），2019，9（6）：10.