2024油浸式電力變壓器繞組熱點(diǎn)溫度反演監(jiān)測(cè)規(guī)程

目 次目 次 I前 言 I1范圍 12規(guī)范性引用文件 13術(shù)語(yǔ)和定義 14電力變壓器溫度場(chǎng)分布建模及仿真技術(shù)要求 24.1仿真背景參數(shù)要求 24.2現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)要求 24.3電力變壓器溫度場(chǎng)分布驗(yàn)證工況及仿真效果評(píng)價(jià) 25電力變壓器繞組熱點(diǎn)溫度反演監(jiān)測(cè) 35.1電力變壓器繞組熱點(diǎn)溫度反演監(jiān)測(cè)輸入輸出特征量確定 35.2繞組熱點(diǎn)溫度反演訓(xùn)練樣本與測(cè)試樣本建立 35.3繞組熱點(diǎn)反演監(jiān)測(cè)模型建立 45.4繞組熱點(diǎn)反演監(jiān)測(cè)效果評(píng)價(jià) 45.5繞組熱點(diǎn)反演監(jiān)測(cè)應(yīng)用 45.6電力變壓器過(guò)負(fù)荷風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估與動(dòng)態(tài)載荷能力預(yù)測(cè) 5附錄A電力變壓器溫度場(chǎng)分布建模資料收集表 6附錄B電力變壓器溫度場(chǎng)仿真與試驗(yàn)值對(duì)比 8附錄C繞組熱點(diǎn)溫度反演訓(xùn)練樣本與測(cè)試樣本集 9油浸式電力變壓器繞組熱點(diǎn)溫度反演監(jiān)測(cè)規(guī)程范圍本標(biāo)準(zhǔn)（或本部分或本指導(dǎo)性技術(shù)文件）規(guī)定了電力變壓器繞組熱點(diǎn)溫度反演監(jiān)測(cè)的基本內(nèi)容和方法。本文件適用于10kV及以上電壓等級(jí)自然風(fēng)冷油浸式電力變壓器繞組熱點(diǎn)溫度監(jiān)測(cè)和運(yùn)行管理。規(guī)范性引用文件下列文件中的內(nèi)容通過(guò)文中的規(guī)范性引用而構(gòu)成本文件必不可少的條款。其中，注日期的引用文件，僅該日期對(duì)應(yīng)的版本適用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改單）適用于本文件。GB/T1094.1-2013電力變壓器第1部分：總則GB/T1094.2-2013 電力變壓器第2部分：液浸式變壓器的溫升GBT1094.7-2008電力變壓器第7部分：油浸式電力變壓器負(fù)載導(dǎo)則GB/T6451-2015油浸式電力變壓器技術(shù)參數(shù)和要求GB20052-2013三相配電變壓器能效限定值及能效等級(jí)GB/T9969工業(yè)產(chǎn)品使用說(shuō)明書(shū)GB/T13384機(jī)電產(chǎn)品包裝通用技術(shù)條件GB/T19582基于Modbus協(xié)議的工業(yè)自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)規(guī)范第1部分：Modbus應(yīng)用協(xié)議DL/T1432.1變電設(shè)備在線智能管理裝置檢驗(yàn)規(guī)范第1部分通用檢驗(yàn)規(guī)范JB/T7510-1994．工藝參數(shù)優(yōu)化方法——正交試驗(yàn)法術(shù)語(yǔ)和定義電力變壓器Powertransformer外殼特征測(cè)溫點(diǎn)Shellcharacteristictemperaturemeasurementpoints頂層油溫Topoiltemperature。繞組熱點(diǎn)溫度Windingshotspottemperature。繞組熱點(diǎn)溫度反演Inversionofwindinghotspottemperature變壓器動(dòng)態(tài)載荷能力Dynamicthermalratingoftransformer電力變壓器溫度場(chǎng)分布建模及仿真技術(shù)要求仿真背景參數(shù)要求a）電力變壓器溫度場(chǎng)仿真模型應(yīng)根據(jù)變壓器實(shí)際電氣結(jié)構(gòu)和參數(shù)建立。