一种配电变压器嵌入式模块化温度传感器布置方法与流程

1.本发明属于电力设备状态监测技术领域，具体涉及一种配电变压器嵌入式模块化温度传感器布置方法。


背景技术：

2.电力变压器作为电力系统中的重要设备，有着变换交流电压和电流，进行电能传输的重要功能。配电变压器作为面向用户的重要变电设备，运行状态直接关系着电力系统工作的可靠性和稳定性。因此，保障配电变压器的正常运行，通过多种方式进行配电变压器的安全监测和故障检测有着非常重要的意义。
3.据统计变压器运行过程中过热故障经常发生，是威胁变压器安全运行的严重故障。若过热故障不能及时检测并清除，就会导致变压器的加速老化，缩短变压器的运行寿命，造成绕组之间短路，严重情况下会直接导致火灾爆炸等恶性运行事故，威胁设备安全和人员安全，因此，对配电变压器的温度监测有着重要的意义，是保障配电变压器安全运行的有力措施。
4.温度监测是基于配电变压器的型号、结构，选择合理合适的温度传感器在配电变压器内部或外部进行布置，进行配电开关柜的温度监测。根据监测结果进行判断，从而得出配电变压器的温度状态，为配电变压器的状态判断和故障诊断提供数据支撑，为电力系统的安全运行提供保障。
5.然而，目前配电变压器的温度监测分为外部监测和内部监测。外部监测通常采用红外温度检测，对于存在遮挡和结构复杂的检测情况，外部监测存在测量不准确，温度热点难以直接测量的问题，不能有效反应变压器的温度状态。内部监测采用光纤光栅、铂热电阻和数字式温度监测，存在多种方法随机性大，布置方法混乱，多为依靠经验进行布置的问题，没有可靠的布置方法，对于配电变压器的测量效果不能保证。


