一种变压器油温调控方法及相关装置
阅读说明：本技术 一种变压器油温调控方法及相关装置 (Transformer oil temperature regulation and control method and related device ) 是由 雷剧璋 张莉珠 张峰 黄湘 郁景礼 郑联国 何嘉良 邓胜初 郑琪 江伟 程登云 于 2021-07-23 设计创作，主要内容包括：本申请公开了一种变压器油温调控方法及相关装置,方法包括：根据变压器基础参数构建变压器基础模型,变压器基础参数包括变压器尺寸、铁芯磁化曲线和绕组匝数；基于变压器基础模型,根据预置负荷预测曲线计算不同时刻变压器产生的损耗热量；依据损耗热量、预置环境热量和预置基础温升计算变压器油温实际总热源；根据总热源调节投入风扇和投入移动式散热装置实现分摊散热,使得变压器油温在预置范围内波动。本申请能够解决现有变压器油散热方法无法实现油温的精准调控的技术问题。(The application discloses a transformer oil temperature regulation and control method and a related device, wherein the method comprises the following steps: constructing a transformer base model according to transformer base parameters, wherein the transformer base parameters comprise the size of a transformer, an iron core magnetization curve and the number of turns of a winding; based on a transformer basic model, calculating the loss heat generated by the transformer at different moments according to a preset load prediction curve; calculating the actual total heat source of the oil temperature of the transformer according to the heat loss, the preset environment heat and the preset basic temperature rise; and adjusting the input fan and the input movable heat dissipation device according to the total heat source to realize apportioned heat dissipation, so that the oil temperature of the transformer fluctuates within a preset range. The transformer oil heat dissipation method can solve the technical problem that the existing transformer oil heat dissipation method cannot realize accurate regulation and control of the oil temperature.)
技术领域
本申请涉及变压器技术领域，尤其涉及一种变压器油温调控方法及相关装置。
背景技术
目前，变压器油温控制方法一方面是利用散热装置进行散热；另外一方面就是运维人员利用红外测温仪器加强变压器特巡。其中散热装置启动的方式有两种一种是根据温度启动，还有一种根据负荷进行启动。基本控制逻辑就是电源供电时，合上控制回路断路器和风扇电机保护开关后，此时串接在控制回路上的开关的辅助触头随其本体一起闭合，将转换开关切换到“温度信号”位置，当变压器油面温度或绕组温度达到规定的信号值时，温控器的接点闭合，控制继电器线圈得电，其风扇电机回路中的常开触头闭合，启动变压器的工作风扇电机。第二种就是负荷启动方式，合上控制回路断路器和风扇电机保护开关后，此时串接在控制回路上的开关的辅助触头随其本体一起闭合，将转换开关切换到“负荷控制”位置，当变压器超过规定负荷时，接点闭合，时间继电器线圈得电，启动变压器的工作风扇电机。
