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        配電變壓器中熱模型的油溫估計(jì)改進(jìn)

        2018-10-27 10:54:04潘振朱孟兆王善龍喬福泉
        山東工業(yè)技術(shù) 2018年17期

        潘振 朱孟兆 王善龍 喬福泉

        摘 要:本文提出了一種針對(duì)油浸自冷式配電變壓器油溫估計(jì)的方法。同時(shí)提出了一種提高標(biāo)準(zhǔn)IEC 60076-7熱模型可靠性的列文伯格-馬夸爾特算法。并將基于標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)的油溫模型與所提出的模型進(jìn)行了比較。對(duì)從160kVA到800kVA的三個(gè)配電變壓器進(jìn)行了溫度估計(jì)的改進(jìn)。

        關(guān)鍵詞:油溫傳感器;熱模型;配電變壓器

        DOI:10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.17.149

        1 簡介

        在電網(wǎng)服務(wù)連續(xù)性的控制中,配電變壓器起著重要的作用,為了減少配電變壓器替換零件的損耗,很有必要研究一種配電變壓器油溫的檢測(cè)方法。在大多數(shù)檢測(cè)方法中,熱檢測(cè)是最有效的檢測(cè)方法之一,這種方法可以提供有關(guān)老化和過載能力的有效的信息。其中,在檢測(cè)方面,熱點(diǎn)溫度是一個(gè)非常重要的參數(shù)[1]。許多研究人員認(rèn)為熱點(diǎn)溫度是燃料箱頂部油溫升高的總和,以及額定電流對(duì)油頂層的梯度。在這項(xiàng)研究中,微分方程的參數(shù)均取自IEC 60076-7標(biāo)準(zhǔn),這是一種基于列文伯格-馬夸爾特算法的識(shí)別程序,該方法早就用于400kVA油浸自冷式配電變壓器的熱模型參數(shù)估計(jì)。研究發(fā)現(xiàn),估計(jì)得到的參數(shù)與標(biāo)準(zhǔn)的參數(shù)不同,從而提高了最高的油溫估計(jì)。本文中另外一個(gè)重要的問題得到了解決,在標(biāo)準(zhǔn)中,提出的一系列寬功率范圍的單一參數(shù),從而導(dǎo)致了溫度估計(jì)的顯著誤差。在本文中,熱模型的參數(shù)估計(jì)了三個(gè)容量分別為160kVA,400kVA和800kVA的油浸自冷式配電變壓器。本文著重介紹了三種變壓器油溫估計(jì)的改進(jìn)。

        2 變壓器熱模型

        這里描述了利用熱傳遞微分方程來估計(jì)分布式變壓器的油溫隨著時(shí)變的負(fù)載電流和時(shí)變的環(huán)境溫度的變化而變化。其方法是以軟件處理數(shù)據(jù)為基礎(chǔ),以便把油溫定義成時(shí)間的函數(shù)。這種方法特別適用于在線監(jiān)測(cè),特別是對(duì)于負(fù)載簡檔沒有任何限制。當(dāng)傳熱原理應(yīng)用于變壓器的情況時(shí),微分方程只對(duì)直流部分的冷卻是線性的,對(duì)于其他形式的冷卻,冷卻介質(zhì)的循環(huán)率取決于冷卻劑溫度本身。換句話說,如果沒有風(fēng)扇,散熱器的氣流速度取決于它的溫度,而如果有風(fēng)扇,則不會(huì)如此??偠灾诶鋮s過程中,微分方程是非線性的,這意味著頂部油溫的響應(yīng)在負(fù)載電流變化時(shí),不是一個(gè)線性函數(shù)。

        3 使用使用標(biāo)準(zhǔn)IEC 60076-7參數(shù)進(jìn)行油溫估計(jì)

