CN103324837A - 多种时变应力作用下变压器使用寿命的计算方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种多种时变应力作用下变压器使用寿命的计算方法,属于电气设备技术领域。本发明方法根据线性累积损伤理论,考虑由热应力、电应力、机械应力、随机应力等各种时变应力对变压器的累积作用,以小时段为计算单位,不同时段的应力值可以不同,将应力的时变性考虑在内;使用寿命损耗的概念将不同种类应力对变压器的影响统一度量,并在此基础上考虑多种应力的综合影响,因此计算得到的变压器的使用寿命结果更准确,更加符合实际情况,从而对工程应用更具有指导意义。
Description
技术领域
本发明涉及一种多种时变应力作用下变压器使用寿命的计算方法,属于电气设备技术领域。
背景技术
变压器在使用过程中受到多重应力的作用,部件逐渐损耗老化。为了准确全面的计算变压器寿命,需要考虑多种应力的综合作用。应力按产生的工况可分为持续应力和随机应力。持续应力是指变压器在通常工况下受到的应力,持续应力是连续时变的,往往伴随变压器一生;随机应力是指变压器在不良工况下遭受到的应力,随机应力发生的时间一般是随机的。持续应力可进一步分为热、电和机械应力。随机应力在此特指过负荷冲击应力、雷电冲击应力和外部短路冲击应力。
目前对变压器承受单种恒定持续应力时的使用寿命已有广泛认可的理论模型。变压器在恒定热应力作用下的寿命计算模型是阿伦纽斯模型,输入参数为变压器的热点温度;电应力和机械应力的寿命计算模型都为反幂模型,输入参数分别为场强和机械应力。这些模型均只针对单一应力,无法考虑多种应力同时作用的情况,并且输入参数均为恒定值,不能随时间变化。但实际工况下,多种应力同时存在,热点温度、场强和机械应力也都不是恒定值,所以想要真实反映变压器的使用寿命,需要计算多种时变应力同时作用下的累积作用效果。目前对这种变压器遭受多种时变应力综合作用时的寿命计算尚无良好方法。另外,对变压器在遭受时变随机应力作用时的寿命损耗也无合理方法。因此,现有的变压器使用寿命计算方法不能完全反应变压器运行的实际情况,估算的变压器寿命可信度较低。
发明内容
本发明的目的是提出一种多种时变应力作用下变压器使用寿命的计算方法,本发明的目的是为电力部门提供一种能够根据变压器实际运行数据度量各种应力对变压器寿命影响的方法,计算变压器在多种时变应力条件下的使用寿命,从而为变压器管理提供依据。
本发明提出的多种时变应力作用下变压器使用寿命的计算方法,包括以下步骤:
(1)设定变压器运行初始化时,时刻T=0,寿命损耗D=0;
(2)获取变压器运行时间段t内受到的持续应力,持续应力包括热应力、电应力和机械应力,将时间段t划分为n个单位时间段tΔ,记为t1,t2…tn,其中的热应力以第一热点温度θ1,θ2…,θn表示,电应力以第一场强E1,E2…En表示,机械应力以第一机械应力M1,M2…,Mn表示;
获取变压器运行时间段t内受到的随机应力,随机应力包括过负荷冲击应力、雷电冲击应力和外部短路冲击应力,其中过负荷冲击应力以变压器第二热点温度θo1,θo2…,θox和相应的过负荷冲击次数no1,no2…,nox表示,雷电冲击应力以第二电压Ul1,Ul2…,Ulx和相应的雷电冲击次数nl1,nl2…,nlx表示,外部短路冲击应力以第二电流Is1,Is2…,Isx和相应的短路冲击次数ns1,ns2…,nsx表示;
(3)对热应力,根据阿伦纽斯模型,分别计算在第一热点温度θ1,θ2…,θn下的变压器热使用寿命Lθ1,Lθ2…,Lθn,
根据热使用寿命Lθ1,Lθ2…,Lθn,计算得到变压器在时段t内由于热应力引起的热寿命损耗dθ为:
对电应力,根据反幂模型,分别计算在第一场强E1,E2…En下的变压器电使用寿命LE1,LE2…,LEn,
根据电使用寿命LE1,LE2…,LEn,计算得到变压器在时段t内由于电应力引起的电寿命损耗dE为:
对机械应力,根据反幂模型,分别计算在第一机械应力M1,M2…,Mn下的变压器机械使用寿命LM1,LM2…,LMn,
根据机械使用寿命LM1,LM2…,LMn,计算得到变压器在时段t内由于机械应力引起的机械寿命损耗dM为:
对过负荷冲击应力,根据阿伦纽斯模型,计算变压器在第二热点温度θo1,θo2…,θox下可承受的总过负荷次数No1,No2…,Nox,
根据可承受的总过负荷次数No1,No2…,Nox,计算得到变压器在时段t内由于过负荷冲击应力引起的过负荷冲击寿命损耗为:
对雷电冲击应力,根据已有的变压器U-N曲线,得到变压器在第二电压Ul1,Ul2…,Ulx下可承受的总雷电冲击次数Nl1,Nl2…,Nlx,
对外部短路冲击应力,根据已有的变压器I-N曲线,得到变压器在第二电流Is1,Is2…,Isx下可承受的总短路冲击次数Ns1,Ns2…,Nsx,
