一种油浸式变压器故障探测与定位方法与流程

本发明涉及信息，尤其涉及一种油浸式变压器故障探测与定位方法。

背景技术：

1、油浸式变压器作为电力系统的核心装置，其内部故障的准确定位直接关系到电网安全运行与设备维护效率，理想状态下通过红外成像识别箱壁表面高温异常区域即可准确推断内部故障位置。然而在实际应用过程中发现，变压器油的自然循环特性会改变热量的传递路径，导致箱壁表面显示的高温区位置与实际故障源位置之间出现系统性偏差。这种偏差的根源在于发热强度对热量传递路径的动态影响，当内部发生过热故障时热量传递过程受到油流浮力驱动的强烈干扰。为了更容易地识别内部故障，通常期望故障点具有较大的发热功率以在箱壁形成明显的温度异常区，虽然故障发热功率增大使得箱壁的高温区变得更加显著且易于观测，但是温度峰值出现的高度会持续上移，与顶层油温背景叠加后形成扩展的异常温度分布，使得表面特征与内部故障源的空间对应关系被破坏。这是因为故障点发热功率增大时局部油温升高产生的浮升力会增强，热油在浮力驱动下加速向箱体上部运动，将故障热量沿竖向大范围输运，且这种位置偏移随着发热功率和油流速度等参数动态变化，提高故障特征的显著度往往会降低故障定位的准确性。因此在油流热输运造成表面特征严重失真的条件下，如何通过箱壁外部可观测的温度演化过程反向识别内部故障的真实空间位置，成为了一个亟待解决的技术难题。

技术实现思路

1、本发明提供了一种油浸式变压器故障探测与定位方法，所述方法包括：

2、获取油箱多侧外表面的连续红外视频，按各侧箱壁覆盖范围整理连续画面，辨识升温区域在前后画面中的延续轮廓，形成反映箱壁受热过程的动态温度分布；

3、识别动态温度分布中的高温区域，排除顶层油温背景形成的均匀升温区域，提取由初始出现层位延伸形成的高温核心上浮轨迹，并圈定竖向扩展边界；

4、获取运行期间的负载历程与冷却工况，读取顶层油温和底层油温，分析上下油层的热能分布，识别自然油循环形成的油温层化形态；

5、分析高温核心上浮轨迹与油温层化形态，识别停留于箱壁局部的升温轮廓和随油层上浮的延伸轮廓，区分箱壁局部发热与油流携带发热，形成故障热能的羽流通道；

6、采用热油羽流输运模型分析羽流通道与竖向扩展边界，沿初始出现层位追踪热油上升路径，识别由轴向区段和邻近箱壁方向限定的内部搜寻区域；

7、获取内部搜寻区域内的局部油温，识别热油由发热源通向箱壁时经过的内部油层和回流界面，沿羽流通道提取热能聚集边界，形成故障源候选区域；

8、沿故障源候选区域内的热油穿行通道辨识发热源头，分析聚集边界在多侧箱壁上的覆盖方向，评估轴向区段内沿邻近箱壁方向延伸的故障范围，锁定内部过热故障区域。

9、优选地，所述获取油箱多侧外表面的连续红外视频，按各侧箱壁覆盖范围整理连续画面，辨识升温区域在前后画面中的延续轮廓，形成反映箱壁受热过程的动态温度分布，包括：

10、在四侧箱壁外部布设红外摄录设备获取所述连续红外视频，依照各侧箱壁覆盖范围对连续画面拼接与时序对齐得到分侧红外画面序列，采用帧间轮廓匹配追踪升温区在相邻画面中的位置延续，串接同一升温区边界得到延续轮廓并沿时间轴叠加得到动态温度分布。

11、优选地，所述识别动态温度分布中的高温区域，排除顶层油温背景形成的均匀升温区域，提取由初始出现层位延伸形成的高温核心上浮轨迹，并圈定竖向扩展边界，包括：

12、从所述动态温度分布中提取温度超过预设温度阈值的连通区域作为高温区，剔除箱壁顶部水平温差小于预设幅值的顶层油温背景，取最早出现且轮廓面积超过预设最小面积的连通区域所在竖向高度作为初始出现层位，采用逐帧质心追踪串接候选高温区质心得到高温核心上浮轨迹，取横向温度梯度衰减至预设梯度阈值处的箱壁位置作为竖向扩展边界外沿。

13、优选地，所述读取顶层油温和底层油温，分析上下油层的热能分布，识别自然油循环形成的油温层化形态，包括：

14、从箱体顶部测温点读取所述顶层油温，从箱体底部测温点读取所述底层油温，以顶层油温与底层油温为竖向两端点沿箱体高度按热浮力分层规律线性插值得到油温分布，标定温度自下而上单调升高且顶底温差处于预设温差区间的油温分布为油温层化形态。

15、优选地，所述分析高温核心上浮轨迹与油温层化形态，识别停留于箱壁局部的升温轮廓和随油层上浮的延伸轮廓，区分箱壁局部发热与油流携带发热，形成故障热能的羽流通道，包括：

