变压器温升及其对绝缘老化影响的研究

论文摘要

变压器是电力系统中最重要和最关键电气设备之一,其运行的安全可靠性直接关系到电力系统的安全与稳定,绝缘状态是变压器寿命决定性因素,而温度是影响绝缘状态的主要因素,尤其是变压器热点温度。因此研究变压器内部温升及其对绝缘老化的影响,对变压器的运行管理和寿命评估具有积极意义。论文研究了变压器内部温升计算方法,变压器实际使用寿命估算方法,以及热特征参数对温升和绝缘等值老化结果的影响。基于热电类比原理,将变压器内部热传递过程转换成易于求解的热路模型,建立了变压器顶层油温热路模型和热点温度热路模型,推导了顶层油温度和热点温度的微分方程,并基于IEC60076-7推荐的指数方程解法,得到了一种变压器内部温度计算方法,计算结果能与实测值很好的吻合,尤其是在负荷增加阶段,与实测值基本一致。在顶层油温热路模型和热点温度热路模型的基础上,建立了简化的热点温度热路模型,推导了热点温度与环境温度和负载系数的直接关系表达式,计算结果基本与实测值吻合。根据收集的变压器负荷和环境温度数据,形成典型负荷和典型环境温度。基于IEEE绝缘等值老化计算模型,建立了一种变压器实际使用寿命预测方法,该方法考虑了负荷和环境温度的变化,对变压器实际使用寿命进行50次计算,并利用威布尔分布对结果进行分析,得出最大概率的实际使用寿命值；考虑负荷逐年增长和气温升高的影响,预测了在这种条件下的变压器实际使用寿命。当平均负荷小于额定负荷,而且实时负荷超过额定负荷的次数很少时,实际使用寿命远大于设计使用寿命；但如果频繁超过额定负荷,虽然平均负荷小于额定负荷,负荷过冲会造成变压器温度急剧升高,加速变压器绝缘老化。研究了用于变压器内部温升和绝缘等值老化时间计算的热特征参数的物理意义,分析了热特征参数取值对计算结果的影响。以热特征参数在推荐值±10%的波动范围为例,利用蒙特卡洛法分别对常规负荷和高负荷的运行情况进行数据分析,研究热特征参数选取推荐值对结果精确度的影响。在常规负荷下,采用推荐值能基本满足估算精度要求；但是在高负荷下,推荐值与实际值的误差将给最终的计算结果带来更大的误差,如果需要得到较精确的结果,需通过温升试验进一步确定热特征参数实际取值。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 本课题研究的目的和意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.3 本课题主要研究内容
• 第2章 变压器内部热传递及绝缘老化机理
• 2.1 变压器冷却方式及热传递过程
• 2.1.1 变压器冷却方式
• 2.1.2 变压器内部热传递过程
• 2.2 变压器温度分布及限制
• 2.2.1 变压器温度分布
• 2.2.2 温升限值
• 2.3 温度对绝缘老化的影响
• 2.4 小结
• 第3章 变压器内部温升计算方法研究
• 3.1 热电类比原理研究
• 3.1.1 热电类比法
• 3.1.2 非线性热阻表达式推导
• 3.2 变压器内部温升计算模型
• 3.2.1 负载导则推荐的指数方程计算方法
• 3.2.2 基于热路的变压器内部温升计算模型
• 3.2.3 实例分析与验证
• 3.3 基于热路的热点温度简化计算模型
• 3.4 小结
• 第4章 基于等值老化的变压器绝缘寿命研究
• 4.1 绝缘等值老化计算模型
• 4.2 典型运行条件模拟模型
• 4.2.1 典型负载系数模拟
• 4.2.2 典型环境温度模拟
• 4.3 基于等值老化的变压器绝缘寿命评估
• 4.3.1 变压器绝缘等值老化计算
• 4.3.2 基于威布尔分布的评估结果分析
• 4.3.3 变压器绝缘失效时间分析
• 4.4 小结
• 第5章 温升及绝缘等值老化热特征参数研究
• 5.1 热特征参数物理意义
• 5.2 热特征参数对计算结果的影响
• 5.2.1 热特征参数对温升计算的影响
• 5.2.2 热特征参数对绝缘等值老化计算的影响
• 5.3 基于蒙特卡洛法的热特征参数分析
• 5.4 小结
• 结论
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文及科研成果