基于渐进均匀化法的变压器温度场检测分析方法与流程

本发明涉及变压器，尤其涉及基于渐进均匀化法的变压器温度场检测分析方法。

背景技术：

1、当前，我国正处于能源与数字革命融合发展的时期，电力系统作为能源行业的核心枢纽，其数字化转型十分必要。数字孪生作为数字化关键技术，可将电力装备的各种原始状态通过数据采集、存储和仿真分析，映射到虚拟的信息空间中，通过物理设备的虚拟模型，实现对设备状态的掌控和预测。数值仿真技术是物理实体生成数字孪生体的核心技术。基于温度场仿真构建的电力设备数字孪生体是解决电力设备热、力、电磁三大问题中的热问题的关键。作为温度场仿真需要设置的最重要的物性参数，热传导系数设置与实际不符时将导致模型计算结果与实际情况产生较大误差。为构建精准的数字孪生体，仿真模型每个部件的热传导系数需精准设置。

2、电力设备周期性结构根据其内部是否含有流体分为含流体与不含流体两类。渐进均匀化求解等效热传导系数，建模时将复合结构周期性结构内部各组分均视为固体静止态。当电力设备周期性结构不含流体时，符合上述使用条件，但是变压器内部有变压器油，变压器油作为流体，现有技术只考虑变压器硬件部分，而忽略变压油热传导的影响，导致得到的变压器温度场不准确，影响对变压器温度的判断。

技术实现思路

1、本发明解决的技术问题是：现有技术只考虑变压器硬件部分，而忽略变压油热传导的影响，导致得到的变压器温度场不准确，影响对变压器温度的判断。

2、为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：基于渐进均匀化法的变压器温度场检测分析方法，包括：

3、步骤s1，采集变压器的温度数据、电流数据、电压数据和流速信息，基于所述流速信息对变压器热对流进行判断，并获取判断结果；

4、步骤s2，根据所述判断结果构建变压器仿真模型；

5、步骤s3，利用渐进均匀化方法对变压器仿真模型的等效热传导系数进行求解；

6、步骤s4，根据变压器仿真模型的热传导系数获取变压器温度场；

7、步骤s5，实时采集变压器检测点温度和流速信息，基于所述检测点温度和热传导系数对变压器内部的温度进行计算，获取计算结果；

8、步骤s6，根据变压器温度场，对所述计算结果进行判断。

9、作为本发明所述的基于渐进均匀化法的变压器温度场检测分析方法的一种优选方案，其中：所述步骤s1具体包括：

10、步骤s11，在变压器上标定外部测温点和内部测温点的位置，并分别获取外部测温点和内部测温点的位置信息，在外部测温点和内部测温点上设置温度传感器，根据所述位置信息分别对外部测温点和内部测温点上的温度传感器进行编号，并获取温度编号信息，以及温度编号信息对应的温度信息；

11、步骤s12，在变压器内部标定流量检测点的位置，并获取流量检测点的位置信息，在流量检测点设置流量传感器，对所述流量传感器进行编号，获取流量编号信息，以及流量编号信息对应的流速信息；

12、步骤s13，利用电流传感器获取电流数据，利用电压传感器获取电压数据，并记录电流数据和电压数据的采集时间点。

13、作为本发明所述的基于渐进均匀化法的变压器温度场检测分析方法的一种优选方案，其中：所述步骤s2具体包括：

14、利用无量纲贝克莱数对所述流速信息对变压器热对流进行判断，贝克莱数数学表达式为：

15、

16、其中，pe为无量纲贝克莱数，ρ为变压器油的密度，cp为变压器油的比热容，ν为变压器油的流速信息，l为变压器油流动通道的长度，k为变压器油的热传导系数；

17、若无量纲贝克莱数小于1时，热传导起主导作用，忽略热对流，将变压器油当做固体进行计算，根据变压器的热传导作用计算变压器各个位置温度；

18、若无量纲贝克莱数大于或等于1时，需要计算变压器油的热对流作用，将所述变压器划分为变压器固体部分和变压器流体部分，根据变压器的热传导变压器固体部分各个位置的温度，根据变压器油的热传导和热对流计算变压器流体部分各个位置的温度。

