本申請涉及變壓器壽命預測，尤其涉及一種變壓器壽命損失計算方法、設備及存儲介質(zhì)。

背景技術：

1、隨著新型電力系統(tǒng)的快速建設，電壓等級與容量不斷增加，電力變壓器作為承擔電網(wǎng)電能傳輸和電壓轉(zhuǎn)換任務的關鍵元件，故障率也隨之升高。研究人員經(jīng)過多年的實踐經(jīng)驗發(fā)現(xiàn)，變壓器壽命減少的主要原因是絕緣材料老化，而熱點溫度作為變壓器最高溫度值，一旦高于額定值，絕緣材料老化速度呈現(xiàn)斷崖式增加，嚴重威脅變壓器的正常工作，如若溫度過低，變壓器運行在低溫低負載狀態(tài)，絕緣材料壽命損失低于額定值，大量載荷潛力被浪費，存在壽命盈余。

2、目前，變壓器的熱老化壽命損失計算存在以下兩方面問題：1.現(xiàn)行變壓器壽命損失計算所使用的熱點溫度計算方法誤差大、準確性差，一般利用環(huán)境溫度、頂層油對環(huán)境的溫差以及變壓器熱點對頂層油的溫差簡單疊加得到，而壽命損失本質(zhì)上為物理溫度過高導致的絕緣材料老化累計，忽略了變壓器的溫升過程，通常在30-90分鐘，缺少對熱傳遞過程的動態(tài)時間精細化模擬，進而導致熱老化壽命損失計算誤差大。2.傳統(tǒng)方法缺少對短時過載能力的考慮，導致壽命計算趨于保守，主要體現(xiàn)在以下兩方面。一方面，傳統(tǒng)情況下變壓器以長期運行最大允許溫度和保守氣象條件為依據(jù)進行壽命預估，由于氣象條件時變性、電流波動性及熱慣性均較強，因此變壓器短時高負荷并不一定導致過高的熱點溫度，如高于長期最大允許運行溫度，整體壽命損失缺在允許范圍內(nèi)。另一方面，在保證設計壽命前提下，低溫低負載下壽命損失遠低于最大允許溫度情況，為運行壽命帶來了大量盈余，且工程上允許變壓器熱點溫度高于長期最大允許運行溫度，短時過載能力有待進一步挖掘。

3、因此，現(xiàn)有計算方法沒有考慮變壓器實際運行狀態(tài)，造成變壓器壽命損失計算保守或者冒進，設備故障或資源浪費時有發(fā)生。

技術實現(xiàn)思路

1、本申請?zhí)峁┝艘环N變壓器壽命損失計算方法、設備及存儲介質(zhì)，用以解決上述問題。

2、一方面，本申請?zhí)峁┝艘环N變壓器壽命損失計算方法，所述方法包括以下步驟：

3、步驟s1：建立基于底層油溫的變壓器熱點熱路模型；

4、步驟s2：基于基爾霍夫定律，將熱阻類比于電阻，將損耗類比于電流源，將底層油溫和熱點溫度類比于電壓，將變壓器介質(zhì)特性類比于電容，得到下式：

5、

6、式中：為底層油熱容；為底層油與外部環(huán)境間熱阻；為底層油溫；為鐵損耗；為負載損耗；為繞組熱容；為熱點與底層油間熱阻；為熱點溫度；為繞組損耗；

7、步驟s3：利用龍格-庫塔法求解步驟s2中的公式，仿真模擬變壓器熱點溫度變化軌跡；

8、步驟s4：將絕緣壽命表示為介質(zhì)和溫度的函數(shù)，如下式所示：

9、

10、式中：dpend為變壓器設計壽命結束時絕緣量；dpstart為變壓器初始時絕緣量；a為化學環(huán)境的常數(shù)；l(θhs)為運行壽命；e為活化能；r為氣體常數(shù)；θhs為熱點溫度；