技术实现要素：

6.为了解决上述问题，本发明提供了一种配电变压器嵌入式模块化温度传感器布置方法，通过流程化的整体设计，提高了配电变压器的温度监测的有效性和准确性。
7.本发明是通过以下技术方案来实现：
8.本发明公开了一种配电变压器嵌入式模块化温度传感器布置方法，包括：
9.s1：根据配电变压器的冷却类型和结构参数，确定温度传感器的整体布置形式；
10.s2：计算配电变压器的电热参数和冷却介质参数，进行配电变压器的温度场仿真计算，得到配电变压器的温度场分布；并根据配电变压器的温度场分布，确定温度热点；
11.s3：根据确定的温度热点和配电变压器的结构，确定温度传感器的布置位置，并进行温度传感器的选型和尺寸选择。
12.优选地，s1中，配电变压器的冷却类型包括油浸式和干式。
13.优选地，s1中，配电变压器的结构参数包括绕组形式、绕组层数、高低压绕组间隔
和油道宽度。
14.优选地，s2中，配电变压器的电热参数根据绕组的密度、导热系数和恒压热容以及铁芯的密度、导热系数和恒压热容计算得到。
15.优选地，s2中，冷却介质参数根据冷却介质的密度、导热系数、恒压热容以及环境温度计算得到。
16.优选地，s2中，设定环境温度，对额定负荷且三相平衡的配电变压器，根据傅立叶定律、热扩散方程和电热计算公式，进行温度场仿真计算。
17.优选地，s3中，温度传感器的类型根据配电变压器结构参数和冷却介质参数确定。
18.优选地，s3中，温度传感器的尺寸根据布置位置的结构和尺寸确定。
19.优选地，s3中，确定温度传感器的布置位置时，在高低压绕组两侧增加温度传感器的布置密度。
20.优选地，s3中，确定温度传感器的布置位置时，在配电变压器中间相b相增加温度传感器的布置密度。
21.与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：
22.本发明公开的配电变压器嵌入式模块化温度传感器布置方法，首先根据配电变压器的冷却类型和结构参数，确定温度传感器的整体布置形式；然后计算配电变压器的电热参数和冷却介质参数，进行配电变压器的温度场仿真计算，得到配电变压器的温度场分布；并根据配电变压器的温度场分布，确定温度热点；最后根据确定的温度热点和配电变压器的结构，确定温度传感器的布置位置，并进行温度传感器的选型和尺寸选择。本发明通过流程化的整体设计，提高了配电变压器的温度监测的有效性和准确性。
23.进一步地，在高低压绕组两侧增加温度传感器的布置密度，能够对重点关注点进行加密监测，提高配电变压器运行的安全性和稳定性。
24.进一步地，由于在配电变压器实际运行中，中间相b相温度较其它两相较高，在配电变压器中间相b相增加温度传感器的布置密度，能够提高配电变压器运行的安全性和稳定性。
附图说明
25.图1为本发明的流程示意图；
26.图2为实施例中配电变压器轴向温度分布计算示意图；
27.图3为实施例中配电变压器辐向温度分布计算示意图；
28.图4为实施例中配电变压器温度传感器辐向布置位置示意图；
29.图5为实施例中配电变压器的温度场仿真结果示意图。
具体实施方式
30.下面结合附图对本发明做进一步详细描述，其内容是对本发明的解释而不是限定：
31.如图1，本发明的一种配电变压器嵌入式模块化温度传感器布置方法，包括：
32.s1：根据配电变压器的冷却类型和结构参数，确定温度传感器的整体布置形式；
33.s2：计算配电变压器的电热参数和冷却介质参数，进行配电变压器的温度场仿真
计算，得到配电变压器的温度场分布；并根据配电变压器的温度场分布，确定温度热点；
34.s3：根据确定的温度热点和配电变压器的结构，确定温度传感器的布置位置，并进行温度传感器的选型和尺寸选择。
35.在本发明的一个较优的实施例中，s1中，配电变压器的冷却类型包括油浸式和干式。
36.在本发明的一个较优的实施例中，s1中，配电变压器的结构参数包括绕组形式、绕组层数、高低压绕组间隔和油道宽度。
37.在本发明的一个较优的实施例中，s2中，配电变压器的电热参数根据绕组的密度、导热系数和恒压热容以及铁芯的密度、导热系数和恒压热容计算得到。
38.在本发明的一个较优的实施例中，s2中，冷却介质参数根据冷却介质的密度、导热系数、恒压热容以及环境温度计算得到。
39.在本发明的一个较优的实施例中，s2中，设定环境温度，对额定负荷且三相平衡的配电变压器，根据傅立叶定律、热扩散方程和电热计算公式，进行温度场仿真计算。
40.在本发明的一个较优的实施例中，s3中，温度传感器的类型根据配电变压器结构参数和冷却介质参数确定。
41.在本发明的一个较优的实施例中，s3中，温度传感器的尺寸根据布置位置的结构和尺寸确定。
42.在本发明的一个较优的实施例中，s3中，确定温度传感器的布置位置时，在高低压绕组两侧增加温度传感器的布置密度。
43.在本发明的一个较优的实施例中，s3中，确定温度传感器的布置位置时，在配电变压器中间相b相增加温度传感器的布置密度。
44.下面以一个具体实施例来对本发明进行进一步的解释说明：
45.本实施例中配电变压器的型号为s13-m-630/10其温度传感器的布置方法设计流程如下：
46.变压器型号判断：根据变压器的型号s13-m-630/10，此变压器为油浸式层式变压器。变压器额定容量为630mva，额定电压为10kv，变比为(10000
±2×
2.5％)/400v，连接方式为dyn11。根据初步判断，变压器采用油浸式层式变压器传感器布置路线。
47.变压器结构参数分析：s13-m-630/10配电变压器为层式结构，主油道宽度为5mm，撑条截面尺寸为4mm
×
10mm；低压绕组层数：2层，总匝数：25匝；高压绕组层数：11层，总匝数1137层；层间绝缘为0.08电缆纸。对应电热参数取对应材料的电热参数进行计算，绕组密度取8700kg/m3，导热系数取400w/(m
·
k)，恒压热容取385j/(kg
·
k)；铁心密度取7550kg/m3，导热系数取21w/(m
·
k)，恒压热容取485j/(kg
·
k)。
48.变压器油参数分析或空气介质参数分析：变压器油采用传统矿物油，矿物油密度取1052-0.581t kg/m3，其中t为环境温度；导热系数取0.13w/(m
·
k)，恒压热容取807.163 3.58t j/(kg
·
k)。
49.变压器热点分析：对环境温度取常温20℃，额定负荷且三相平衡的配电变压器进行温度场计算，根据傅立叶定律、热扩散方程、电热计算公式等公式，进行温度场仿真计算，具体如下：
50.傅里叶热传导基本方程：
[0051][0052]
为单位时间物体的导热量，λ为热导率，与材料导热系数和恒压热容相关，a为导热面积，为温度梯度。
[0053]
热传导方程：
[0054][0055]
是空间中一点的温度对时间的变化率；u
xx
、u
yy
与u
zz
为温度对三个空间坐标轴的二次导数；k是热扩散率，决定于材料的热传导率、密度与热容。
[0056]
电热公式：
[0057][0058]
q＝i2rt
[0059]
q为热量，w为能量，p为功率，u为电压，i为电流，t为时间。
[0060]
得出适用于配电变压器的温度场分布，如图5。
[0061]
如图2和图3，分别得出配电变压器轴向温度分布计算、配电变压器辐向温度分布计算。在辐向距离绕组三分之一处，为辐向温度最热点；在轴向距离高度三分之一出，为轴向温度最热点。
[0062]
传感器选型：根据主油道宽度，采用尺寸小于3.5mm的温度传感器，在传感器中，采用光纤光栅温度传感器。
[0063]
传感器布置方法：将此前各项布置位置流程结合，得出传感器布置方法：采用光纤光栅温度传感器，布点位置为辐向距离绕组三分之一、轴向距离高度三分之一、铁芯各相，兼顾整体温度及热点温度的测量，在高低压绕组两侧进行，测点增加一倍，在中间相b相增加测点，最终布置方法图，如图4。
[0064]
以上所述，仅为本发明实施方式中的部分，本发明中虽然使用了部分术语，但并不排除使用其它术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了方便的描述和解释本发明的本质，把它们解释成任何一种附加的限制都是与本发明精神相违背的。以上所述仅以实施例来进一步说明本发明的内容，以便于更容易理解，但不代表本发明的实施方式仅限于此，任何依本发明所做的技术延伸或再创造，均受本发明的保护。