一种油浸式变压器安全防护计算方法和系统与流程

技术特征：
1.一种油浸式变压器安全防护计算方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，建立故障变压器等效电路，采集故障后的一次侧和二次侧的电阻值和电感量，计算故障电弧电流；步骤2，利用步骤1所述故障电弧电流计算故障点处电弧产生的故障电能；步骤3，建立故障气泡内能与故障电能之间的数学模型，并确定故障下的变压器压力源的数学表征；步骤4，计算变压器箱壁指定位置处的油箱内壁压强。2.根据权利要求1所述的一种油浸式变压器安全防护计算方法，其特征在于：步骤1所述电阻值包括发生匝间短路故障后一次侧正常绕组的电阻分量、一次侧短路绕组的电阻分量、二次侧绕组总电阻、二次侧电阻，所述电感量包括一次侧正常绕组的电感和二次侧绕组的电感；根据所述电阻值、电感量和二次侧电流建立稳态下的回路电压方程，计算一次侧正常绕组的电流和一次侧短路绕组的电流。3.根据权利要求2所述的一种油浸式变压器安全防护计算方法，其特征在于：步骤1中所述电弧电流i
arc
为一次侧正常绕组的电流与一次侧短路绕组的电流之和。4.根据权利要求1所述的一种油浸式变压器安全防护计算方法，其特征在于：当油浸式变压器发生故障时，故障点处电弧所产生的故障电能w
arc
为：w
arc
＝∫
0δt
u
arc
|i
arc
|dt式中，δt表示电弧持续时间；u
arc
表示电弧电压；i
arc
表示故障电弧电流。5.根据权利要求4所述的一种油浸式变压器安全防护计算方法，其特征在于：故障气泡内能与故障电能w
arc
之间的数学模型为：δh
oil
＝0.4w
arc
/m
oil
其中，δh
oil
为变压器油混合物从液态到过热蒸汽状态的热动能增量；m
oil
为变压器油质量。6.根据权利要求1所述的一种油浸式变压器安全防护计算方法，其特征在于：步骤3中，变压器发生短路故障时故障点处电弧产生的故障电能w
arc
与产气量v
gas
的关系式为v
gas
＝0.44ln(w
arc
5474.3)-3.8变压器油蒸汽密度ρ
gas
为ρ
gas
＝0.4w
arc
/δh
oilvgas
变压器油蒸汽产生的压强p
gas
为变压器油状态方程与变压器油蒸汽密度之积。7.根据权利要求5所述的一种油浸式变压器安全防护计算方法，其特征在于：变压器油混合物从液态到过热蒸汽状态的热动能增量δh
oil
为变压器油液态热动能增量和变压器油蒸汽热动能增量之和，其中变压器油液态热动能增量为变压器油混合物比热与第一温度差之积；变压器油蒸汽热动能增量为变压器油蒸汽比热与第二温度差之积；其中，第一温度差为变压器油汽化温度与变压器油混合物正常运行温度之间的差值；第二温
度差为电弧作用下过热变压器油蒸汽温度与变压器油汽化温度之间的差值。8.根据权利要求1所述的一种油浸式变压器安全防护计算方法，其特征在于：所述故障下的变压器压力源的数学表征为气泡内外压差δp，计算方式如下：δp＝p
gas-p
0-p
oil-2σ
oil
/γ
gas
其中p0为大气压强；σ
oil
为变压器油表面张力系数；p
oil
为故障点处变压器油压强，p
oil
的计算方式如下式：p
oil
＝ρ
oil
gh其中ρ
oil
为变压器油密度；g为自由落体加速度；h为故障点到油面的距离。9.根据权利要求1所述的一种油浸式变压器安全防护计算方法，其特征在于：步骤5中所述计算变压器箱壁指定位置处的油箱内壁压强的计算方式如下：其中，c为压力波在变压器油中的传播速度；ρ为变压器油密度；ρc2为体积弹性模量；t为时间；μ为动力粘度；h为故障点到油面的垂直距离；x为到故障点的距离；p(x，t)为t时刻距离故障点x处的油箱内壁压强；v
n
为油流速度。10.基于权利要求1至9中任一项所述的一种油浸式变压器安全防护计算方法的一种油浸式变压器安全防护计算系统，其特征在于：包括数据采集模块、短路电流计算模块、电弧能量计算模块和压力计算模块；其中，数据采集模块用于采集油浸式变压器发生匝间短路故障后的电阻值和电感量；采集电弧温度、电弧长度、故障点位置、放电类型、电弧持续时间；短路电流计算模块用于计算匝间短路后的短路电流；电弧能量计算模块用于计算由短路电流所产生的电弧产生的故障电能，进而得到气泡的内能；压力计算模块用于计算故障源处的初始压强和油箱内壁处的压强。

技术总结
一种油浸式变压器安全防护计算方法及系统，步骤1，建立故障变压器等效电路，采集故障后的一次侧和二次侧的电阻值和电感量，计算故障电弧电流；步骤2，利用步骤1所述故障电弧电流计算故障点处电弧产生的故障电能；步骤3，建立故障气泡内能与故障电能之间的数学模型，并确定故障下的变压器压力源的数学表征；步骤4，计算变压器箱壁指定位置处的油箱内壁压强。本发明帮助运维工作人员分析内部故障与压力分布之间的关系，为油浸式变压器破裂事故排查可能存在的故障点提供准确的依据，可以避免内部故障时电弧被点燃爆炸产生的压力冲击波和故障产气造成油箱内部气体压强急剧升高变压器故障。故障。故障。


技术研发人员：李建生
受保护的技术使用者：国网江苏省电力有限公司电力科学研究院
技术研发日：2022.05.17
技术公布日：2022/8/5