一种基于颗粒分析的潜油泵损伤程度评估方法及系统与流程

1.本发明涉及一种基于颗粒冲蚀的损伤评估方法，具体涉及一种基于颗粒分析的潜油泵损伤程度评估方法及系统。


背景技术：

2.随着科技的发展和人民生活水平的提高，人们对于电力的需求越来越大，电力的传输和合理分配显得尤为重要。变电站是电力系统中对电压和电流进行变换，接受电能及分配电能的场所。随着我国技术的进步，变电站中变压器的电压等级也越来越高。目前变电站中的变压器因电压等级升高，阀侧绕组、出线结构和套管的内绝缘问题是需要解决的主要难题之一。除了绝缘问题，散热问题也是需要重点关注的。变压器在运行过程中会因为铜损、铁损的存在而发热，这种温升会直接影响到变压器绝缘材料的寿命、机械强度、负荷能力及使用年限。为了降低温升，提高功率，保证变压器安全经济地运行，变压器必须进行冷却。因此变压器的冷却系统的稳定性是需要我们进行集中关注的，作为变压器冷却系统中的驱动部件，潜油泵的性能对变压器的强制冷却起着至关重要的作用。
3.现有技术中申请号为cn200910243707.4的发明专利，公开了一种用于变压器冷却系统的控制方法，具体步骤包括：1)运行变压器冷却系统工作组的潜油泵；2)根据变压器的油温，确定投入风扇的台数。这种变压器冷却系统的控制方法及装置能够适应不同季节的环境温度，有效调节变压器温度，降低冷却风扇电机能耗，实现节能降耗与冷却系统的最佳运行。
4.但是现有技术的关注点集中在潜油泵流量与变压器散热量的匹配度上，对于潜油泵在长期高负荷运行情况下，因自身缺陷而导致的叶片与油道受固体颗粒冲刷容易发生表面剥蚀、剥脱的颗粒可能流入变压器内部，造成其他关键部件的磨损甚至其中的金属颗粒达到一定限值还可能导致变压器短路，威胁变压器安全运行等问题没有充分考虑，且定期将潜油泵拆卸下来进行损伤检测显然是不现实的。


技术实现要素：

5.本发明所要解决的技术问题在于如何在不拆卸潜油泵的前提下实现对潜油泵损伤程度的评估。
6.本发明通过以下技术手段实现解决上述技术问题的：
7.本发明实施例提供了一种基于颗粒分析的潜油泵损伤程度评估方法，所述方法包括下述步骤：
8.步骤s1，将存储的变压器油液泵入变压器管路回路中；
9.步骤s2，对所述变压器管路回路中油液的温度、流量以及潜油泵进出口的压力进行检测，并对变压器管路回路中油液所含固体颗粒的成分和粒度进行检测，确定变压器管路回路中油液的固体颗粒的成分、密度、浓度以及粒径分布；
10.步骤s3，基于所述变压器管路回路中油液的温度、流量、潜油泵进出口的压力，和
所述固体颗粒的成分、密度、浓度以及粒径分布，选择合适的冲蚀模型，并在冲蚀模型的油液中设置与所述固体颗粒的成分、密度、浓度以及粒径分布相同的固体颗粒；
11.步骤s4，通过数值模拟的方法得到潜油泵受到冲蚀的主要区域以及整体的冲蚀速率；
12.步骤s5，基于所述受到冲蚀的主要区域以及整体的冲蚀速率，计算得到受冲蚀产生的颗粒的体积随时间的积累量，所述冲蚀模型中颗粒的体积随时间的积累量的仿真结果，与变压器管路回路中潜油泵进出口的油液颗粒度进行对比校准，判断对比误差是否在可接受范围内，如果所述对比误差超过可接受的范围，则重新选择合适的冲蚀模型，以获得更加准确的模拟效果，如果所述对比误差在可接受范围内，则调整优化冲蚀模型的参数，得到校准后的冲蚀模型。
13.步骤s6，基于所述校准后的冲蚀模型，对所述潜油泵的损伤部位以及损伤程度进行预测，并对所述潜油泵何时达到损伤阈值进行预警；所述的对潜油泵的损伤达到阈值进行预警，是依据工程经验得到潜油泵各个部位的损伤阈值；通过仿真得到的冲蚀速率可以计算出潜油泵各部位的损伤程度随时间的变化，当潜油泵的某一部位达到阈值时就判定整个潜油泵损伤程度达到阈值，并得出该过程所经历的时间，所述的潜油达到损伤阈值的预警依据仿真得到的时间和实际情况进行适当的提前，提醒工作人员及时更换潜油泵，避免造成不必要的损失。