11、步驟s5：基于下式，計算變壓器的壽命損失百分比：

12、

13、步驟s6：基于下式，計算運行周期t內(nèi)，壽命的損失百分比為：

14、

15、其中，將運行周期t劃分為t1，t2……tn一共n個運行區(qū)間，每一個運行區(qū)間劃分為無窮個子區(qū)間dt；

16、步驟s7：判斷變壓器的壽命的損失百分比是否達到上限約束。

17、在本申請的一種實現(xiàn)方式中，所述步驟s3中，龍格-庫塔方法是四階的，四階龍格-庫塔法其表達式為：

18、

19、本申請還提供了一種變壓器壽命損失計算設備，所述設備包括：

20、至少一個處理器；以及，

21、與所述至少一個處理器通信連接的存儲器；其中，

22、所述存儲器存儲有可被所述至少一個處理器執(zhí)行的指令，所述指令被所述至少一個處理器執(zhí)行，以使所述至少一個處理器能夠完成前述的一種變壓器壽命損失計算方法。

23、本申請還提供了一種變壓器壽命損失計算的非易失性計算機存儲介質(zhì)，存儲有計算機可執(zhí)行指令，所述計算機可執(zhí)行指令被處理器執(zhí)行以用于前述的一種變壓器壽命損失計算方法。

24、本申請?zhí)峁┑囊环N變壓器壽命損失計算方法、設備及介質(zhì)，具有以下有益效果：

25、(1)利用一種基于底層油溫的變壓器熱點溫度熱路模型，從物理本質(zhì)挖掘變壓器復雜構造結構下的熱傳遞過程，并且充分考慮了油粘度、冷卻方式等類型差異性因素，可以實時、準確描述變壓器熱點溫度的動態(tài)過程，減少了傳統(tǒng)計算方法誤差，為壽命損失計算提供了精確的數(shù)據(jù)支撐；

26、(2)提出計及短時過載能力的油浸式變壓器熱老化壽命損失計算方法，充分考慮變壓器在實時運行情況下的短時過載能力，極大挖掘了蘊藏在熱慣性過程中的短時過流能力，實現(xiàn)了變壓器壽命損失的精益化計算，為變壓器狀態(tài)評估和故障分析提供一種有效的數(shù)據(jù)支撐，符合雙碳目標下新型電力系統(tǒng)的應用前景，為進一步形成變壓器壽命損失計算標準化方法建立了理論框架和進行了有益探討，有利于提高電網(wǎng)建設投資效率以及變電設備利用率，進而帶來可觀社會與經(jīng)濟效益。

技術特征：

1.一種變壓器壽命損失計算方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟：

2.根據(jù)權利要求1所述的一種變壓器壽命損失計算方法，其特征在于，所述步驟s3中，龍格-庫塔方法是四階的，四階龍格-庫塔法其表達式為：

3.一種變壓器壽命損失計算設備，其特征在于，所述設備包括：

4.一種變壓器壽命損失計算的非易失性計算機存儲介質(zhì)，存儲有計算機可執(zhí)行指令，其特征在于，所述計算機可執(zhí)行指令被處理器執(zhí)行以用于實現(xiàn)權利要求1-2任意一項所述的一種變壓器壽命損失計算方法。

技術總結
本申請公開了一種變壓器壽命損失計算方法、設備及存儲介質(zhì)，將變壓器壽命計算由工程保守設計轉(zhuǎn)移到電熱載荷能力本質(zhì)上，建立一種基于底層油溫的變壓器熱點熱路模型，充分考慮油流路徑、油粘度、變壓器結構等因素，能夠從物理本質(zhì)描述變壓器的熱傳遞過程，全面展現(xiàn)變壓器熱點溫度與電流的不一致性，實現(xiàn)變壓器熱點溫度的精準化動態(tài)過程計算，利用微分的思想將長時間熱點溫度?時間曲線劃分為無數(shù)個小區(qū)間，在該小區(qū)間內(nèi)視為電氣量與熱點溫度恒定，將數(shù)據(jù)帶入變壓器絕緣壽命模型中，進而以設計老化壽命為約束，釋放蘊藏在全壽命期間的短時過載能力，重新評估變壓器運行狀態(tài)，提出一種計及短時過載能力的油浸式變壓器熱老化壽命損失計算方法。

技術研發(fā)人員：周生遠,高琦,胡旭冉,呂平,王思源,竇昊寧,丁昊,張德才,高衛(wèi)康,鮑新
受保護的技術使用者：國網(wǎng)山東省電力公司濟南供電公司
技術研發(fā)日：
技術公布日：2025/5/15