信息物理融合建模的油浸式变压器空间热路模型研究

With the continuous development of electric power industry, the power transformer is developing towards high voltage and large capacity, and the influence of hot spot temperature on its service life is more prominent. According to the statistics, the monitoring and fault diagnosis of the power transformer operation state can make the annual equipment maintenance costs reduced by 25% ~ 50%, and the outage time decreased by about 75%. At present, the analysis of the transformer hot spot temperature mainly has the technical means such as model analysis and direct measurement, simple model analysis can not reflect the real-time running state of transformer and direct monitoring method is difficult to obtain the hot spot temperature information. Based on the previous studies, the project will use the monitoring information of the key parts in the transformer, combined with the set parameter and distributed parameter circuit modeling method, to carry out the information physics model of oil immersed transformer space thermal circuit. Through the physical information fusion modeling, real-time analysis of transformer hot spot is expected to realize, the basis for the control of transformer load and the data for the prediction of transformer service can provide.

随着我国电力行业的不断建设，电力变压器正向着特高压、大容量的趋势发展，其内部热点温度对其使用寿命的影响更加突显。据统计，对电力变压器运行状态实施监测与故障诊断，可以使每年的设备维护费用减少25%～50%，故障停电时间减少75%左右。目前对变压器热点温度的分析主要有模型分析与直接测量等技术手段，但单纯模型分析难以反应变压器实时运行状态，而直接监测方法又不易获取变压器真正热点位置温度信息。本项目拟在前人研究基础上，利用变压器内部关键部位温度监测信息，结合集总参数与分布式参数热路模型建模方法，开展信息物理融合建模的油浸式变压器空间热路模型研究。通过该信息物理融合建模方法，有望实现变压器热点位置与温度的实时分析，对变压器负载的调控提供依据，并可对变压器使用寿命的预测提供数据支撑。

当前电力变压器朝着特高压和大容量方向发展，变压器内部热点温度对其使用寿命的影响更加明显。本项目研究油浸式电力变压器的热生成和热传导机理，通过探讨变压器绝缘材料的热特性和固液两相耦合面的换热过程，提取了空间热路模型中的热阻、热容等参数，基于这些参数和热电类比原理建立了变压器热点的空间热路模型。研究了边界条件与变压器内部温度场的关系，结合分布参数与集总参数分析方法确定了光纤传感位置。通过监测点测到的信息确定模型的边界条件，实现了监测信息与物理模型的融合分析。最后，对FBG传感器直接监测的绕组温度与模型计算结果进行对比研究。.本项目发现随着负载增大，热点位置高度下降，在额定负载、1.3倍和1.48倍额定负载下热点位置分别在绕组的85.88%、79.85%和75.63%处；研究了绝缘纸的热特性，在70 ℃时，实验计算的接触热阻为0.000575m2·K/W，理论计算的为0.000541m2·K/W，随着温度的升高导热系数升高，接触热阻降低。研究了温度对流换热性能的影响，在21.53~50.83℃范围内，对流传热系数在17.7~20.65 W/(m2K)内近似呈线性增加。结合有限元分析和测温实验数据，对热电类比模型结构与参数进行优化。.通过该信息物理融合建模方法，解决变压器实时运行状态难以问题。对变压器负载的调控提供依据，并可对变压器使用寿命的预测提供数据支撑。