变压器作为变电站内重要电气元件，在电力传输过程中具有重要作用。目前在变压器运维工作中，变压器油温是关注的重点内容，但是调控方法比较简单，例如利用自带的散热装置进行散热，缺点就是从发热结果温度出发，这时启动散热装置，对流散热不会瞬时变化是需要较长时间，因此温度会进一步上升。如果从负荷看，实际负荷中转化为热量比例也是不清楚的，如果负荷低于设定值，但负荷持续时间又很长，散热装置不启动，实际结果来看油温也会很高。而且，现有方式只是投入散热装置，且都是根据经验一刀切，如果散热装置长期投入，那么投入成本高，散热装置长时间运行故障率也高。从实际情况来看，在天热时期，变压器都基本工作在重载甚至过载运行方式下，周围环境温度高，一般的方法很难将温度调控在理想范围内。
发明内容
本申请提供了一种变压器油温调控方法及相关装置，用于解决现有变压器油散热方法无法实现油温的精准调控的技术问题。
有鉴于此，本申请第一方面提供了一种变压器油温调控方法，包括：
根据变压器基础参数构建变压器基础模型，所述变压器基础参数包括变压器尺寸、铁芯磁化曲线和绕组匝数；
基于所述变压器基础模型，根据预置负荷预测曲线计算不同时刻变压器产生的损耗热量；
依据所述损耗热量、预置环境热量和预置基础温升计算变压器油温实际总热源；
根据所述总热源调节投入风扇和投入移动式散热装置实现分摊散热，使得变压器油温在预置范围内波动。
可选的，所述基于所述变压器基础模型，根据预置负荷预测曲线计算不同时刻的损耗热量，之前还包括：
获取电力系统中的预置负荷预测曲线以及预置环境温度参数；
根据所述预置环境温度参数计算预置环境热量。
可选的，所述根据变压器基础参数构建变压器基础模型，所述变压器基础参数包括变压器尺寸、铁芯磁化曲线和绕组匝数，之后还包括：
在开路和短路设定场景下，分别计算所述变压器基础模型在额定参数下的空载损耗热量和短路损耗热量；
根据所述空载损耗热量和短路损耗热量对所述变压器基础模型进行修正处理。
可选的，所述根据所述总热源调节投入风扇和投入移动式散热装置实现分摊散热，使得变压器油温在预置范围内波动，包括：
通过投入风扇和投入移动式散热装置对所述总热源进行分摊散热，得到散热后的变压器油温值；
基于预置温度补偿原理，判断所述变压器油温值是否在预置范围内，若否，则调节所述投入风扇和所述投入移动式散热装置，直至变压器油温在预置范围内。
本申请第二方面提供了一种变压器油温调控装置，包括：
模型构建模块，用于根据变压器基础参数构建变压器基础模型，所述变压器基础参数包括变压器尺寸、铁芯磁化曲线和绕组匝数；
第一计算模块，用于基于所述变压器基础模型，根据预置负荷预测曲线计算不同时刻变压器产生的损耗热量；
第二计算模块，用于依据所述损耗热量、预置环境热量和预置基础温升计算变压器油温实际总热源；
散热调控模块，用于根据所述总热源调节投入风扇和投入移动式散热装置实现分摊散热，使得变压器油温在预置范围内波动。
可选的，还包括：
参数获取模块，用于获取电力系统中的预置负荷预测曲线以及预置环境温度参数；
第三计算模块，用于根据所述预置环境温度参数计算预置环境热量。
可选的，还包括：
第四计算模块，用于在开路和短路设定场景下，分别计算所述变压器基础模型在额定参数下的空载损耗热量和短路损耗热量；
修正模块，用于根据所述空载损耗热量和短路损耗热量对所述变压器基础模型进行修正处理。
可选的，所述散热调控模块，具体用于：
通过投入风扇和投入移动式散热装置对所述总热源进行分摊散热，得到散热后的变压器油温值；
基于预置温度补偿原理，判断所述变压器油温值是否在预置范围内，若否，则调节所述投入风扇和所述投入移动式散热装置，直至变压器油温在预置范围内。
本申请还提供了一种变压器油温调控设备，所述设备包括处理器以及存储器；
所述存储器用于存储程序代码，并将所述程序代码传输给所述处理器；
所述处理器用于根据所述程序代码中的指令执行第一方面所述的变压器油温调控方法。
本申请还提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质用于存储程序代码，所述程序代码用于执行第一方面所述的变压器油温调控方法。
从以上技术方案可以看出，本申请实施例具有以下优点：
本申请中，提供了一种变压器油温调控方法，包括：根据变压器基础参数构建变压器基础模型，变压器基础参数包括变压器尺寸、铁芯磁化曲线和绕组匝数；基于变压器基础模型，根据预置负荷预测曲线计算不同时刻变压器产生的损耗热量；依据损耗热量、预置环境热量和预置基础温升计算变压器油温实际总热源；根据总热源调节投入风扇和投入移动式散热装置实现分摊散热，使得变压器油温在预置范围内波动。
