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基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的大型礦用隔爆型干式變壓器動態(tài)溫升預(yù)測研究
近年來，礦用隔爆型移動變電站（簡稱移變）的單機容量不斷增加。目前全國首臺c級絕緣大容量3150kVA移變也試制成功并已投入工業(yè)試運行。
礦用隔爆型干式變壓器作為移動變電站的核心設(shè)備，由于其特殊的結(jié)構(gòu)及工作制，正確計算和預(yù)測其主要部位的溫度特性特別是其動態(tài)特性對產(chǎn)品的優(yōu)化設(shè)計及過負荷能力等性能分析都有很大的現(xiàn)實意義，同時也是提高移動變電站可靠性和安全性的重要保證。
變壓器的動態(tài)溫升分析，傳統(tǒng)方法是根據(jù)變壓器的熱傳遞過程，經(jīng)過近似和簡化處理，建立其熱模型進行模擬數(shù)值計算21.但由于變壓器熱模型是一個典型的非線性系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，材料的多種多樣，各參數(shù)的依賴關(guān)系都較復(fù)雜，要較準確的建立其動態(tài)熱模型十分困難，對于采用混合絕緣的礦用隔爆型干式變壓器則更明顯。而人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)以其高度的非線性映射能力、自組織結(jié)構(gòu)、高度并行處理方式和不需預(yù)先建模等優(yōu)點，為方便、快捷、準確的計算和預(yù)測變壓器的動態(tài)溫升提供了可能，對于特定工作條件下的動態(tài)溫升預(yù)測優(yōu)勢明顯。本文將改進型的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)用于隔爆型干式變壓器負載動態(tài)溫升預(yù)測，證明了該方法的可行性和優(yōu)越性。
二、隔爆型干式變壓器的熱傳遞模型和動態(tài)溫升特點礦用隔爆型移動變電站直接工作地點靠近采煤黃守道（1962?）湖南資興人，副教授，博士研究生。
殼內(nèi)主要熱源鐵芯和繞組發(fā)出的熱量先從內(nèi)部由傳導(dǎo)方式傳遞到該部分散熱表面，然后以對流和輻射方式由散熱面?zhèn)鬟f給殼內(nèi)空氣，通過空氣的對流，把來自鐵芯和繞組的熱量傳給隔爆外殼，加熱了的隔爆外殼通過輻射和周圍空氣對流把熱量散走。同時熱源通過傳導(dǎo)、空氣對流等方式把熱量傳遞給器身其它絕緣件使其升溫。熱源一方面通過冷卻媒質(zhì)空氣把熱量散發(fā)到殼外，另一方面，殼內(nèi)各熱源之間也發(fā)生著熱交換。因而使得其熱模型變得更加復(fù)雜，利用傳統(tǒng)的數(shù)值計算方法分析其動態(tài)溫升過程非常困難。
大容量隔爆型干式變壓器的另一個特點是各部分的相對發(fā)熱時間常數(shù)較高，殼內(nèi)各部分溫度場穩(wěn)定時間長，以一臺3150kVAC級隔爆干變?yōu)槔渚€圈部分標準額定溫升為150IK損耗溫度為170*Ct3，導(dǎo)線采用NOMEX紙包無氧銅導(dǎo)線，170°C時電阻率為0.2741 mm2/m，電流密度0.9A/mm2，線圈平均溫升120K隔爆外殼溫升42K根據(jù)發(fā)熱時間常數(shù)估算公式：溫升（K線電流密度（A/mm2）。知線圈的發(fā)熱時間常數(shù)為：目前，我國大多煤礦都采用一天四班制，三班工作，一班設(shè)備維護檢修的工作制形式，每天移變工作時間在18小時左右，變壓器實際運行于以24小時為一周期的間斷長期工作制形式。所以變壓器在非穩(wěn)定溫升狀態(tài)下工作時間較長，只有正確對其主要部位的動態(tài)溫升進行分析、計算和預(yù)測，才能較準確的確定變壓器的實際過負荷能力，達到準確的選用各部分的絕緣材料，優(yōu)化產(chǎn)品設(shè)計的目的。
三、BPNN的隔爆型干式變壓器動態(tài)溫升預(yù)測模型從上述的隔爆型干式變壓器熱傳遞模型可知，來自鐵芯和線圈的兩主要熱源發(fā)出的熱量一方面本身儲存一部分熱量使其溫升增加，另一方面通過各種熱交換方式把熱量散發(fā)出去使周圍的結(jié)構(gòu)件，殼內(nèi)空氣和隔爆外殼溫升增加，忽略系統(tǒng)對周圍環(huán)境的影響，隨著時間的增加，系統(tǒng)后達到一個發(fā)熱和散熱過程的動態(tài)平衡，各部分溫升達到穩(wěn)定狀態(tài)。變壓器結(jié)構(gòu)確定后，內(nèi)部鐵芯和線圈的損耗發(fā)熱主要決定于系統(tǒng)電壓和負載電流，同時又與其某時刻的溫度有關(guān)。撇開系統(tǒng)內(nèi)復(fù)雜的函數(shù)數(shù)值對應(yīng)關(guān)系，我們可以簡單認為：變壓器內(nèi)部溫度場的動態(tài)過程，可以看作是一個基于已知模型，在某種給定工況和初始條件下，某部位的溫升對于時間的一個連續(xù)函數(shù)，當然這個連續(xù)函數(shù)是高度非線性的，難以用準確的數(shù)學(xué)模型來表達。對于在零初始狀態(tài)下，周圍環(huán)境溫度影響較小，電網(wǎng)輸入電壓波動不大的給定礦用隔爆型干式變壓器內(nèi)部關(guān)鍵點動態(tài)溫升過程通過簡化可以近似的看作是：輸入電壓U，二次電流12和時間T與各關(guān)鍵點01 ~0n之間的一個高度非線性映射關(guān)系。
（一）BP（Back-propagation）神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型），都存在一個輸入層有n個神經(jīng)元，隱層有2n+1個神經(jīng)元，輸出層有m個神經(jīng)元的三層神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，該神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)可用來表達該連續(xù)函數(shù)Y=9（x）。
（二）隔爆型干式變壓器的動態(tài)溫升預(yù)測BP網(wǎng)絡(luò)模型以我廠近期開發(fā)的3150kVA移動變電站為例，其模型和預(yù)測對象是在零初始溫升下，變壓器在各負載情況下24小時內(nèi)，箱殼、鐵芯、鐵芯封板、高壓引線、低壓線圈的溫升動態(tài)變化情況，基于ko-mogorov定理，理論上我們可以米用一BP網(wǎng)絡(luò)來實現(xiàn)其映射F：⑴，I2T）*（01~05）。通過對樣本的自適應(yīng)學(xué)習(xí)和訓(xùn)練后，在不需要預(yù)先建模的情況下可以一次求解出各關(guān)鍵點的動態(tài)溫升。這正是我們利用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)來求解非線性問題的明顯優(yōu)勢。
根據(jù)實際模型的學(xué)習(xí)訓(xùn)練情況，我們在MAT-LAB劉國海，范建中。變壓器動態(tài)溫升的模擬計算。江蘇理工大學(xué)學(xué)報，1995，（1）：崔立君。特種變壓器理論與設(shè)計。北京：科學(xué)技術(shù)出版社，1996.王耀南。計算機智能信息處理技術(shù)及其應(yīng)用。長沙：湖南大學(xué)出版社，1999.黃文梅，楊勇，熊桂林，成曉明。系統(tǒng)仿真分析與設(shè)計一MATLAB語言工程應(yīng)用。長沙：國防科技大學(xué)出版社，2001.
