变压器绕组热点温度热电类比计算模型仿真分析

变压器绕组的热点温度是决定变压器过载能力和油纸绝缘老化率的关键因素。在传统热理论基础上,考虑了温度对油粘度的影响,结合热电类比方法和IEEE推荐的热点温升模型提出一种预测变压器绕组热点温度的仿真模型。采用Runge-Kutta方法求解变压器实时的顶层油温和变压器绕组的热点温度,并与100kVA/5kV(ONAN)试验变压器的实测温度数据进行对比,仿真结果与实测数据有较好的一致性。

基于热电类比法的光纤陀螺环模块热分析

为分析光纤陀螺(FOG,Fiber-Optic Gyroscope)受外界环境变化温度影响导致产生Shupe误差,采用热电类比法对不同结构形式的光纤环(FOR,Fiber Optical Ring)模块进行热分析,比较对应的电路模型,提出并联的热容和串联的电阻是影响FOG温度性能的关键因素.采用有限元热仿真定性分析了并联的热容和串联的电阻对FOG温度的影响,验证了电路模型的正确性;在与热仿真相同条件下,通过温箱实验,将FOR温度变化与FOG输出性能建立关联.结果表明,通过加大FOR模块连接处的串联热阻和并联热容,可有效降低FOR的瞬时温差,尤其是较大的热容能有效减小FOR温变速率,从而减小Shupe误差,改善FOG的温度性能.

用于变压器负载能力评估的改进热电类比模型

油浸式电力变压器的负载能力与油温、热点温度密切相关.为了更加准确地计算顶层油温和热点温度,以助于变压器的负载能力评估,文中基于传热学理论和电路定律,对一种变压器热电类比模型作了改进.首先引入油黏度重新定义了变压器相关部件的非线性热导,并考虑变压器与其环境温度之间热传递的影响;然后在模型中引入热点温度节点,使模型能够真实反映变压器内部热传导的基本过程,并采用遗传算法来对模型中的热参数进行全局优化.以某180000 k VA变压器为例,将改进前后的热电类比模型分别计算得到的热点温度、顶层油温、底层油温与导则推荐的经验公式的计算值以及在线监测值进行比较,结果表明改进后模型有较好的计算准确性.之后使用改进热电类比模型计算该变压器在给定运行工况下的日相对寿命损失、最大顶层油温、最大热点温度,并用以评估该变压器的负载能力,为变压器增容提供参考.

用热电类比方法计算多层墙体的温度响应

基于热电类比理论,提出了计算多层墙体温度响应的新型谐波法,介绍了用热电类比方法求多层墙体的衰减倍数和延迟时间的原理和具体方法。与传统的基于经典控制理论的谐波法相比,避免了复杂的数学推导,易于手算和计算机实现。实例计算表明,该方法效果良好。

基于热电类比原理的变压器负载能力评估模型

为了充分挖掘和利用变压器的负载能力,基于热电类比原理,建立了新的温度估算模型。首先引入日照辐射作为新的热源,并考虑温度对油黏度的影响,对热导进行修正。接着在给定工况下,以顶层油温、热点温度、相对寿命损失、故障率以及辅助设备容量等级为约束条件,建立基于热电类比原理的变压器负载能力评估模型。最后对1台50 MVA的变压器进行油温和负载能力测试,结果表明:相比于唐油温模型以及相关导则推荐方法,新模型计算得到的顶层油温与热点温度误差更小;在不同的负载类型下,变压器负载能力呈现出不同的特征。

基于热电类比理论的油浸式变压器绕组热行为计算模型

基于热电类比理论的油浸式变压器内部绕组与油之间热行为计算模型,在分析饼间热阻对计算结果的影响后,不再采用经验公式估算热阻结果,而是经过分析油浸式变压器绕组线饼间水平油道的油流状态后,通过基于稳态热流法构建实验模型,模拟油浸式变压器绕组饼间环境,进一步得出更具优势的热点温度的组成关系,并且从实验测得热阻数据选取能够清楚显示出热点温度变化的参数,引入到分布式参数热路模型中,得到仿真结果。将仿真结果与实际运行中的变压器监测数据对比,误差达到了1.1℃。

