一种变压器绕组的热点定位方法与流程

本发明涉及电力设备，尤其涉及一种变压器绕组的热点定位方法。

背景技术：

1、随着电力系统向大容量、高电压方向发展，变压器作为电力系统的核心设备，其运行状态直接影响电网的安全性和可靠性。变压器绕组在运行过程中因铜损和铁损产生大量热量，若热量不能及时散出，将导致绕组温度升高，进而加速绝缘老化，缩短变压器寿命，严重时甚至引发热失控造成安全事故。因此，对变压器绕组温度分布进行精确监测与热点定位具有重要意义。然而，传统的温度监测方法多依赖内置热电偶或光纤传感器，需要在变压器制造时预埋传感器或进行侵入式安装，不仅影响变压器的密封性能，而且传感器在长期运行中易受环境影响出现漂移或失效，难以实现变压器绕组温度的长期在线精确监测。

技术实现思路

1、鉴于上述，本发明旨在提供一种变压器绕组的热点定位方法，以解决前述提及的技术问题。

2、本发明采用的技术方案如下：

3、本发明提供了一种变压器绕组的热点定位方法，其中包括：

4、获取变压器油箱表面温度分布数据；

5、采集变压器各侧绕组的负荷电流信号和运行电压信号；

6、基于所述变压器油箱表面温度分布数据和负荷电流信号，采用有限元分析方法建立变压器绕组的电磁场分布模型和热传导模型，所述电磁场分布模型和所述热传导模型双向耦合；

7、根据所述电磁场分布模型，将多层绕组和铁芯等效为多个分布式热源，建立分布式等效热源模型，并结合变压器油循环散热特性建立油流换热边界条件；

8、基于所述等效热源模型和边界条件，采用多物理场耦合反演算法对绕组内部三维温度场进行迭代求解，得到三维温度场反演结果；

9、对所述三维温度场反演结果进行温度梯度分析，提取温度超过预设温度阈值的区域作为热点候选区，得到热点位置的三维定位结果。

10、可选的，通过部署于变压器油箱外壁的预设位置红外热像仪对变压器油箱外壁进行热图像采集，获取油箱表面温度分布数据；

11、通过电流互感器和电压互感器同步采集变压器各侧绕组的负荷电流信号和运行电压信号，所述电流互感器安装于变压器各侧绕组的引出线上，所述电压互感器安装于变压器各侧绕组的母线侧。

12、可选的，所述电磁场分布模型采用三维瞬态电磁场有限元分析方法，计算各层绕组的铜损耗密度分布。

13、可选的，所述热传导模型接收所述铜损耗密度分布，通过三维瞬态热传导偏微分方程，输出绕组内部的热量传递过程。

14、可选的，根据所述电磁场分布模型，将多层绕组和铁芯等效为多个分布式热源，建立分布式等效热源模型，包括：

15、铁芯的铁损按体积分布等效为面热源；

16、将各层绕组的铜损按匝数分布等效为体热源。

17、可选的，结合变压器油循环散热特性建立油流换热边界条件，包括：

18、；

19、其中，q为热流密度；h为换热系数，换热系数的取值与油流状态和油道几何参数相关；为固体表面温度；为流体温度。

20、可选的，所述油流换热边界条件的施加位置为油箱内壁面、绕组表面、绝缘材料表面以及铁芯表面。

21、可选的，基于所述等效热源模型和边界条件，采用多物理场耦合反演算法对绕组内部三维温度场进行迭代求解，得到三维温度场反演结果，包括：

22、；

23、其中， 为三维温度场反演结果，q为待反演的热源参数向量，为基于参数q计算的油箱外壁温度场，为油箱外壁实测温度场，||·||表示l2范数，为正则化参数（正值常数），为平滑约束项。

24、可选的，对所述三维温度场反演结果进行温度梯度分析，提取温度超过预设温度阈值的区域作为热点候选区，得到热点位置的三维定位结果，包括：

25、计算绕组的平均温度；

26、设定绕组平均温度加上预设温度差值，为预设温度阈值；

27、对三维温度场数据进行逐点遍历，标记温度值超过预设温度阈值的节点为热点候选点；

28、将每个热点候选点插入至八叉树节点，识别温度局部极大值点作为热点中心；

29、计算所述热点中心的空间坐标，得到热点位置的三维定位结果。

30、可选的，计算所述热点中心的空间坐标，得到热点位置的三维定位结果，包括：

31、对于每个识别的热点区域，计算区域内所有节点的温度加权平均值作为热点中心的坐标，加权系数为各节点温度值与区域平均温度值的差值。

32、本发明的上述方案至少包括以下有益效果：

33、本发明的上述方案，通过获取变压器油箱表面温度分布数据；采集变压器各侧绕组的负荷电流信号和运行电压信号；基于所述变压器油箱表面温度分布数据和负荷电流信号，采用有限元分析方法建立变压器绕组的电磁场分布模型和热传导模型，所述电磁场分布模型和所述热传导模型双向耦合；根据所述电磁场分布模型，将多层绕组和铁芯等效为多个分布式热源，建立分布式等效热源模型，并结合变压器油循环散热特性建立油流换热边界条件；基于所述等效热源模型和边界条件，采用多物理场耦合反演算法对绕组内部三维温度场进行迭代求解，得到三维温度场反演结果；对所述三维温度场反演结果进行温度梯度分析，提取温度超过预设温度阈值的区域作为热点候选区，得到热点位置的三维定位结果。本发明的方案实现了变压器绕组三维温度场的精确重构和热点位置的准确定位，提升了变压器运行状态监测的准确性和可靠性，满足电力系统智能化运维的需求。

1.一种变压器绕组的热点定位方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的变压器绕组的热点定位方法，其特征在于，通过部署于变压器油箱外壁的预设位置红外热像仪对变压器油箱外壁进行热图像采集，获取油箱表面温度分布数据；

3.根据权利要求1所述的变压器绕组的热点定位方法，其特征在于，所述电磁场分布模型采用三维瞬态电磁场有限元分析方法，计算各层绕组的铜损耗密度分布。

4.根据权利要求3所述的变压器绕组的热点定位方法，其特征在于，所述热传导模型接收所述铜损耗密度分布，通过三维瞬态热传导偏微分方程，输出绕组内部的热量传递过程。

5.根据权利要求1所述的变压器绕组的热点定位方法，其特征在于，根据所述电磁场分布模型，将多层绕组和铁芯等效为多个分布式热源，建立分布式等效热源模型，包括：

6.根据权利要求1所述的变压器绕组的热点定位方法，其特征在于，结合变压器油循环散热特性建立油流换热边界条件，包括：

7.根据权利要求6所述的变压器绕组的热点定位方法，其特征在于，所述油流换热边界条件的施加位置为油箱内壁面、绕组表面、绝缘材料表面以及铁芯表面。

8.根据权利要求1所述的变压器绕组的热点定位方法，其特征在于，基于所述等效热源模型和边界条件，采用多物理场耦合反演算法对绕组内部三维温度场进行迭代求解，得到三维温度场反演结果，包括：

9.根据权利要求1所述的变压器绕组的热点定位方法，其特征在于，对所述三维温度场反演结果进行温度梯度分析，提取温度超过预设温度阈值的区域作为热点候选区，得到热点位置的三维定位结果，包括：

10.根据权利要求9所述的变压器绕组的热点定位方法，其特征在于，计算所述热点中心的空间坐标，得到热点位置的三维定位结果，包括：