本申请提供的变压器油温调控方法，不仅考虑了负荷的动态变化过程的影响，还着重考虑了环境热量和基础温升的影响；从发热源的角度出发，分析系统整体的热量来源，这样就可以根据实际的总热源定量进行分摊散热，不会存在散热设备的过投入和欠投入情况，并且能够将油温控制在预置范围内波动，实现更加准确，且相对无级的油温调控。因此，本申请能够解决现有变压器油散热方法无法实现油温的精准调控的技术问题。
附图说明
图1为本申请实施例提供的一种变压器油温调控方法的流程示意图；
图2为本申请实施例提供的一种变压器油温调控装置的结构示意图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
为了便于理解，请参阅图1，本申请提供的一种变压器油温调控方法的实施例，包括：
步骤101、根据变压器基础参数构建变压器基础模型，变压器基础参数包括变压器尺寸、铁芯磁化曲线和绕组匝数。
变压器基础参数除了包括变压器尺寸、铁芯磁化曲线和绕组匝数；还可以设置其他相关参数，有利于获取更加准确的变压器基础模型。
进一步地，步骤101，之后还包括：
在开路和短路设定场景下，分别计算变压器基础模型在额定参数下的空载损耗热量和短路损耗热量。
根据空载损耗热量和短路损耗热量对变压器基础模型进行修正处理。
在开路场景下进行开路仿真计算，在短路场景下进行短路计算，可以分别得到变压器基础模型在额定参数下的空载损耗热量和短路损耗热量，这些结果可以根据变压器试验报告中的相关参数进行比对，根据比对结果对模型相关材料参数进行修正，使得模型与实际情况匹配。例如一台SZ9-50000/110变压器试验报告上记录的变压器空载损耗是26.2kW，短路损耗是182.3kW。
步骤102、基于变压器基础模型，根据预置负荷预测曲线计算不同时刻变压器产生的损耗热量。
预置负荷预测曲线是从电力系统获取得到的，其中包括了随时间变化的电流值变高和变低；记作IG(t)和ID(t)。而发热源的主要激励源正是来自于负荷变化，在每个时刻下，IG(t)和ID(t)均为一对固定值；通过变压器基础模型就可以计算每个时刻下的损耗热量Qb，具体的，变压器基础模型计算主要热量来源于绕组涡流带来的热量和磁性元件带来的热量，因为变压器运行基本上是在正弦波形激励下，计算可以转为频域计算。具体的，电阻热源：
QR＝1/2*Re(J*E*)；
磁损热源为：
QC＝1/2*Re(i*w*B*H*)；
其中，J为电流密度，E*为电场强度，B磁感应强度，H*为磁场强度，i为复算子，w为频率，单位为SI，Re()为取实部。那么变压器的损耗热量可以表达为：
Qb＝QR+QC。
进一步地，步骤102，之前还包括：
获取电力系统中的预置负荷预测曲线以及预置环境温度参数；
根据预置环境温度参数计算预置环境热量。
外界辐射热源定义为太阳直接照射变压器带来的热量。根据Stefan-Boltzmann定律，不透明体也表现为理想的灰体，吸收率和发射率是相等的，得出理想不透明表面的单点辐射热通量。具体可以通过一下公式求得：
其中，ε是发射率，σ为斯蒂芬—波尔茨曼常数，Tw为物体温度(K)，G为外界辐射强度，单位为SI。在考虑随时间变化的情况，热量的累计效应，因此总热量为Qw(t)，即预置环境热量。
步骤103、依据损耗热量、预置环境热量和预置基础温升计算变压器油温实际总热源。
具体的变压器油温实际总热源计算方法为：
Qzf＝Qb+Qw(t)-Qj(t)；
其中，Qj(t)为预置基础温升，是根据变压器油温从环境温度到达预设温度过程中随时间变化的温度值换算得到。
步骤104、根据总热源调节投入风扇和投入移动式散热装置实现分摊散热，使得变压器油温在预置范围内波动。
根据量化的总热源进行分摊散热不存在过量的设备投入，因为可以根据理论分析确定散热装置的投入量。例如，对于投入的风扇的情况，假设不投入风扇，自然边界条件换热系数设置为h0(W/m2*K)，增加投入一个风扇，带走热量Qfs(平均化处理后的结果)，换热系数设置为h0+Qfs/(Tout-T)，其中Tout为外界环境温度，T为变压器油温，增加投入两个风扇，换热系数设置为h0+2*k*Qfs/(Tout-T)，即投入n个风扇后，换热系数设置为h0+n*k*Qfs/(Tout-T)。
分摊散热的是变压器油温实际总热源Qzf，是对总热源Qzf进行离散的过程，而离散积分面积基本等价于上述投入风扇散热的热量情况，同时离散点即是投入风扇时刻。