基于热电类比理论的光纤复合低压电缆温度分布特性研究

光纤复合低压电缆(OPLC)作为坚强智能电网的重要产品,将光单元与电缆复合在一起,能够实现信息及电力的双重传输。OPLC温度特性研究对决定光网络传输稳定性和可靠性具有重要意义。本文基于热电类比理论提出了OPLC热路模型的建模方法,以双缆芯OPLC为例建立暂态热路模型,并对光单元位置单独建模,实现各位置温度的精确计算。在此基础上,利用遗传算法对模型热阻、热容参数辨识,提高了温度特性研究的准确性;通过COMSOL仿真分析及搭建温度测量实验平台分别获得不同电流大小时OPLC各位置温度值,通过对比热路模型计算得到各位置温度值与仿真及实验所得温度值误差小于1.3℃,验证了基于热电类比理论研究OPLC温度特性的有效性。

传热学与电学问题的迁移类比研究:(1)理论基础

迁移类比是交叉学科研究的一种重要的创造性方法,恰当的迁移类比有利于认知并解决学科间相似问题,驱动交叉学科发展。从传热学与电学的发展渊源着手,论证了热电类比研究的可行性。基于传热学与电学的基础理论,详细分析了传热学与电学的相似性与差异性。对比研究发现,传热学与电学在中心物理量、中心物理量衍生量与场函数及其边界条件等方面具有相似性,在热荷与电荷等部分物理量、传热与导电机理上存在差异。依据电路与热路中物理参量的显著对偶关系,从电路角度迁移类比得到热路分析模型。热电类比理论的基础研究有望为电学领域一些传热学问题提供解决思路。

传热学与电学问题的迁移类比研究:(2)工程实践

为验证传热学与电学迁移类比理论研究成果的可行性与工程实践价值,给出了两个利用热电类比思想解决电气工程领域实际问题的典型应用案例。针对特殊区域电缆载流量合理核算的难题,基于热电类比分析思路构建电缆径向热路,将电缆结构的各层绝缘材料热阻与各层损耗进行归算,建立了穿过不利散热区电缆的分布式参数热路模型,给出了求解电缆温度场与载流量的思路,弥补了当前国际电工委员会(IEC)标准推荐计算方法的不足;针对变压器热点温度预测方法不能同时满足实时性与准确性的问题,结合变压器传热过程分析与热电类比理论构建了变压器的集中式参数热路模型,将基尔霍夫电流定律类比应用于热路模型,提出了热点温度快速预测方法。实例分析发现,所提模型相较于IEC推荐方法具有更高的预测精度。热电类比方法能有效地解决电气工程领域的实际应用问题,迁移类比学习应可推动不同学科交叉的创新与发展。

油浸式电力变压器动态热路改进模型

油浸式电力变压器绕组的热点温度是指导变压器负载运行方式和影响变压器绝缘寿命的重要参数,准确计算绕组热点温度具有重要意义。在分析运行变压器散热过程的基础上,考虑油箱外壁与周围环境的热量传递,利用传热学原理和热电类比方法,定义非线性热阻和集总热容,并考虑油粘度随温度的变化,建立电力变压器动态等效热路的改进计算模型。将模型的计算结果与实验室自然油循环自然空气(oilnatural-air natural,ONAN)冷却方式下100 kVA/5 kV油浸式温升试验变压器实测数据和IEEE Std C57.91推荐方法计算值进行对比,比较结果表明:通过改进模型计算的变压器顶层油温和绕组热点温度具有较高的精度。

功率器件集总参数热路模型及其参数提取研究

为准确计算功率器件运行温度,在热平衡原理和热电类比理论基础上,提出功率器件集总参数热路模型。为实现模型等效热路参数的提取,设计相关温升实验平台,并基于遗传算法对热路模型进行辨识。研究结果表明,辨识方法能够有效克服功率器件等效热路参数难以确定的问题,揭示模型参数随电流等级及散热器规格变化的规律。在获得模型参数变化规律后,即便未知功率器件的实验温升曲线,所提模型也可准确计算器件温升的动态过程,克服传感器直接测温所带来的弊端,尤其适合在传感器固定困难及测量精度易漂移的场合应用。

变压器热点温度计算经典模型的对比分析及改进

绕组热点温度是决定油浸式变压器绝缘寿命的一个重要参数,准确获取变压器的热点温度对变压器的安全运行至关重要。介绍了基于顶层油温计算变压器热点温度的3个经典模型:ANSI/IEEE C57.91导则模型、Swift模型以及Susa模型;利用厂家提供的变压器参数在Matlab/Simulink环境下对3个热模型中的计算方程进行了建模仿真。对比仿真结果与实测值发现:由ANSI/IEEE C57.91导则模型和Susa模型得到的热点温度与实测值相比具有很好的一致性,而Swift模型反映的暂态热点温度相对偏大。最后鉴于Susa模型的复杂性,对Susa模型进行了适当简化改进,在保留其直观物理意义的同时,使模型更易于工程快速计算。