在时段t内,由所有应力引起的变压器寿命损耗为:
(4)计算T=T+t时刻,变压器的累积寿命损耗D=D+d,对D进行判断,若D大于1,则表明变压器使用寿命到期,即变压器的估算寿命为L=T;若D小于1,则表明变压器使用寿命未到期,重复步骤(2)—步骤(4),直到变压器使用寿命到期。
本发明提出的多种时变应力作用下变压器使用寿命的计算方法,其优点是,本发明方法针对目前对变压器遭受各种时变应力的累积作用尚无良好计算方法,根据线性累积损伤理论,考虑由热应力、电应力、机械应力、随机应力等各种时变应力对变压器的累积作用,以小时段为计算单位,不同时段的应力值可以不同,将应力的时变性考虑在内;使用寿命损耗的概念将不同种类应力对变压器的影响统一度量,并在此基础上考虑多种应力的综合影响,因此计算得到的变压器的使用寿命结果更准确,更加符合实际情况,从而对工程应用更具有指导意义。
具体实施方式
本发明提出的多种时变应力作用下变压器使用寿命的计算方法,包括以下步骤:
(1)设定变压器运行初始化时,时刻T=0,寿命损耗D=0;
(2)获取变压器运行时间段t内受到的持续应力,持续应力包括热应力、电应力和机械应力,将时间段t划分为n个单位时间段tΔ,记为t1,t2…tn,其中的热应力以第一热点温度θ1,θ2…,θn表示,电应力以第一场强E1,E2…En表示,机械应力以第一机械应力M1,M2…,Mn表示;
获取变压器运行时间段t内受到的随机应力,随机应力包括过负荷冲击应力、雷电冲击应力和外部短路冲击应力,其中过负荷冲击应力以变压器第二热点温度θo1,θo2…,θox和相应的过负荷冲击次数no1,no2…,nox表示,雷电冲击应力以第二电压Ul1,Ul2…,Ulx和相应的雷电冲击次数nl1,nl2…,nlx表示,外部短路冲击应力以第二电流Is1,Is2…,Isx和相应的短路冲击次数ns1,ns2…,nsx表示;
(3)对热应力,根据阿伦纽斯模型,
模型中Lθ为变压器热使用寿命,a、b为与变压器的电压等级,绝缘纸的类别等因素有关的常数,a、b的常见取值为1.7×10-12(小时),15000,θ为热点温度,分别计算在第一热点温度θ1,θ2…,θn下的变压器热使用寿命Lθ1,Lθ2…,Lθn,
根据热使用寿命Lθ1,Lθ2…,Lθn,计算得到变压器在时段t内由于热应力引起的热寿命损耗dθ为:
对电应力,根据反幂模型,
LE=c(E/E0)-z
模型中LE为电使用寿命,E为场强,c、z为常数,常见取值为3.9×108(小时)、7,E0为参考场强,取值为5.0(kV/mm),分别计算在第一场强E1,E2…En下的变压器电使用寿命LE1,LE2…,LEn,
根据电使用寿命LE1,LE2…,LEn,计算得到变压器在时段t内由于电应力引起的电寿命损耗dE为:
对机械应力,根据反幂模型,
LM=e(M/M0)-f
模型中LM为机械使用寿命,M为机械应力,e、f为常数,常见取值为3.9×108(小时)、2.3,M0为参考机械应力,取值为2.4×10-4(N/mm2),分别计算在第一机械应力M1,M2…,Mn下的变压器机械使用寿命LM1,LM2…,LMn,
根据机械使用寿命LM1,LM2…,LMn,计算得到变压器在时段t内由于机械应力引起的机械寿命损耗dM为:
对过负荷冲击应力,可表示为t时段内由过负荷冲击应力引起的第二热点温度θo1,θo2…,θox和相应的冲击时间to1,to2…,tox。根据阿伦纽斯模型,计算变压器在第二热点温度θo1,θo2…,θox下的变压器热使用寿命Lθo1,Lθo2…,Lθox,
根据热使用寿命Lθo1,Lθo2…,Lθox,计算得到变压器在第二热点温度θo1,θo2…,θox下可承受的总过负荷次数No1,No2…,Nox,
对雷电冲击应力,根据已有的变压器U-N曲线,得到变压器在第二电压Ul1,Ul2…,Ulx下可承受的总雷电冲击次数Nl1,Nl2…,Nlx,
对外部短路冲击应力,根据已有的变压器I-N曲线,得到变压器在第二电流Is1,Is2…,Isx下可承受的总短路冲击次数Ns1,Ns2…,Nsx,
根据可承受的总短路冲击次数Ns1,Ns2…,Nsx,计算得到变压器在时段t内由于外部短路冲击应力引起的短路冲击寿命损耗为
在时段t内,由所有应力引起的变压器寿命损耗为:
(4)计算T=T+t时刻,变压器的累积寿命损耗D=D+d,对D进行判断,若D大于1,则表明变压器使用寿命到期,即变压器的估算寿命为L=T;若D小于1,则表明变压器使用寿命未到期,重复步骤(2)—步骤(4)。
变压器在使用过程中遭受各种应力:正常运行条件下的持续应力,根据应力机制不同又分为电应力、热应力、机械应力等;还有随机事件引发的随机应力,例如雷击、短路等。变压器在这些不同种类应力的综合作用下绝缘状况逐渐劣化直至寿命终结。同时,各类应力的实际值并不是常数,而是随时间变化的。