16、取高温核心上浮轨迹各采样点竖向高度代入油温层化形态，取同一竖向高度油温作为层化油温参考值，标定采样点温度超过所述层化油温参考值的异常轨迹段序列；

17、对所述异常轨迹段序列相邻采样点之间的位移段分类，判定贴附箱壁内表面的位移段为停留于箱壁局部的升温轮廓，判定沿高油温层向上延展的位移段为随油层上浮的延伸轮廓；

18、串接停留于箱壁局部的升温轮廓与随油层上浮的延伸轮廓并标定二者交接位置，汇集各交接位置得到故障热能的羽流通道。

19、优选地，所述识别停留于箱壁局部的升温轮廓和随油层上浮的延伸轮廓，区分箱壁局部发热与油流携带发热，形成故障热能的羽流通道，包括：

20、在高温核心上浮轨迹上取首次出现异常升温的采样点竖向高度作为初始出现层位，沿高温核心上浮轨迹从所述初始出现层位向上截取至竖向扩展边界之间的轮廓位移段，归入同一竖向高度贴附箱壁且区域重合率超过预设重合阈值的贴附箱壁的连续重合段，归入沿竖向跨越相邻竖向层带向上迁移的跨油层上移段，串接所述贴附箱壁的连续重合段与跨油层上移段并标定交接位置得到羽流通道。

21、优选地，所述采用热油羽流输运模型分析羽流通道与竖向扩展边界，沿初始出现层位追踪热油上升路径，包括：

22、所述热油羽流输运模型采用轴对称湍流浮力羽流模型，以交接位置坐标与跨油层上移段竖向位移为拟合输入，以对应高度相对箱壁水平偏移量为拟合输出得到羽流上升路径，沿初始出现层位追踪所述羽流上升路径并向箱体内部映射得到候选轴线，标定候选轴线对应绕组柱在竖向扩展边界所限高度内的部分为轴向区段，取轴向区段沿竖向与邻近箱壁方向沿水平围合的三维空间体为内部搜寻区域。

23、优选地，所述获取内部搜寻区域内的局部油温，包括：

24、把所述局部油温按空间坐标排列成二维油温场，标定沿竖向单调升高且相邻测点温差大于预设递增阈值的连续区段为内部油层，标定油温突降至与底层油温之差小于预设阈值的过渡带为回流界面，取内部油层顶部与回流界面底部油温算术平均为分界油温，标定局部油温高于所述分界油温的连通像元集合为热能聚集边界得到故障源候选区域。

25、优选地，所述沿故障源候选区域内的热油穿行通道辨识发热源头，分析聚集边界在多侧箱壁上的覆盖方向，包括：

26、沿羽流通道按局部油温单调升高的连续测点串起主升温路径，从所述主升温路径下端追溯至最下端连续高温测点串标定为热油穿行通道，取所述热油穿行通道底端高温像元集合的加权几何中心作为发热源头；

27、标定热能聚集边界与箱壁内表面最短垂直距离小于预设贴壁距离阈值的边界段所贴附箱壁侧别为覆盖侧，取覆盖侧内表面法向作为覆盖方向；

28、从发热源头沿各覆盖方向在轴向区段所限竖向高度内水平延展，取局部油温高于分界油温的连通像元集合的水平跨度作为故障范围，标定故障范围与轴向区段围合的三维空间体为内部过热故障区域。

29、优选地，所述从所述主升温路径下端追溯至最下端连续高温测点串标定为热油穿行通道，取所述热油穿行通道底端高温像元集合的加权几何中心作为发热源头，包括：

30、从每一所述热油穿行通道在初始出现层位所在竖向高度取水平横截面，取热能聚集边界围合的封闭轮廓作为水平截面热能边界，取内部油层与邻近箱壁内表面接触重合的弧线作为接触弧段，标定所述接触弧段等距中点为热油穿行通道由内部油层进入邻近箱壁的交汇位置，依照覆盖方向串接同一轴向区段内各交汇位置得到沿箱壁方向延伸的故障范围。

31、本发明实施例提供的技术方案可以包括以下有益效果：

32、本发明公开了一种油浸式变压器故障探测与定位方法，针对变压器箱壁受热过程中局部发热与油流携热难以区分的业务难题，将连续红外视频、油温层化分析与热油羽流输运模型融合为一条完整的技术链。本发明先按各侧箱壁覆盖范围整理连续画面，辨识升温区域的延续轮廓并剔除顶层油温背景造成的不均匀区域，提取高温核心上浮轨迹；继而结合负载历程与上下油温分布识别油温层化形态，区分停留箱壁的局部轮廓与随油层上浮的延伸轮廓，标定贴附箱壁连续重合段与跨油层上移段的交接位置并汇集为羽流通道；最后由热油羽流输运模型沿初始层位追踪热油上升路径并圈定内部搜寻区域，提取热能聚集边界锁定故障源候选区域，串接同轴向区段多侧箱壁上的交汇位置，完成内部过热故障的精准定位，显著提升故障探测灵敏度与定位准确性。