[发明专利]一种风冷变压器上层油温预估方法和系统

权利要求书

1.一种风冷变压器上层油温预估方法，其特征在于，包括：

S1、获取上层油温模型的变压器周边的环境温度变化量Δθ_a、前一时刻的负荷率k₀、负荷率改变量Δk、变压器空载损耗P₀和变压器短路损耗P_k；获取所述上层油温模型的空气侧的等效热阻R_ath、绝缘油侧的等效热阻R_oth和所述变压器内的等值热容C_th；

S2、根据上层油温改变量公式计算所述上层油温改变量Δθ_to，所述上层油温改变量公式为：

其中，x为油指数、dΔθ_to/dt为上层油温改变量变化率；

所述S1中获取所述上层油温模型的空气侧的等效热阻R_ath、绝缘油侧的等效热阻R_oth和所述变压器内的等值热容，包括：

S11、由变压器的上层油温模型获得其对应的热电等值电路；

S12、获取所述热电等值电路中的空气侧的等效热阻R_ath、绝缘油侧的等效热阻R_oth和所述变压器内的等值热容C_th；

所述S11中由变压器的上层油温模型获得其对应的热电等值电路，包括：

将所述上层油温模型中的热泵等效为所述热电等值电路中的电源；

将所述上层油温模型中的热量传递值等效为所述热电等值电路中的电阻值；

将所述上层油温模型中的油温度值等效为所述热电等值电路中的电位；

将所述上层油温模型中的物体的吸热量等效为所述热电等值电路中的电容；

所述S12中获取所述热电等值电路中的空气侧的等效热阻R_ath、绝缘油侧的等效热阻R_oth，包括：

S121、获取所述变压器热量传递至绝缘油的自然换流热阻R_on、传递至绝缘油的强迫换流热阻R_of、不同温度绝缘油相混合对应的热阻R_bt，以及风冷散热中空气自然对流热阻R_an、风冷散热中强迫对流热阻R_af和散热器与空气的辐射热阻R_dr；

S122、根据公式

得到空气侧的等效热阻R_ath和绝缘油侧的等效热阻R_oth；

所述S121包括：

S1211、获取油对流散热面特征长度l_o、等效油对流散热面积A_o、与油温相关的热传导率λ_o(θ_o)、参考油温θ_o、变压器空载损耗P_o、变压器短路损耗P_k、上层油温θ_to和底层油温θ_bo；

并根据公式

得到所述自然换流热阻R_on、强迫换流热阻R_of、不同温度绝缘油相混合对应的热阻R_bt；

S1212、获取空气对流散热面特征长度l_a、空气对流散热面积A_a、参考空气温度θ_a、空气和油的对数平均温差θ_oa、等效辐射面积A_dr；

根据公式

得到所述空气自然对流热阻R_an、强迫对流热阻R_af和辐射热阻R_dr；

其中，q_o、p_o、m_o、n_o和C_o为经验系数；q_a、p_a、m_a、n_a和C_a为经验系数；

Gr_o(θ_o)、Pr_o(θ_o)、Re_o(θ_o)分别为油侧的格拉晓夫数、普朗特数和雷诺数；

Gr_a(θ_a)、Pr_a(θ_a)和Re_a(θ_a)分别为空气侧的格拉晓夫数、普朗特数和雷诺数；

σ为斯特藩-玻尔兹曼常数，ε为黑体的辐射系数，y和x为油混合系数和油指数。

2.一种风冷变压器上层油温预估系统，其特征在于，包括：

模型参数获取装置(1)，用于获取上层油温模型的变压器周边的环境温度变化量Δθ_a、前一时刻的负荷率k₀、变压器空载损耗P₀、变压器短路损耗P_k、负荷率改变量Δk；

等值参数获取装置(2)，用于获取所述上层油温模型的空气侧的等效热阻R_ath、绝缘油侧的等效热阻R_oth和所述变压器内的等值热容C_th；

油温预测计算装置(3)，其与所述上层油温模型参数获取装置、等值参数获取装置连接，用于根据上层油温改变量公式计算所述上层油温改变量Δθ_to，所述上层油温改变量公式为：

其中，x为油指数、dΔθ_to/dt为上层油温改变量变化率；

所述等值参数获取装置(2)包括：

等值电路模拟装置(21)，所述等值电路模拟装置根据所述上层油温模型获得热电等值电路；

获取器(22)，用于获取所述热电等值电路中的空气侧的等效热阻R_ath、绝缘油侧的等效热阻R_oth和所述变压器内的等值热容C_th；

所述获取器(22)包括：

热阻获取器(221)，用于获取所述变压器热量传递至绝缘油的自然换流热阻R_on、传递至绝缘油的强迫换流热阻R_of、不同温度绝缘油相混合对应的热阻R_bt，以及风冷散热中空气自然对流热阻R_an、风冷散热中强迫对流热阻R_af和散热器与空气的辐射热阻R_dr；

热阻计算装置(222)，其与所述热阻获取器连接，用于获取所述热阻获取器中的数据，并根据公式

得到空气侧的等效热阻R_ath和绝缘油侧的等效热阻R_oth；

所述热阻获取器(221)包括：

油侧热阻获取器(2211)，用于获取油对流散热面特征长度l_o、等效油对流散热面积A_o、与油温相关的热传导率λ_o(θ_o)、参考油温θ_o、变压器空载损耗P_o、变压器短路损耗P_k、上层油温θ_to和底层油温θ_bo；并根据公式

得到所述自然换流热阻R_on、强迫换流热阻R_of、不同温度绝缘油相混合对应的热阻R_bt；

空气侧热阻获取器(2212)，获取空气对流散热面特征长度l_a、空气对流散热面积A_a、参考空气温度θ_a、空气和油的对数平均温差θ_oa、等效辐射面积A_dr；根据公式

得到所述空气自然对流热阻R_an、强迫对流热阻R_af和辐射热阻R_dr；

其中，q_o、p_o、m_o、n_o和C_o为经验系数；q_a、p_a、m_a、n_a和C_a为经验系数；

Gr_o(θ_o)、Pr_o(θ_o)、Re_o(θ_o)分别为油侧的格拉晓夫数、普朗特数和雷诺数；

Gr_a(θ_a)、Pr_a(θ_a)和Re_a(θ_a)分别为空气侧的格拉晓夫数、普朗特数和雷诺数；

σ为斯特藩-玻尔兹曼常数，ε为黑体的辐射系数，y和x为油混合系数和油指数。