19、作为本发明所述的基于渐进均匀化法的变压器温度场检测分析方法的一种优选方案，其中：所述步骤s3具体包括：

20、利用渐进均匀化方法对变压器仿真模型的热传导系数进行求解，其数学表达式为；

21、t(x)＝t0(x)+εt1(x,y)+ε2t2(x,y)+…+εntn(x,y)+…

22、其中，t(x)表示热传导系数，tn(x,y)表示展开式εn系数，t0(x)表示材料内部均匀，材料参数等效后求解的变压器零件温度场，变压器零件内部材料属性不一致导致温度变化用小参数ε不同阶次进行表示，其数学表达式为：

23、εt1(x,y)+ε2t2(x,y)+…εntn(x,y)+…

24、作为本发明所述的基于渐进均匀化法的变压器温度场检测分析方法的一种优选方案，其中：所述步骤s4具体包括：

25、计算获取变压器各个位置的温度值，并将温度值按照变压器的位置标记在变压器温仿真度模型上，获取变压器温度场，并将不同的阈值区间用不同颜色进行区分。

26、作为本发明所述的基于渐进均匀化法的变压器温度场检测分析方法的一种优选方案，其中：所述步骤s5具体包括：

27、步骤s51，实时采集变压器油的流速信息，并利用无量纲贝克莱数对变压器热对流进行判断，并获取判断结果；

28、步骤s52，实时采集变压器检测点温度，获取实时温度数据，建立实时变压器温度场；

29、步骤s53，实时采集电流数据和电压数据，并根据电流数据和电压数据的功率信息，所述功率信息包括输入端功率和输出端功率，判断变压器工作状态。

30、作为本发明所述的基于渐进均匀化法的变压器温度场检测分析方法的一种优选方案，其中：所述步骤s53具体包括：

31、步骤s531，所述变压器工作状态包括低负荷状态、正常负荷状态、过负荷状态和高负荷状态；

32、步骤s532，若输入端功率的输出端功率的差值小于第一阈值，表示变压器为低负荷状态；

33、步骤s533，若输入端功率的输出端功率的差值大于第一阈值并小于第二阈值，表示变压器为正常状态；

34、步骤s534，若输入端功率的输出端功率的差值大于第二阈值并小于第三阈值，表示变压器为过负荷状态；

35、步骤s535，若输入端功率的输出端功率的差值大于第三阈值，表示变压器为高负荷状态。

36、作为本发明所述的基于渐进均匀化法的变压器温度场检测分析方法的一种优选方案，其中：所述步骤s6具体包括：

37、步骤s61，根据变压器的工作状态，设置变压器温度场上各个位置的温度阈值；

38、步骤s62，将所述实时变压器温度场和对应工作状态下的变压器温度场的温度阈值进行作差，获取差值，将所述差值与差值阈值比较，根据比较结果输出变压器信息。

39、作为本发明所述的基于渐进均匀化法的变压器温度场检测分析方法的一种优选方案，其中：所述步骤s62具体包括：

40、步骤s621，将所述差值与第一差值阈值比较，若所述差值大于第一差值阈值，表示变压器出现异常；

41、步骤s622，将所述差值与第二差值阈值比较，若所述差值大于第二差值阈值，表示变压器存在故障，所述第一差值阈值小于所述第二差值阈值

42、本发明的有益效果：通过对变压器流体的部分热对流进行判断，在无量纲贝克莱数小于1时，热传导起主导作用忽略热对流，将整个变压器模型等效为固体，有利于简化模型，减小运算量，在无量纲贝克莱数大于或等于1时，对变压器固体部分和流体进行进行分别计算，考虑到变压油热对流的影响，从不同角度进行温度计算，有利于提高试验结果的精度，便于对变压器温度进行判断。