b）電力變壓器溫度場(chǎng)仿真模型應(yīng)包含對(duì)繞組熱點(diǎn)溫度具有重要影響的結(jié)構(gòu)，具體應(yīng)包含變壓器油箱、散熱器、高壓繞組、中壓繞組、低壓繞組以及變壓器鐵心等結(jié)構(gòu)，各結(jié)構(gòu)的具體結(jié)構(gòu)參數(shù)參見(jiàn)附錄A。c）應(yīng)提交電力變壓器出廠報(bào)告，包含變壓器額定電壓與額定容量參數(shù)、繞組連接組號(hào)、繞組電阻測(cè)量結(jié)果、空載損耗和空載電流測(cè)量結(jié)果、短路阻抗和負(fù)載損耗測(cè)量結(jié)果等等。變壓器溫升試驗(yàn)要求為對(duì)電力變壓器溫度場(chǎng)分布計(jì)算結(jié)果準(zhǔn)確性進(jìn)行驗(yàn)證，需進(jìn)行變壓器多工況溫升試驗(yàn)。4.2.1變壓器溫升試驗(yàn)可參考國(guó)標(biāo)GB/T1094.2-2013，采用短路法進(jìn)行變壓器溫升試驗(yàn)。試驗(yàn)場(chǎng)地的冷卻空氣溫度宜介于5℃與變器設(shè)計(jì)所據(jù)的最高環(huán)境溫度之間當(dāng)試驗(yàn)場(chǎng)地的溫度。應(yīng)至少采用4個(gè)傳感器，并取其讀數(shù)的平均值來(lái)確定環(huán)境溫度以對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行評(píng)估，在對(duì)大型變壓器進(jìn)行試驗(yàn)時(shí)，為減少不確定度對(duì)讀數(shù)平均值的影響，傳感器的數(shù)宜達(dá)到6個(gè)。每隔一定時(shí)間(例如每min)記錄溫升數(shù)據(jù)。4.2.2變壓器溫升試驗(yàn)過(guò)程記錄試驗(yàn)過(guò)程中需記錄以下數(shù)據(jù)。環(huán)境溫度Ta；頂層液體溫度To；外殼特征測(cè)溫點(diǎn)溫度TK；繞組熱點(diǎn)溫度TH；液體平均溫升△To；繞組平均溫升△TW；繞組熱點(diǎn)溫升△TH。電力變壓器溫度場(chǎng)分布驗(yàn)證工況及仿真效果評(píng)價(jià)至少進(jìn)行高中低三種負(fù)載率下的變壓器溫升試驗(yàn)驗(yàn)證仿真結(jié)果準(zhǔn)確性，對(duì)冷卻液體、繞組以及外殼特征測(cè)溫點(diǎn)溫度計(jì)算偏差應(yīng)滿足以下規(guī)定：頂層液體溫升計(jì)算偏差：-3K≤To≤3K；外殼特征測(cè)溫點(diǎn)溫度計(jì)算偏差：-3K≤TK≤3K；繞組熱點(diǎn)溫度計(jì)算偏差：-4K≤TH≤4K。 電力變壓器冷卻液體、繞組以及外殼特征測(cè)溫點(diǎn)溫度仿真值、試驗(yàn)值及其偏差△T(=試驗(yàn)值-仿真值)錄入附錄B.1中。電力變壓器繞組熱點(diǎn)溫度反演監(jiān)測(cè)基于經(jīng)驗(yàn)公式和熱路模型的熱點(diǎn)溫度計(jì)算方法，其關(guān)鍵計(jì)算參數(shù)的準(zhǔn)確確定需要結(jié)合大量的溫升試驗(yàn)，計(jì)算結(jié)果受變壓器運(yùn)行條件影響較大；光纖植入式的熱點(diǎn)溫度檢測(cè)方法要求在變壓器生產(chǎn)或者安裝時(shí)完成，礙于昂貴的停電改裝成本與既有絕緣設(shè)計(jì)改變的風(fēng)險(xiǎn)，難以應(yīng)用于已投運(yùn)的變壓器中；基于數(shù)值計(jì)算的熱點(diǎn)溫度計(jì)算方法難以應(yīng)用于變壓器繞組熱點(diǎn)溫度的實(shí)時(shí)檢測(cè)中?；谌斯ぶ悄芩惴ǖ淖儔浩鳠狳c(diǎn)溫度計(jì)算方法，模型的建立依賴變壓器試驗(yàn)數(shù)據(jù)或現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行數(shù)據(jù)，難以全面考慮設(shè)備外界環(huán)境因素對(duì)設(shè)備熱點(diǎn)溫度的影響，同時(shí)按經(jīng)驗(yàn)選擇的模型輸入特征量缺乏有效的物理依據(jù)，該過(guò)程限制了人工智能算法的應(yīng)用。