本方法给出了寿命损耗的定义。假定应力在一小时间段内保持不变,寿命损耗定义为在这段时间内变压器在此应力作用下所引起的寿命的减少量。电、热、机械各类应力的寿命损耗的具体计算方法可根据背景技术计算,下面以热应力为例将具体计算方法描述如下:
变压器实际运行中遭受的热应力是时变的,但是将时间划分为长度为t的小段后,每一小时段t内应力值变化不大,可以取时段内应力值的平均值F作为应力代表值。假设变压器一直独立遭受应力F的作用,使用背景技术中与热应力对应的阿伦纽斯理论,得到变压器在F作用下的估计寿命为LF,据此计算出时段t内热应力造成的变压器寿命损耗为t/LF。
同理可计算在某一小时段内电、热、机械与随机应力造成的寿命损耗。
首先输入足够长时间的热应力、电应力、机械应力、随机应力观测资料以供计算使用。设定变压器运行初始时刻T=0时寿命损耗D为0,在接下来的一个小时段t内计算各应力的平均值作为代表值,计算各种应力造成的变压器寿命损耗。将每种应力造成的寿命损耗相加得到时间t内变压器寿命损耗总和d,因此到时刻T为止造成的累计寿命损耗为D=D+d。此时判断D是否大于1,若大于1,表明寿命在此时刻终止,变压器估算寿命为T;若D小于1,表明变压器尚能工作,进入下一个时段t,重复以上计算过程。
上述变压器寿命评估方法以小时段为计算单位,不同时段的应力值可以不同,将应力的时变性考虑在内;使用寿命损耗的概念将不同种类应力对变压器的影响统一度量,在此基础上考虑了多种应力的综合影响,更加符合实际情况。
Claims (1)
1.一种多种时变应力作用下变压器使用寿命的计算方法,其特征在于该计算方法包括以下步骤:
(1)设定变压器运行初始化时,时刻T=0,寿命损耗D=0;
(2)获取变压器运行时间段t内受到的持续应力,持续应力包括热应力、电应力和机械应力,将时间段t划分为n个单位时间段tΔ,记为t1,t2…tn,其中的热应力以第一热点温度θ1,θ2…,θn表示,电应力以第一场强E1,E2…En表示,机械应力以第一机械应力M1,M2…,Mn表示;
获取变压器运行时间段t内受到的随机应力,随机应力包括过负荷冲击应力、雷电冲击应力和外部短路冲击应力,其中过负荷冲击应力以变压器第二热点温度θo1,θo2…,θox和相应的过负荷冲击次数no1,no2…,nox表示,雷电冲击应力以第二电压Ul1,Ul2…,Ulx和相应的雷电冲击次数nl1,nl2…,nlx表示,外部短路冲击应力以第二电流Is1,Is2…,Isx和相应的短路冲击次数ns1,ns2…,nsx表示;
(3)对热应力,根据阿伦纽斯模型,分别计算在第一热点温度θ1,θ2…,θn下的变压器热使用寿命Lθ1,Lθ2…,Lθn,
根据热使用寿命Lθ1,Lθ2…,Lθn,计算得到变压器在时段t内由于热应力引起的热寿命损耗dθ为:
对电应力,根据反幂模型,分别计算在第一场强E1,E2…En下的变压器电使用寿命LE1,LE2…,LEn,
根据电使用寿命LE1,LE2…,LEn,计算得到变压器在时段t内由于电应力引起的电寿命损耗dE为:
对机械应力,根据反幂模型,分别计算在第一机械应力M1,M2…,Mn下的变压器机械使用寿命LM1,LM2…,LMn,
根据机械使用寿命LM1,LM2…,LMn,计算得到变压器在时段t内由于机械应力引起的机械寿命损耗dM为:
对过负荷冲击应力,根据阿伦纽斯模型,计算变压器在第二热点温度θo1,θo2…,θox下可承受的总过负荷次数No1,No2…,Nox,
对雷电冲击应力,根据已有的变压器U-N曲线,得到变压器在第二电压Ul1,Ul2…,Ulx下可承受的总雷电冲击次数Nl1,Nl2…,Nlx,
对外部短路冲击应力,根据已有的变压器I-N曲线,得到变压器在第二电流Is1,Is2…,Isx下可承受的总短路冲击次数Ns1,Ns2…,Nsx,
在时段t内,由所有应力引起的变压器寿命损耗为:
(4)计算T=T+t时刻,变压器的累积寿命损耗D=D+d,对D进行判断,若D大于1,则表明变压器使用寿命到期,即变压器的估算寿命为L=T;若D小于1,则表明变压器使用寿命未到期,重复步骤(2)—步骤(4),直到变压器使用寿命到期。
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Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN104008288A (zh) * | 2014-05-23 | 2014-08-27 | 清华大学 | 一种变压器寿命仿真估计方法 |
