一种油浸式变压器安全防护计算方法和系统技术方案

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。本发明专利技术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。

【技术实现步骤摘要】
一种油浸式变压器安全防护计算方法和系统


[0001]本专利技术属于电力系统故障分析领域，特别是涉及一种油浸式变压器安全防护计算方法和系统。

技术介绍

[0002]变压器作为变电站和其他电力设施中不可或缺的核心部分，承担着升、降管线电压的重要作用，为电力的低损耗传输、居民的安全用电提供了保障。但是进入21世纪以来，国内外的变压器事故频发，主要表现为变压器高压线路短路、内部电弧引燃变压器油、套管或电缆绝缘受损进而引发火灾、爆炸等事故。其中大型变电站事故往往伴随着强烈的弧光和爆炸声，对居民的生产生活造成很大的影响，该类事故在近年的变压器事故中占到较大的比重。
[0003]国内交流变压器产生的故障表现主要有12类：发生较多的是内部产气(26％)、漏油(20％)、内部放电(14％)、连接部件发热(10％)等故障。其中内部产气占到最大的比重，同时也是导致变压器爆炸的主要原因。产气现象在变压器内部时有发生，大部分情况是由于局部短暂放电、爬电产生电弧分解变压器油导致。综上所述，油浸式变压器破裂事故的原因主要是来自于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。故需要分析绕组匝间短路故障与压力分布之间的关系，有助于为变压器故障情况下压力保护提供依据。

技术实现思路

[0004]为了解决现有技术中存在的问题，本专利技术的目的在于，提供一种油浸式变压器安全防护计算方法和系统。该方法帮助运维工作人员分析内部故障与压力分布之间的关系，有助于为变压器故障情况下压力保护提供依据。
[0005]本专利技术采用如下的技术方案，一种油浸式变压器安全防护计算方法，包括以下步骤：
[0006]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；
[0007]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；
[0008]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；
[0009]步骤4，计算变压器箱壁指定位置处的油箱内壁压强。
[0010]步骤1中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。
[0011]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。
[0012]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：
[0013][0014]式中，
[0015]Δt表示电弧持续时间；
[0016]u
arc
表示电弧电压；
[0017]i
arc
表示故障电弧电流。
[0018]故障气泡内能与故障电能W
arc
之间的数学模型为：
[0019]ΔH
oil
＝0.4W
arc
/m
oil
[0020]其中，
[0021]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；
[0022]m
oil
为变压器油质量。
[0023]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
[0024]V
gas
＝0.44ln(W
arc
+5474.3)
‑
3.8
[0025]变压器油蒸汽密度ρ
gas
为
[0026]ρ
gas
＝0.4W
arc
/ΔH
oil
V
gas
[0027]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
[0028]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。
[0029]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：
[0030]Δp＝p
gas
‑
p0‑
p
oil
‑
2δ
oil
/γ
gas
[0031]其中p0为大气压强；
[0032]σ
oil
为变压器油表面张力系数；
[0033]p
oil
为故障点处变压器油压强，p
oil
的计算方式如下式：
[0034]p
oil
＝ρ
oil
gh
[0035]其中ρ
oil
为变压器油密度；
[0036]g为自由落体加速度；
[0037]h为故障点到油面的距离。
[0038]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：
[0039][0040]其中，
[0041]c为压力波在变压器油中的传播速度；
[0042]ρ为变压器油密度；
[0043]ρc2为体积弹性模量；
[0044]t为时间；
[0045]μ为动力粘度；
[0046]h为故障点到油面的垂直距离；
[0047]x为到故障点的距离；
[0048]p(x,t)为t时刻距离故障点x处的油箱内壁压强；
[0049]v
n
为油流速度，油流速度指变压器内部的绝缘油的流动速度。
[0050]基于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，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；
[0051]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；
[0052]短路电流计算模块用于计算匝间短路后的短路电流；
[0053]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；
[0054]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。
[0055]本专利技术的有益效果在于，与现有技术相比，本专利技术的油浸式本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
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
o...

【专利技术属性】
技术研发人员：李建生，
申请(专利权)人：国网江苏省电力有限公司电力科学研究院，
类型：发明
国别省市：