變壓器多物理場(chǎng)分析方法與人工智能算法相結(jié)合，變壓器多物理場(chǎng)仿真分析方法可對(duì)變壓器內(nèi)部熱流散熱特性進(jìn)行分析，同時(shí)可用于構(gòu)建人工智能算法模型建立過(guò)程中所需要的訓(xùn)練樣本，可以擺脫或減輕變壓器熱點(diǎn)溫度檢測(cè)模型建立過(guò)程中對(duì)試驗(yàn)以及運(yùn)行數(shù)據(jù)的依賴，實(shí)現(xiàn)運(yùn)行變壓器繞組熱點(diǎn)溫度的“虛擬傳感”。電力變壓器繞組熱點(diǎn)溫度反演監(jiān)測(cè)輸入輸出特征量確定電力變壓器繞組熱點(diǎn)溫度反演監(jiān)測(cè)輸入特征量輸入特征量包含外殼特征測(cè)溫點(diǎn)溫度以及負(fù)荷特征量?；跓崃鞣治鲞x擇外殼特征測(cè)溫點(diǎn)，外殼特征測(cè)溫點(diǎn)為外部可測(cè)測(cè)溫位置，根據(jù)流經(jīng)繞組和外殼散熱區(qū)域的主熱流流動(dòng)路徑，選取至少3個(gè)外殼特征測(cè)溫點(diǎn)；外殼特征測(cè)溫點(diǎn)應(yīng)包含變壓器頂層油溫測(cè)溫位置；輸入負(fù)荷特征量為變壓器三相負(fù)載率。電力變壓器繞組熱點(diǎn)溫度反演監(jiān)測(cè)輸出特征量輸出特征量為變壓器繞組熱點(diǎn)溫度。繞組熱點(diǎn)溫度反演訓(xùn)練樣本與測(cè)試樣本建立a）訓(xùn)練樣本建立。在變壓器繞組熱點(diǎn)溫度反演檢測(cè)模型的建立過(guò)程中，訓(xùn)練樣本集的建立對(duì)反演模型的反演精度具有重要影響，為綜合考慮變壓器負(fù)載率和環(huán)境散熱條件的影響，同時(shí)盡可能的降低樣本的數(shù)量，采用正交試驗(yàn)法設(shè)計(jì)反演模型訓(xùn)練樣本。綜合考慮變壓器負(fù)載率以及環(huán)境溫度和環(huán)境風(fēng)速對(duì)變壓器穩(wěn)態(tài)熱點(diǎn)溫度的影響，訓(xùn)練樣本考慮的各因素和對(duì)應(yīng)的因素水平如附表C.1所示，設(shè)計(jì)的3因素3水平訓(xùn)練樣本正交表如附表C.2所示。b）測(cè)試樣本建立。在通過(guò)訓(xùn)練樣本集建立好變壓器繞組熱點(diǎn)溫度反演檢測(cè)模型后，為驗(yàn)證反演檢測(cè)模型的準(zhǔn)確性和有效性，使用建立好的反演模型對(duì)測(cè)試樣本的穩(wěn)態(tài)熱點(diǎn)溫度進(jìn)行反演。測(cè)試樣本考慮的各因素和對(duì)應(yīng)的因素水平如附表C.3所示，設(shè)計(jì)的3因素3水平測(cè)試樣本正交表如附表C.4所示。繞組熱點(diǎn)反演監(jiān)測(cè)模型建立基于確定的電力變壓器繞組熱點(diǎn)溫度反演監(jiān)測(cè)輸入輸出特征量，以及建立的繞組熱點(diǎn)溫度反演訓(xùn)練樣本數(shù)據(jù)集與測(cè)試樣本數(shù)據(jù)集，采用支持向量回歸機(jī)或人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等人工智能算法建立繞組熱點(diǎn)反演監(jiān)測(cè)模型。繞組熱點(diǎn)反演監(jiān)測(cè)效果評(píng)價(jià)在通過(guò)訓(xùn)練樣本集建立好支持向量回歸機(jī)模型后，為驗(yàn)證模型在測(cè)試樣本集中的應(yīng)用效果，采用平均絕對(duì)百分比誤差對(duì)測(cè)試樣本集反演效果進(jìn)行評(píng)估，繞組熱點(diǎn)溫度反演平均絕對(duì)百分比誤差應(yīng)≤5%。平均絕對(duì)百分比誤差（MeanAbsolutePercentageError,MAPE）： 式中，Ai為第i個(gè)反演樣本的試驗(yàn)值；Pi為第i個(gè)反演樣本的反演值；N為反演樣本的個(gè)數(shù)。