14.应用所述方法的优点在于：根据测量得到的变压器管路回路中油液的流量、温度、潜油泵进出口的压力、油液中固体颗粒的成分、密度、浓度以及粒径分布，选择合适的冲蚀模型对潜油泵内部的冲蚀情况进行数值模拟，可以在不拆卸潜油泵的前提下，对潜油泵内部的损伤部位和损伤程度进行准确的预测，并对潜油泵何时达到损伤阈值进行有效的预警，以便及时提醒工作人员更换潜油泵，保证变压器的稳定运行，避免造成不必要的损失。
15.作为进一步优化的技术方案，所述步骤s3中所述变压器管路回路中油液的温度、流量、潜油泵进出口的压力，和所述固体颗粒的成分、密度、浓度以及粒径分布是作为选择冲蚀模型的边界条件的参考。
16.作为进一步优化的技术方案，所述步骤s2在变压器管路回路中的潜油泵入口和出口处附近分别设置了油液检测点，以便获得潜油泵进出口处的颗粒度，确定潜油泵进出口处油液中固体颗粒的成分、密度、浓度以及粒径分布。
17.作为进一步优化的技术方案，所述步骤s2中变压器管路回路中的潜油泵入口和出口处的油液检测点在一段特定时间间隔后测量所述潜油泵入口和出口处的油液成分和粒度。
18.作为进一步优化的技术方案，所述潜油泵入口和出口处的油液成分和粒度确定潜油泵进出口处一段特定时间间隔后的成分、密度、浓度以及粒径分布，与所述步骤s3中冲蚀模型的仿真结果进行对比。
19.作为进一步优化的技术方案，所述步骤s4的数值模拟过程中，变压器管路回路中油液的温度、流量、潜油泵进出口的压力，和所述固体颗粒的成分、密度、浓度以及粒径分布等数据都实时写入仿真平台中，与冲蚀模型中的仿真数据进行信息交互；所述数值模拟的方法适用于不同壁面条件和不同成分的颗粒分析，使用的冲蚀模型根据实际情况进行调整。
20.本发明实施例还提供了一种采用上述基于颗粒分析的潜油泵损伤程度评估方法的系统，所述系统包括：
21.供油系统，用于将变压器油供给到管路回路中；
22.可选的，所述供油系统包括油箱、阀门和供油控制模块；
23.所述油箱用于存储变压器油；
24.所述阀门连接油箱与供油控制模块；
25.所述供油控制模块用于控制油箱中油液的进出和回路中油液的循环。
26.测量系统，用于测量变压器管路回路中油液的温度、流量以及潜油泵进出口的压力；
27.可选的，所述测量系统包括流量计、压力计、热电偶、潜油泵、流量调节阀、定目筛网和散热器。
28.所述流量计用于测量管道内变压器油的流量；
29.所述压力计用于测量潜油泵入口和出口处的压力；
30.所述热电偶用于测量回路中油液的温度；
31.所述流量调节阀用于控制管路中变压器油的流量；
32.所述定目筛网用于过滤油液中的较大异物；
33.所述散热器用于散出回路中变压器油的温度。
34.仿真分析模块，用于利用测量系统测得的数据对颗粒对潜油泵的内部冲蚀进行数值模拟。
35.可选的，所述仿真分析模块包括油取油样阀、油液颗粒度检测仪和计算机。
36.所述取油样阀控制用于控制一段特定时间后潜油泵进出口的油液的进出。
37.所述油液颗粒度检测仪两端与取油样阀相连，用于检测取油样阀中流出的变压器管路回路中油液所含固体颗粒的成分和粒度，所述油液颗粒度检测仪检测从取油样阀中流出的潜油泵进出口的油液中所含固体颗粒的成分和粒度，确定变压器管路回路中油液的固体颗粒的成分、密度、浓度和粒径分布。
38.基于所述测量系统得到的变压器管路回路中油液的温度、流量、潜油泵进出口的压力，和所述油液颗粒度检测仪确定的固体颗粒的成分、密度、浓度以及粒径分布，所述计算机选择合适的冲蚀模型，并在冲蚀模型的油液中设置与颗粒度检测仪的检测结果确定的成分、密度、浓度以及粒径分布相同的固体颗粒；
39.所述计算机在仿真平台上通过数值模拟的方法得到潜油泵受到冲蚀的主要区域以及整体的冲蚀速率；