        采用以下容量為160 kVA、400kVA和800kVA的3個(gè)配電變壓器來驗(yàn)證所提出的方法。在每個(gè)油箱頂部10cm處安裝了一個(gè)傳感器,以便測(cè)量油溫。為了調(diào)整負(fù)載系數(shù),在變壓器的前部,連接一個(gè)自耦變壓器,可用的測(cè)量值是三個(gè)二次側(cè)電流,距離變壓器兩米處的環(huán)境溫度和變壓器內(nèi)部的油溫由傳感器提供。安裝Matlab/Simulink的計(jì)算機(jī)連接到數(shù)據(jù)采集DSpace卡[2]。為了得到二次電流,變壓器應(yīng)該提供15760V的電壓側(cè)電壓,這是很難達(dá)到的,較低的一次側(cè)電壓可以使用,這樣會(huì)可能會(huì)造成暫時(shí)的一次側(cè)電流和二次側(cè)電流超過其額定值,由于一次側(cè)側(cè)電壓值比較低,鐵損非常低,熱模型中的參數(shù)會(huì)受到影響。

        在采集輸入的負(fù)載因素和環(huán)境溫度,輸出的測(cè)量油溫之后,Matlab程序?qū)⑹褂脴?biāo)準(zhǔn)IEC給出的參數(shù)對(duì)三個(gè)變壓器的估計(jì)油溫進(jìn)行參數(shù)計(jì)算[3]。在這個(gè)方法中,對(duì)于容量為50kVA到1000kVA的油浸自冷式變壓器,有4個(gè)參數(shù)被認(rèn)為是恒定的,它們分別是油的指數(shù)(x),額定電流負(fù)荷損失與無負(fù)載損耗之比(R),平均油冷卻時(shí)間(t0),在額定損耗下油箱頂部油溫的溫升(Δθ)。

        實(shí)驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)明顯的誤差,這個(gè)誤差的產(chǎn)生是由于采取的IEC標(biāo)準(zhǔn)的參數(shù)是根據(jù)大量的電力變壓器給出的,為了減少這個(gè)誤差,必須使用識(shí)別算法對(duì)每個(gè)變壓器進(jìn)行參數(shù)估計(jì)。

        4 參數(shù)識(shí)別

        列文伯格-馬兒夸克 (LM)算法是一種迭代技術(shù),它定位一個(gè)多變量函數(shù)的最小值,該函數(shù)表示為非線性實(shí)值函數(shù)的平方和。它已成為非線性最小二乘問題的一種標(biāo)準(zhǔn)技術(shù),廣泛應(yīng)用于廣泛的學(xué)科領(lǐng)域。在本研究中,使用LM算法對(duì)參數(shù)進(jìn)行調(diào)整,以盡量減小真實(shí)值和估計(jì)溫度之間的誤差。熱模型有兩個(gè)相同的傳遞函數(shù)輸入,且依賴于模型的輸入,系統(tǒng)的四個(gè)參數(shù)的識(shí)別是非線性的[4]。

        LM算法可以看作是最速下降和高斯-牛頓法的結(jié)合。當(dāng)當(dāng)前的解決方案與正確的方法相差甚遠(yuǎn)時(shí),該算法的表現(xiàn)就像一個(gè)最速下降法:它不是快速的,而是保證收斂的。當(dāng)電流解接近正確的解時(shí),它就變成了高斯-牛頓法。試驗(yàn)中進(jìn)行了大約40種不同的加熱測(cè)試,最終驗(yàn)證了該算法具有參數(shù)識(shí)別的算法速度快,且參數(shù)估計(jì)準(zhǔn)確的特點(diǎn)。

        5 結(jié)論

        本文提出了一種對(duì)電力變壓器油溫進(jìn)行精確估計(jì)的模型。利用列文伯格-馬夸爾特算法確定熱模型參數(shù)。與標(biāo)準(zhǔn)IEC 60076-7參數(shù)的比較中表明,這些參數(shù)必須根據(jù)變壓器功率進(jìn)行調(diào)整。在將來這種溫度檢測(cè)方法可能集成在工業(yè)能量計(jì)中,或者包括電力變壓器的跟蹤損耗在內(nèi)的更大的系統(tǒng)之中。

        參考文獻(xiàn):

        [1]郭偉.淺談電力計(jì)量裝置的故障與檢測(cè)技術(shù)[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用,2014(35):156.

        [2]GB/T15164-1994,油浸式電力變壓器負(fù)載導(dǎo)則[S].

        [3]K.Levenberg,A method for the solution of certain non-linear problems in least squares,Quart.Appl.Math.2(02) (1944):164-168.

        [4]駱光.電力計(jì)量裝置異常原因及監(jiān)測(cè)方法研究[J].中國新技術(shù)新產(chǎn)品,2015(08):59.

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