繞組熱點(diǎn)反演監(jiān)測(cè)應(yīng)用a）外部特征測(cè)溫點(diǎn)溫度測(cè)量。采用外殼熱電阻溫度傳感器對(duì)選定的外部特征測(cè)溫點(diǎn)溫度進(jìn)行測(cè)量，外殼熱電阻溫度傳感器采集周期為1min。b）外部特征測(cè)溫點(diǎn)溫度測(cè)量環(huán)境干擾抑制。在外殼熱電阻溫度傳感器上敷設(shè)隔熱層以隔絕外部短時(shí)的環(huán)境干擾（短時(shí)的降雨、風(fēng)吹等等），隔熱阻滯層尺寸應(yīng)在熱電阻溫度傳感器本身長(zhǎng)寬高基礎(chǔ)上分別外延10mm。c）繞組熱點(diǎn)溫度反演監(jiān)測(cè)?；跇?gòu)建的繞組熱點(diǎn)反演監(jiān)測(cè)模型，以測(cè)量得到的外部特征測(cè)溫點(diǎn)溫度以及變壓器三相負(fù)載率為輸入，可即時(shí)反演得到運(yùn)行變壓器繞組熱點(diǎn)溫度，實(shí)現(xiàn)對(duì)繞組熱點(diǎn)溫度的反演監(jiān)測(cè)。d）環(huán)境溫度測(cè)量環(huán)境溫度測(cè)量應(yīng)符合下列規(guī)定：測(cè)量范圍：-25℃~+60℃；測(cè)量誤差：≤±0.5℃；分辨率：0.1℃。e）特征測(cè)溫點(diǎn)溫度傳感器測(cè)量要求測(cè)量范圍：-50℃~+150℃；測(cè)量誤差：≤±1℃。分辨率：0.1℃。f）三相電流測(cè)量精度電流互感器測(cè)量精度為0.5級(jí)。電力變壓器過(guò)負(fù)荷風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估與動(dòng)態(tài)載荷能力預(yù)測(cè)電力變壓器過(guò)負(fù)荷風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估。GB/T1094.7-2008中規(guī)定，變壓器繞組熱點(diǎn)溫度為98℃時(shí)的油紙絕緣（非熱改性紙）老化速率為1，在140℃以內(nèi)，熱點(diǎn)溫度與油紙絕緣老化速率之間遵循6℃法則，即熱點(diǎn)溫度每升高6℃，絕緣老化速率加倍，同時(shí)一旦繞組熱點(diǎn)溫度超過(guò)了140℃，由于繞組油紙絕緣中水分在高溫下析出產(chǎn)生氣泡，導(dǎo)致繞組絕緣強(qiáng)度下降進(jìn)而將容易導(dǎo)致運(yùn)行變壓器發(fā)生故障?；?.5節(jié)獲取的運(yùn)行變壓器繞組熱點(diǎn)溫度，與繞組絕緣材料（A級(jí)絕緣）穩(wěn)定運(yùn)行溫度（105℃）以及油紙絕緣高溫析出氣泡溫度（140℃）進(jìn)行對(duì)比，評(píng)估變壓器過(guò)負(fù)荷風(fēng)險(xiǎn)，風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估等級(jí)如下：a)運(yùn)行溫度低于98℃，正常運(yùn)行；b)運(yùn)行溫度高于98℃，低于105℃，低風(fēng)險(xiǎn)；c)運(yùn)行溫度高于105℃，低于140℃，中風(fēng)險(xiǎn)；d)運(yùn)行溫度高于140℃，高風(fēng)險(xiǎn)。電力變壓器動(dòng)態(tài)載荷能力預(yù)測(cè)?；?.5節(jié)獲取的運(yùn)行變壓器當(dāng)前繞組熱點(diǎn)溫度，同時(shí)結(jié)合獲取的變壓器運(yùn)行負(fù)荷以及繞組熱點(diǎn)溫度歷史數(shù)據(jù)，構(gòu)建不同負(fù)荷下運(yùn)行變壓器繞組熱點(diǎn)溫度變化規(guī)律，進(jìn)而獲取下一關(guān)注時(shí)間間隔內(nèi)，保障變壓器安全穩(wěn)定運(yùn)行所能帶的最大負(fù)載，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)電力變壓器動(dòng)態(tài)載荷能力預(yù)測(cè)，進(jìn)而可為10kV及以上電壓等級(jí)油浸式電力變壓器繞組熱點(diǎn)溫度監(jiān)測(cè)和運(yùn)行管理提供指導(dǎo)和參考。