投入风扇为主要散热设备，而投入的移动式散热装置作为散热的补偿装置，在总热源中，如果风扇已经完全投入，缺额热量却还在不断增加，导致油温难以降下来，这时缺额的热量缺口就将由移动式散热装置补偿。通过两种散热装备的结合进行油温调控，从而使得变压器油温在预置范围内波动，实现变压器油温的精准调控。
进一步地，步骤104，包括：
通过投入风扇和投入移动式散热装置对总热源进行分摊散热，得到散热后的变压器油温值；
基于预置温度补偿原理，判断变压器油温值是否在预置范围内，若否，则调节投入风扇和投入移动式散热装置，直至变压器油温在预置范围内。
一般预置范围是指全局变压器油温值在设定范围内的一定区域波动，可以是设定范围的±5℃，如果超出了5℃就认为还未调控完成，继续调节散热装置的投入，加大散热效率，还可以调整允许的基础温升值；另外，调节过程负荷要确保在±5％的情况下。
以上可以形成温度控制程度，然后发送至变压器温度控制系统，变压器温度控制系统根据指令对负荷进行调节控制。本方案可以较为精准的控制变压器油温，对变压器的安全运行有较好的保障。
本申请实施例提供的变压器油温调控方法，不仅考虑了负荷的动态变化过程的影响，还着重考虑了环境热量和基础温升的影响；从发热源的角度出发，分析系统整体的热量来源，这样就可以根据实际的总热源定量进行分摊散热，不会存在散热设备的过投入和欠投入情况，并且能够将油温控制在预置范围内波动，实现更加准确，且相对无级的油温调控。因此，本申请实施例能够解决现有变压器油散热方法无法实现油温的精准调控的技术问题。
为了便于理解，请参阅图2，本申请提供了一种变压器油温调控装置的实施例，包括：
模型构建模块201，用于根据变压器基础参数构建变压器基础模型，变压器基础参数包括变压器尺寸、铁芯磁化曲线和绕组匝数；
第一计算模块202，用于基于变压器基础模型，根据预置负荷预测曲线计算不同时刻变压器产生的损耗热量；
第二计算模块203，用于依据损耗热量、预置环境热量和预置基础温升计算变压器油温实际总热源；
散热调控模块204，用于根据总热源调节投入风扇和投入移动式散热装置实现分摊散热，使得变压器油温在预置范围内波动。
进一步地，还包括：
参数获取模块205，用于获取电力系统中的预置负荷预测曲线以及预置环境温度参数；
第三计算模块206，用于根据预置环境温度参数计算预置环境热量。
进一步地，还包括：
第四计算模块207，用于在开路和短路设定场景下，分别计算变压器基础模型在额定参数下的空载损耗热量和短路损耗热量；
修正模块208，用于根据空载损耗热量和短路损耗热量对变压器基础模型进行修正处理。
进一步地，散热调控模块204，具体用于：
通过投入风扇和投入移动式散热装置对总热源进行分摊散热，得到散热后的变压器油温值；
基于预置温度补偿原理，判断变压器油温值是否在预置范围内，若否，则调节投入风扇和投入移动式散热装置，直至变压器油温在预置范围内。
本申请还提供了一种变压器油温调控设备，设备包括处理器以及存储器；
存储器用于存储程序代码，并将程序代码传输给处理器；
处理器用于根据程序代码中的指令执行上述方法实施例中的变压器油温调控方法。
本申请还提供了一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质用于存储程序代码，程序代码用于执行上述方法实施例中的变压器油温调控方法。
在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。
所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
另外，在本申请各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。
所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以通过一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本申请各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(英文全称：Read-OnlyMemory，英文缩写：ROM)、随机存取存储器(英文全称：Random Access Memory，英文缩写：RAM)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
以上所述，以上实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围。
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