40.基于所述受到冲蚀的主要区域以及整体的冲蚀速率，计算得到受冲蚀产生的颗粒的体积随时间的积累量，所述冲蚀模型中颗粒的体积随时间的积累量的仿真结果，将与变压器管路回路中潜油泵进出口的油液颗粒度进行对比校准，判断对比误差是否在可接受范围内，如果所述对比误差超过可接受的范围，则所属计算机重新选择合适的冲蚀模型，以获得更加准确的模拟效果，如果所述对比误差在可接受范围内，则所述计算机调整优化冲蚀模型的参数，得到校准后的冲蚀模型；
41.基于所述校准后的冲蚀模型，对所述潜油泵的损伤部位以及损伤程度进行预测，并对潜油泵何时达到损伤阈值进行预警，提醒工作人员及时更换潜油泵，避免造成不必要
的损失。
42.进一步的，所述测量系统中的热电偶、流量计和压力计测得的变压器管路回路中油液的温度、流量、潜油泵进出口的压力，和所述油液颗粒度检测仪检测确定的固体颗粒的成分、密度、浓度以及粒径分布是作为计算机选择冲蚀模型的边界条件的参考。
43.进一步的，所述变压器管路回路中的潜油泵入口和出口出处附近分别设置了油液检测点，所述油液颗粒度检测仪测量得到潜油泵进出口处的颗粒度，确定潜油泵进出口处油液中固体颗粒的成分、密度、浓度以及粒径分布。
44.进一步的，所述油液颗粒度检测仪在所述变压器管路回路中的潜油泵进出口的油液检测点经过一段特定时间间隔后测量所述潜油泵入口和出口处的油液成分和粒度。
45.进一步的，所述潜油泵入口和出口处的油液成分和粒度确定潜油泵进出口处一段特定时间间隔后的成分、密度、浓度以及粒径分布，与所述计算机中冲蚀模型的仿真结果进行对比。
46.进一步的，所述测量系统中的热电偶、流量计、压力计测得的中油液中温度、流量、潜油泵进出口的压力，和油液颗粒度检测仪测量确定的固体颗粒的成分、密度、浓度以及粒径分布等数据都实时写入计算机的仿真平台中，与冲蚀模型中的仿真数据进行信息交互。
47.本发明实施例的优点在于：
48.1.突破了技术人员对潜油泵的关注点集中在流量与变压器散热量的匹配或机械运转故障上的思维局限，将潜油泵自身在长期高负荷运转情况下受颗粒冲蚀产生的损伤程度作为研究对象；
49.2.利用冲蚀模型模拟潜油泵受到变压器油中固体颗粒冲蚀的主要区域和整体的冲蚀速率，在进行数值模拟的过程中，变压器管路回路中的测量数据与仿真数据进行实时交互，并在一段特定时间间隔后对变压器油液中颗粒浓度和粒径分布进行检测，将检测结果与仿真平台中潜油泵冲蚀模型的仿真结果进行对比较准，确定是否需要调整边界条件和冲蚀模型等的相关参数，以完善仿真模型，得到更精准的仿真效果，且所述数值模拟的潜油泵颗粒冲蚀仿真方法适用于不同的壁面条件和多种不同成分的颗粒分析，选择的冲蚀模型根据实际情况进行灵活调整。
50.3.在不拆卸潜油泵的前提下，利用冲蚀模型预测潜油泵的损伤部位和损伤程度，并对潜油泵何时达到损伤程度进行预警，以便工作人员及时拆卸更换潜油泵，避免造成不必要的损失。
附图说明
51.图1为本发明实施例潜油泵损伤评估系统示意图；
52.图2为本发明实施例潜油泵损伤评估方法原理图。
53.图中标号说明：
54.1.油箱；2.阀门；3.供油控制模块；4.流量调节阀；5.定目筛网；6.流量计；7.压力计；8.潜油泵；9.压力计；10.热电偶；11.散热器；12.取油样阀；13.取油样阀；14.油液粒度分析仪；15.计算机。
具体实施方式
55.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
56.如图1所示，本发明实施例提供了一种基于颗粒分析的潜油泵损伤程度评估方法原理图，所述方法包括：
57.步骤s1、将存储的变压器油液泵入变压器管路回路中。
58.步骤s2、对所述变压器管路回路中油液的温度、流量以及潜油泵进出口的压力进行检测，并对变压器管路回路中油液所含固体颗粒进行成分和粒度检测，确定变压器管路回路中油液的固体颗粒的成分、密度、浓度以及粒径分布。
59.步骤s3，基于所述变压器管路回路中油液的温度、流量、潜油泵进出口的压力，和所述固体颗粒的成分、密度、浓度以及粒径分布，选择合适的冲蚀模型，并在冲蚀模型的油液中设置与所述固体颗粒的成分、密度、浓度以及粒径分布相同的固体颗粒。
