变压器油温控制的研究与分析_开题报告

1.1课题背景

变压器在运行过程中会产生一定的损耗，这些损耗最终会转化为热能，使变压器本体各部件的温度高于环境温度，如果变压器某一部件的温度超过材料的耐受温度，将缩短变压器的使用寿命或引起变压器的损坏[1,2]。因此，为了保证变压器长期安全、可靠、正常地运行，必须采用相应的冷却方式移走热量，把温升控制在一定范围内[3,4]。

1.2国内外研究现状

在20世纪90年代以前，国际上一般采用风冷却器作为大型、特大型油浸式变压器热交换装置[5]。虽然冷却效率高，但由于油泵和风机不间断运行，存在着噪声大、辅机损耗率高和维护工作量大等缺点。用片式散热器来代替风冷却器和水冷却器，虽然没有噪声，但冷却效率低。存在安装占地面积大、冷却组数多及用油量大等问题。为解决上述问题，首先在欧洲出现了散热冷却器这种新型变压器[6,7,8,]。它以散热片为主同时配合风机和油泵，当变压器的负载较低时变压器处于油浸自冷状态，随着负载的不断提高，风机和油泵也将依次开启使变压器冷却。这种冷却方式在夜间城市用电量大幅下降时即可保证变压器的温度不会过高，同时也避免了过大的噪声，延长了风机和油泵的使用寿命。

我国在20世纪60年代末至90年代初，水冷器较为广泛地应用于变压器行业。由于当时我国的机械制造水平有限，因此在使用水冷技术时对变压器的安全运行产生了很大的影响。在运行过程中就曾发生过冷却器冻坏、差压继电器弹性模漏水、冷却器水管渗漏等问题。

目前，国内外对变压器工作状态温度的控制主要有以下几种方法[9]：

（1） 采用以变压器上层油温为散热冷却器启停控制信号的控制回路

据了解，国内的变压器通风控制回路大都是以变压器上层油温为风机的启停控制信号。在运行中，当变压器的负荷快速增加时，由于热惯性的原因，变压器上层油温需要经过较长时间才能反映出变压器绕组的工作温充，这往往可能错过及时采取有效措施来降低变压器油温的时机来保护变压器，而且回路本身也容易发生故障。

（2） 采用通过测量变压器绕组温度来控制散热冷却器投切的方式

大部分变压器的寿命的终结是因其失去了应有绝缘能力，而影响绝缘能力的最主要的因素是变压器运行时的绕组温度。使用绕组温度计来监测运行时的绕组温度有利于变压器达到预期的设计寿命；而且，如果以变压器绕组温度的高低来分级投切冷却器和油泵的话，无疑可以解决由于上层油温滞后的问题。在国外，包括我国出口的一些变压器，普遍采用通过测量变压器绕组温度来控制冷却器的投切方式。但是，由于变压器的绕组温度直接测量在技术上有较大困难，并且这种方法的成本较高。

（3） 利用“热模拟”方法[10]来测量变压器油温

所谓“热模拟”就是采用从变压器套管型电流互感器取得的与负荷电流成正比的附加电流流经复合变送器内附设的电热元件，产生温升，这样绕组温度计就会产生正比于附加电流的附加温升，从而获得变压器的绕组温度，进而控制变压器散热冷却器的运行。资料显示，“热模拟”技术只能获得静态条件下的变压器绕组平均温度，而且绕组温度计的“热模拟”的准确度与产品的选型，工作电流的设置，环境温度的变化，温度计座结构等因素都有关。如果没有具备“热模拟”的一些必要条件，将得到与实际情况出入很大的热点温度，对运行控制毫无意义。

（4） 使用红外技术对变压器的工作温度进行监测

不同温度的物体通过红外成像技术显示出来的图像是不同的，利用这种方法可以实时地对变压器的工作温度进行监测，以确定什么时候启动冷却风机进行控制。该方法比较准确、快速，但直接测量实现起来有很大困难，成本较高，而且此方法容易受到诸多外界因素的影响，如太阳和背景辐射、环境温度、气象条件、发射率和运行状态等。

上述分析可以看出目前对变压器顶层油温的测量仍然存在一定问题。直接测量变压器的顶层油温会因为热传递的延迟而错过最佳冷却时机，而采用直接测量绕组温度的方法又存在很多技术上的问题，而且价格昂贵。因此采用一种对顶层油温进行预测的控制方案不仅可以避免技术上的复杂改动，而且可以及时对变压器进行冷却。在此基础上，本设计将采用灰色理论[11]进行预测控制的研究。灰色理论是一门研究信息部分清楚、部分不清楚，并带有不确定性现象的应用数学学科。传统的系统理论，大部分研究那些信息比较充分的系统。对一些信息比较贫乏的系统，利用黑箱的方法，也取得了较为成功的经验。但是，对一些内部信息部分确定、部分信息不确定的系统，却研究得很不充分。这一空白区便成为灰色系统理论的诞生地。在客观世界中，大量存在的不是白色系统也不是黑色系统，而是灰色系统。因此灰色系统理论以这种大量存在的灰色系统为研究而获得进一步发展。正因为变压器顶层油温受到包括环境温度、负载大小等多方面的影响，因此采用灰色预测理论可以有效的对变压器的顶层油温进行预测，以便及时开停冷却系统，保护变压器。

2^范文提纲

1绪论

1.1课题背景及研究意义

1.2国内外研究现状

2变压器原理

2.2变压器工作原理

2.3发热、散热机理

2.4油温控制的措施

2.5影响油温变化的原因

3系统设计

3.1硬件系统设计

3.2软件系统设计

3.3系统调试

4结论

致谢

参考文献

[1] 方大千，方立.实用变压器维修技术 [M].北京:金盾出版社.2005：78-89 

[2] 张植保. 变压器原理与应用[M].北京：化学工业出版社，2007

[3] 姜伟滔. 变压器冷却系统的缺陷与改造[J]. 北京电力高等专科学校学报，2011，(10):65-65 

[4] 赵亮. 现代化变电所运行全书[M].北京:中国物价出版社，1999

[5] Elmoudi, M. Lehtonen, H. Nordman. Effect of harmonics on transformer loss of life[C] Conf. Rec. IEEE Int. Symp. on Electrical Insulation.2006:408-411

[6] 王龙屏. 变压器冷却系统的改进措施[J]. 电工电气，2011，(7):52-53 

[7] 沈洪. 强油导向风冷变压器冷却装置改造的应用[J]. 中国科技博览，2011，(14):306-306 

[8] 纪留利.强油循环风冷变压器冷却系统的自动控制[J]. 福建电脑，2011，27(7):153-154 

[9] 程晓东，顾黎明，周晨.智能变压器冷却控制系统的应用[J]. 2010，29(8):9-11 

[10] 卢万烈．变压器绕组温度测量的“热模拟”误差[J]．变压器，1999，36(10):15-18

[11] 易德生，郭萍．灰色理论与方法[M]．北京：石油工业出版社,2007