CN104537237A (zh) * | 2014-12-25 | 2015-04-22 | 云南电网公司电力科学研究院 | 多种时变应力作用下输变电设备寿命评估方法 |
CN107085152A (zh) * | 2017-04-13 | 2017-08-22 | 国网天津市电力公司 | 一种基于广义极值分布的变压器寿命概率评价方法 |
CN110007199A (zh) * | 2019-02-14 | 2019-07-12 | 重庆大学 | 固体绝缘材料的电压耐受指数确定方法、装置及智能终端 |
CN112924788A (zh) * | 2020-12-31 | 2021-06-08 | 广东电网有限责任公司电力科学研究院 | 一种变压器短路累加效应的预警方法及装置 |
Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN101320253A (zh) * | 2007-12-14 | 2008-12-10 | 上海发电设备成套设计研究院 | 厂级多台发电机组主机重要部件寿命在线管理方法及*** |
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Patent Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN101320253A (zh) * | 2007-12-14 | 2008-12-10 | 上海发电设备成套设计研究院 | 厂级多台发电机组主机重要部件寿命在线管理方法及*** |
Non-Patent Citations (5)
Title |
---|
XIANG ZHANG 等: "《Component Reliability Modeling of Distribution Systems Based on the Evaluation of Failure Statistics》", 《IEEE TRANSACTION ON DIELECTRICS AND ELECTRICAL INSULATION》 * |
XIANG ZHANG 等: "《Reliability Centered Asset Management for Medium-Voltage Deteriorating Electrical Equipment Based on Germany Failure Statistics》", 《IEEE TRANSACTION ON POWER SYSTEMS》 * |
张翔 等: "《一种基于负载率和设备检测信息的油浸式变压器故障率模型》", 《电网技术》 * |
杨宣涛: "《基于状态监测的变压器寿命评估》", 《中国优秀硕士学位论文全文数据库-工程科技II辑》 * |
白翠粉 等: "《基于3层贝叶斯网络的变压器综合故障诊断》", 《高压电技术》 * |
Cited By (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN104008288A (zh) * | 2014-05-23 | 2014-08-27 | 清华大学 | 一种变压器寿命仿真估计方法 |
CN104008288B (zh) * | 2014-05-23 | 2017-05-31 | 清华大学 | 一种变压器寿命仿真估计方法 |
CN104537237A (zh) * | 2014-12-25 | 2015-04-22 | 云南电网公司电力科学研究院 | 多种时变应力作用下输变电设备寿命评估方法 |
CN107085152A (zh) * | 2017-04-13 | 2017-08-22 | 国网天津市电力公司 | 一种基于广义极值分布的变压器寿命概率评价方法 |
CN107085152B (zh) * | 2017-04-13 | 2019-05-31 | 国网天津市电力公司 | 一种基于广义极值分布的变压器寿命概率评价方法 |
CN110007199A (zh) * | 2019-02-14 | 2019-07-12 | 重庆大学 | 固体绝缘材料的电压耐受指数确定方法、装置及智能终端 |
CN110007199B (zh) * | 2019-02-14 | 2020-05-01 | 重庆大学 | 固体绝缘材料的电压耐受指数确定方法、装置及智能终端 |
CN112924788A (zh) * | 2020-12-31 | 2021-06-08 | 广东电网有限责任公司电力科学研究院 | 一种变压器短路累加效应的预警方法及装置 |
Also Published As
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