油浸式电力变压器热点温度在线监测方法

对于电网而言，电力变压器作为重要的构成部分，设备运行的稳定性以及安全性对供电质量有着至关重要的影响，且对电网运行有效性以及稳定性也起着关键性作用。在变压器中油浸式电力变压器作为比较常见的一种，设备中的绝缘结构多为油纸，而导致绝缘老化的一个常见因素就是温度，同时影响较为严重的区域就是热点，鉴于此，加强变压器热点温度在线监测，对于变压器正常运行有着非常重要的作用，且还可为电力管理提供技术支持 [1]。研究以油浸式电力变压器作为重点，就其热点温度在线监测方式予以阐述分析。

1、油浸式电力变压器内部温升热路模型

用于热点温度测量的方式有直接测量和间接测量两种，直接测量简单地讲就是利用专用设备进行测量，测量结果准确性比较高，同时还可更加准确地明确热点位置，然而实践研究表示，这种设备的要求比较高，设计、制造变压器时需先将传感器埋设好，同时测量设备的维护技术较负责，所需费用也比较高，鉴于这种情况，在实际工作中多采取间接测量法，间接测量是基于变压器内部热传递模型的构建，按照传热学知识，结合边界条件进一步确定变压器内部温度场，这种测量方式计算准确度比较高，但计算过程较复杂，且对计算机性能的要求也比较高 [2]。为了更加准确地测量变压器热点温度，降低计算费用。为了更为准确地进行计算热点温度，简化计算过程，研究在热路模型法的基础上，以顶层油温为接入点，在线监测变压器热点温度，经实时采集的方式，获得顶层油温以及负荷电流方面的数据信息，通过这些数据的计算分析，获得热点温度，以此进一步进行在线监测。通过多次实验发现，研究采取的这种计算方式，所需数据资料比较少，在采集的过程中也较为方便，所获结果准确度比较高，同时计算过程也比较简单，符合变压器运行要求， 提供有效且合理的数据库管理工作。

变压器在运行期间，相关设备所致损耗容易转化成热量，且这些热量容易发散至附近介质，比如铁心、绕组等相关金属构件，如果这些热量持续传递，则容易造成变压器的温度持续上升，随着这些金属构件温度的不断上升，就会和附近变压器油之间产生相应的温度差，同时部分热量还容易传递到变压器处，导致其温度持续上升 [3]。一般情况下，变压器经散热器传输热量，将其传递至冷却介质位置，如果此时，负荷、环境温度未发生变化，则在一段时间后，变压器油温、铁心温度、绕组温度等均会上升，保持在平衡状态，变得稳定。但是事实上，负荷、环境温度并非不变化，在长时间的变化下，易使变压器内温发生变化，最终影响变压器运行。针对这种情况，研究分析了热路和电路的方程形式，发现两者基本一样，同时几何形状以及边界条件也基本相同，故可在热路物理形式的基础上进行电路计算和热路计算。

通过上文内容阐述，下面就以热路模型作为基础，根据热电类比原理，就变压器内部热传递过程进行演示计算，具体公式如下图所示，其中铁耗所致热量较小，其变化较小，因此为了使计算更加简单，删除铁心热阻和对油的热容。通过图 1 公式的分析可知，在计算的过程中，严格按照热路计算规则完成计算工作，其中 分别代表变压器铜耗、变压器铁耗； 、 分别代表绕组热点区对顶层油的热阻、顶层油对空气的热阻； 、 分别代表绕组热容和热电温度； 、 分别代表环境温度和顶层油温度。注意公式下角标 R 表示在额定的条件下，n 表示温升修正系数，可经变压器冷却确定。经上述公式的计算，在具体计算时，只要收集负荷电流数据、顶层油温度就可以了，注意这些数据必须要实时采集，计算后可获得热点温度。

2、在线监测系统设计

在设计在线监测系统时，将其划分为三个部分，分别是数据采集层和处理层、IE 用户层 [4]。其中采集层的模块分为两个，即负荷电流采集模块、变压器顶层油温模块，主要负责采集负荷电流、顶层油温数据，并完成传感，预处理相关数据，进行上层通信。其中顶层油温采集的设备为铂电阻传感器，该设备多装设在顶层温度计座处。注意在整个计算过程中，尽量选择平均值，以保证数据的有效性以及准确性。

处理层包含前置通信单元、数据服务器，采集层采集所获数据的接收以及处理均经前置通信单元完成，该单元还需把数据上传到数据服务器。而后服务器将原始数据资料储存好，完成在线分析以及计算等工作，以供其他相关服务器查询，完成在线监测。在该层中通信接口的主要任务就是通信任务，比如数据服务器和 WEB 服务器之间的通信，或者数据服务器和前置通信单元之间的通信等，及时且准确地完成相关交互命令

IE 用户层作为在线监测系统的最后一个，其主要由两个部分构成，分别是 WEB 服务器、IE 用户客户端，前者在得到客户端程序发出的相关请求后，及时传递到服务器，同时把结果返回给客户端，予以显示，实现在线监测、远程监控。IE客户端程序可对数据进行有效的管理，完成报警设置，并且在很大程度上还可完成报表输出。利用 MSDE 数据库储存数据服务器所获数据信息，主要包含监测时间、监测结果、设备信息等，通过这些数据信息的了解，使客户端用户更好地掌握设备运行情况。在报警设置上，以设备管理、运行要求作为基准，完成多级越限报警设置；同时通过报表输出，将监测数据信息输出给数据库、系统等，可更加直观地分析数据，从而确保数据的准确性以及有效性。

3、结束语

综上，基于热电类比法以及变压器内部热传递过程，构建内部温升结构，明确热点温度计算模型，提出了相应的在线监测方式，若条件允许可将其用于实际工作中，以实现对热点温度的在线监测。

参考文献

[1] 周陈 . 基于修正热路模型的油浸式变压器绕组热点温度计算研究[J]. 模型世界 ,2024(26):10-12.

[2] 范晓舟 , 刘云鹏 , 律方成 , 等 . 基于绕组首饼温度及温度梯度的变压器热点模型 [J]. 中国电机工程学报 ,2025,45(1):361-369, 中插 30.

[3] 汪晨 , 连子龙 , 程林 , 等 . 500kV 以上超高电压等级油浸式变压器荧光光纤温度监测系统研究 [J]. 电气技术 ,2017(6):99-103.

[4] 牛曙 , 晋涛 , 杨罡 , 等 . 1 0 k V 油浸式立体卷铁心变压器温度流体场分析 [J]. 电测与仪表 ,2022,59(4):72-78.

[5] 张军 , 陈霄 , 张旺 , 等 . 基于 GP-NLSM 的变压器绕组热点温度建模 [J]. 电力工程技术 ,2022,41(5):165-171.