考虑触头结构的气体绝缘母线热网络模型

为实现对气体绝缘母线(GIB)过热性故障的及时诊断,该文提出一种GIB设备触指和外壳温度快速精确计算方法。该方法基于热电类比和传热学原理,建立包含触头结构的GIB热网络模型。利用圆盘接触的单热流通道(CMY)模型计算了触指与导电杆、基座之间的接触热阻,通过有限元数值模拟试验获取GIB各部件表面的非线性对流换热热阻及辐射换热热阻。利用GIB温升原型物理试验对基于热网络模型的GIB触指和外壳平均温度计算结果进行了验证。结果表明:在不同测试电流作用下,热网络法的计算速度约为有限元法的34倍,GIB外壳及触指温度热网络模型计算值与实测值之间误差最大为9.5%,最小为0.2%,验证了所建立的气体绝缘母线热网络模型的有效性。该模型可用于快速评估GIB设备外壳及触指温度,为GIB设备的热设计和温升状态监测提供了一种有效的分析方法。

变压器绕组温升的几种算法比较

介绍了变压器绕组热点温升的传统直接测量方法,国家标准计算方法,热电类比模型法,BP神经网络模型和算法。分析每种方法原理并进行比较,得到相应的优缺点。验证BP神经网络模型算法在变压器绕组热点温升中的应用,证明该方法是有效的。

基于热等效电路模型的干式变压器温度变化规律研究

根据热电类比原理,建立了干式变压器的热等效电路模型.利用计算机仿真软件ATPDraw5.4对该热等效电路模型进行了计算机仿真,研究正常负荷变动、过载情况以及二次侧短路时干式变压器温度变化的规律.仿真结果表明:正常负荷变动或过载情况下,干式变压器温度按指数规律变化.负荷增加时,其温度呈指数曲线上升;负荷减小时,其温度按指数函数下降.当干式变压器的二次侧发生短路时,其温度则会依照幂函数曲线急剧上升.

油浸式变压器冷却系统节能运行控制策略研究

针对现有冷却器控制方式的不足,基于热电类比理论建立了变压器热路模型,结合环境温度及冷却方式变化时模型参数的不同求取方法,制定了高效节能的冷却器运行策略。在准确计算变压器热点温度的基础上,借助高可靠性、高精度的光纤温度传感器来获得变压器端部油温,并结合冷却器节能运行控制策略,有效避免了冷却器冷却能力过剩现象,保证了变压器安全、稳定、经济运行。

基于热路模型的变压器绕组热点定位研究

针对油浸式变压器建立了一种高压绕组外侧分布式热路模型,实现了对绕组热点的定位。并对变压器内部温度分布进行了仿真研究,通过仿真结果与所建热路模型计算结果的对比,验证了所建热路模型的有效性。

工业余热应用于城市集中供热的技术难点与解决办法探讨

已有文献指出了低品位工业余热供热系统的可行性及实现方式。本文从效率角度审视并阐述了低品位工业余热在北方城镇集中供热系统中的必要性。针对工业余热供热系统中可能出现的热源波动不稳定、长距离输送不经济以及调峰问题等诸多技术难点做了归纳性分析,并探讨给出相应的解决途径。最后通过"热电类比"的方式,给出了一种可以有效克服上述技术难点的低品位工业余热供热的系统形式。

求解建筑外墙温度响应的一种快速、非迭代方法

本文研究了一种适用于计算墙体温度响应的非迭代数值求解方法。该方法揭示了墙体外表面温度、热阻和热容的变化对墙体内部温度的影响。与有限差分法相比，在不失计算精度的前提下可大大节省机时。

基于双馈风电场低电压穿越的高温超导故障限流器建模及其参数优化

针对电网故障下的双馈风力发电机组(Doubly-Fed Induction Generations,DFIG)的低电压穿越问题,提出装设电阻型高温超导故障限流器(High Temperature Superconducting Fault Current limiter,HTS-FCL)的低电压穿越保护策略。基于HTS-FCL的电特性与温度特性,采用热电类比法建立了详细的HTS-FCL仿真模型。基于DFIG的暂态模型,推导了电网故障下的DFIG暂态响应,分析了HTS-FCL保护投入后其参数对DFIG暂态响应的影响,采用模糊优化与粒子群算法相结合的方法优化了HTS-FCL的主要参数。仿真结果表明,HTS-FCL参数优化结果有较好的适用性,所提策略能够实现电网严重故障下的DFIG低电压穿越。