多种时变应力作用下变压器使用寿命的计算方法

摘要

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。

主权项

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t_Δ，记为t₁,t₂…t_n，其中的热应力以第一热点温度θ₁,θ₂…,θ_n表示，电应力以第一场强E₁,E₂…E_n表示，机械应力以第一机械应力M₁,M₂…,M_n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θ_o1,θ_o2…,θ_ox和相应的过负荷冲击次数n_o1,n_o2…,n_ox表示，雷电冲击应力以第二电压U_l1,U_l2…,U_lx和相应的雷电冲击次数n_l1,n_l2…,n_lx表示，外部短路冲击应力以第二电流I_s1,I_s2…,I_sx和相应的短路冲击次数n_s1,n_s2…,n_sx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…,θ_n下的变压器热使用寿命L_θ1，L_θ2…,L_θn，根据热使用寿命L_θ1，L_θ2…,L_θn，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d_θ为：$d_{\theta }=\frac{t_{\Delta }}{L_{\theta 1}}+\frac{t_{\Delta }}{L_{\theta 2}}+...+\frac{t_{\Delta }}{L_{\mathrm{\theta n}}}$对电应力，根据反幂模型，分别计算在第一场强E₁,E₂…E_n下的变压器电使用寿命L_E1，L_E2…,L_En,根据电使用寿命L_E1，L_E2…,L_En，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d_E为：$d_E=\frac{t_{\Delta }}{L_{E_1}}+\frac{t_{\Delta }}{L_{E_2}}+...+\frac{t_{\Delta }}{L_{E_n}}$对机械应力，根据反幂模型，分别计算在第一机械应力M₁,M₂…,M_n下的变压器机械使用寿命L_M1，L_M2…,L_Mn，根据机械使用寿命L_M1，L_M2…,L_Mn，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d_M为：$d_M=\frac{t_{\Delta }}{L_{M_1}}+\frac{t_{\Delta }}{L_{M_2}}+...+\frac{t_{\Delta }}{L_{M_n}}$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θ_o1,θ_o2…,θ_ox下可承受的总过负荷次数N_o1,N_o2…,N_ox，根据可承受的总过负荷次数N_o1,N_o2…,N_ox，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：$d_{{\theta }_o}=\frac{n_{o1}}{N_{o1}}+\frac{n_{o2}}{N_{o2}}+...+\frac{n_{\mathrm{ox}}}{N_{\mathrm{ox}}}$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U_l1,U_l2…,U_lx下可承受的总雷电冲击次数N_l1,N_l2…,N_lx，根据可承受的总雷电冲击次数N_l1,N_l2…,N_lx，计算得到变压器在时段t内由于雷电冲击应力引起的雷电冲击寿命损耗为：$d_{U_l}=\frac{n_{l1}}{N_{l1}}+\frac{n_{l2}}{N_{l2}}+...+\frac{n_{\mathrm{lx}}}{N_{\mathrm{lx}}}$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I_s1,I_s2…,I_sx下可承受的总短路冲击次数N_s1,N_s2…,N_sx，根据可承受的总短路冲击次数N_s1,N_s2…,N_sx，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：$d_{\mathrm{Is}}=\frac{n_{s1}}{N_{s1}}+\frac{n_{s2}}{N_{s2}}+...+\frac{n_{\mathrm{sx}}}{N_{\mathrm{sx}}}$在时段t内，由所有应力引起的变压器寿命损耗为：$d=d_{\theta }+d_E+d_M+d_{{\theta }_o}+d_{U_l}+d_{I_s}$（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。