附 錄 A電力變壓器溫度場(chǎng)分布建模資料收集表（資料性）表A.1變壓器箱體結(jié)構(gòu)參數(shù)與主要結(jié)構(gòu)質(zhì)量鐵心質(zhì)量（kg）變壓器箱體長(zhǎng)度（m）變壓器箱體重（kg）繞組質(zhì)量（kg）變壓器箱體寬度（m）分接開(kāi)關(guān)檔位數(shù)絕緣油的質(zhì)量（kg）變壓器箱體高度（m）額定分接開(kāi)關(guān)位置表A.2變壓器電氣參數(shù)額定容量高壓側(cè)（kVA）中壓側(cè)（kVA）低壓側(cè)（kVA）額定電壓高壓側(cè)（kV）中壓側(cè)（kV）低壓側(cè)（kV）額定電流高壓側(cè)（A）中壓側(cè)（A）低壓側(cè)（A）額定損耗空載（kW@75°C）負(fù)載（kW@75°C）各分接下電壓變比分接頭電阻高壓繞組直阻(Ω)中壓繞組直阻(Ω)低壓繞組直阻(Ω) 表A.3ONAN/ONAF變壓器散熱器冷卻系統(tǒng)參數(shù)片式散熱器型號(hào)片散組數(shù)每臺(tái)片散的散熱片個(gè)數(shù)整體片散高度（m）風(fēng)扇組數(shù)（直徑、轉(zhuǎn)速、風(fēng)量）整體片散寬度（m）片散上下油管（即水平油道）的直徑（m）整體片散厚度（m）片散上下油管（即水平油道）的長(zhǎng)度（m）片散每片間隙厚度（m）單片散熱片厚度（m）自冷散熱面積（m2)風(fēng)冷散熱面積（m2)表A.4變壓器高中低壓繞組結(jié)構(gòu)參數(shù)表變壓器結(jié)構(gòu)尺寸（mm）/型號(hào)低壓繞組繞組內(nèi)徑繞組外徑繞組高度繞組高度方向?qū)訑?shù)繞組厚度方向?qū)訑?shù)繞組單圈撐條數(shù)量繞組單圈墊塊數(shù)量繞組層間油道高度繞組內(nèi)側(cè)圓筒厚度繞組內(nèi)側(cè)圓筒內(nèi)徑繞組外側(cè)圓筒厚度繞組外側(cè)圓筒內(nèi)徑低壓繞組導(dǎo)線規(guī)格型號(hào)低壓繞組墊塊長(zhǎng)寬高低壓繞組撐條長(zhǎng)寬高高壓繞組繞組內(nèi)徑繞組外徑繞組高度繞組高度方向?qū)訑?shù)繞組厚度方向?qū)訑?shù)繞組單圈撐條數(shù)量繞組單圈墊塊數(shù)量繞組層間油道高度繞組內(nèi)側(cè)圓筒厚度繞組內(nèi)側(cè)圓筒內(nèi)徑繞組外側(cè)圓筒厚度繞組外側(cè)圓筒內(nèi)徑高壓繞組導(dǎo)線規(guī)格型號(hào)高壓繞組墊塊長(zhǎng)寬高高壓繞組撐條長(zhǎng)寬高中壓繞組繞組內(nèi)徑繞組外徑繞組高度繞組高度方向?qū)訑?shù)繞組厚度方向?qū)訑?shù)繞組單圈撐條數(shù)量繞組單圈墊塊數(shù)量繞組層間油道高度繞組內(nèi)側(cè)圓筒厚度繞組內(nèi)側(cè)圓筒內(nèi)徑繞組外側(cè)圓筒厚度繞組外側(cè)圓筒內(nèi)徑中壓繞組導(dǎo)線規(guī)格型號(hào)中壓繞組墊塊長(zhǎng)寬高中壓繞組撐條長(zhǎng)寬高表A.5變壓器鐵心結(jié)構(gòu)參數(shù)表變壓器結(jié)構(gòu)尺寸（mm）/型號(hào)鐵心外框長(zhǎng)度外框高度外框厚度內(nèi)框?qū)挾葍?nèi)框高度單芯柱在整體長(zhǎng)度方向上厚度單芯柱在整體厚度方向上半徑附 錄 B電力變壓器溫度場(chǎng)仿真與試驗(yàn)值對(duì)比（資料性）表B.1變壓器頂層液面溫度及繞組溫度等計(jì)算表溫度值位置仿真值/?C試驗(yàn)值/?C偏差△T/K特征測(cè)溫點(diǎn)1特征測(cè)溫點(diǎn)2特征測(cè)溫點(diǎn)3頂層油溫低壓繞組平均溫升中壓繞組平均溫升高壓繞組平均溫升低壓繞組熱點(diǎn)溫升中壓繞組熱點(diǎn)溫升高壓繞組熱點(diǎn)溫升附 錄 C繞組熱點(diǎn)溫度反演訓(xùn)練樣本與測(cè)試樣本集（資料性）表C.1訓(xùn)練樣本各因素和水平因素水平負(fù)載率風(fēng)速/m/s環(huán)境溫度/?C10.60-1021.022531.