60.示例性的，在变压器管路回路中潜油泵的入口和出口处附近分别设置了油液检测点，可以检测潜油泵进出口的油液成分和颗粒度，从而确定潜油泵进出口附近油液成分、密度、浓度以及粒径分布，根据变压器油的温度、流量、潜油泵进出口的压力，和油液中固体颗粒的成分、密度、浓度以及粒径分布，选择合适的冲蚀模型，其中冲蚀模型的入口边界条件为速度入口，出口边界条件为压力出口，如果检测的是其他数据，也可以采用不同的边界条件，选择其他合适的模型进行仿真验证。
61.步骤s4、通过数值模拟的方法得到潜油泵受到冲蚀的主要区域以及整体的冲蚀速率。
62.步骤s5、基于所述受到冲蚀的主要区域以及整体的冲蚀速率，计算得到受冲蚀产生的颗粒的体积随时间的积累量，所述冲蚀模型中颗粒的体积随时间的积累量的仿真结果，与变压器管路回路中潜油泵进出口的油液颗粒度进行对比校准，判断对比误差是否在可接受范围内，如果所述对比误差超过可接受的范围，则重新选择合适的冲蚀模型，以获得更加准确的模拟效果，如果所述对比误差在可接受范围内，则调整优化冲蚀模型的参数，得到校准后的冲蚀模型。
63.示例性的，根据冲蚀模型的模拟数据，得到冲蚀模型受冲蚀产生的颗粒的体积随时间的积累量，并将模拟的数据结果与油液检测点在一段特定时间间隔后的检测结果确定潜油泵进出口处油液的成分、密度、浓度以及粒径分布进行对比，如果对比误差超过可接受的范围，则重新选择边界条件和冲蚀模型，以获得更加准确的模拟效果，如果对比误差在可接受的范围内，则调整优化冲蚀模型，得到校准之后的冲蚀模型。
64.步骤s6、基于所述校准后的潜油泵颗粒冲蚀仿真模型，对所述潜油泵的损伤部位以及损伤程度进行预测，并对潜油泵何时达到损伤阈值进行预警，提醒工作人员及时更换潜油泵，避免造成不必要的损失。
65.如图2所示，本发明实施例提供了一种基于颗粒分析的潜油泵损伤程度评估系统示意图，所述系统包括：供油系统、测量系统和仿真分析模块。
66.所述供油系统包括油箱1、阀门2和供油控制模块3。所述油箱1用于存储变压器油，
所述阀门2两端分别与油箱1的出油口和供油控制模块3的一输入口相连，用于调节油液进出的流量大小，所述供油控制模块3用于控制油箱1中油液的进出和回路中油液的稳定循环。
67.所述测量系统包括流量调节阀4、定目筛网5、流量计6、压力计7、潜油泵8、压力计9、热电偶10和散热器11。所述流量调节阀4调节从所述供油系统流出的变压器油液的流量大小，所述供油系统的供油控制模块3流出的变压器油液通过流量调节阀4到达定目筛网5，所述定目筛网5过滤掉油液中体积较大的异物，所述油液通过定目筛网5到达潜油泵8，所述流量计6和压力计7设置在定目筛网5和潜油泵8中间的管路中，所述流量计6测量油液的流量大小，所述压力计7设置在潜油泵8的入口处，测量潜油泵8的入口处压力，所述油液通过潜油泵8到达散热器11，所述压力计9和热电偶10设置在潜油泵8和散热器11中间的管路中，所述压力计9设置在潜油泵8的出口处，测量潜油泵8出口处的压力，所述热电偶10测量油液的温度，所述散热器11用于散发油液中的热量，所述油液通过散热器11回流到所述供油系统的供油控制模块3的另一输入口，以此实现变压器油在管路中的循环流动。
68.所述仿真分析模块包括取油样阀12、取油样阀13、油液颗粒度检测仪14和计算机15。所述取油样阀12设置在潜油泵8的入口处，用于允许潜油泵8入口处少量油液的进入，所述取油样阀13设置在潜油泵8的出口处，用于允许潜油泵8出口处的少量油液的进入，所述取油样阀12和所述取油样阀13分别连接所述油液颗粒度检测仪14，所述油液颗粒度检测仪14用于接收并测量经过取油样阀12和取油样阀13进入的潜油泵8进出口的油液颗粒度，并将检测结果确定的潜油泵8进出口的油液成分、密度、浓度以及粒径分布传递至所述计算机15。
69.所述计算机15接收油液颗粒度检测仪14测得的潜油泵进出口的油液颗粒度数据和所述流量计6测量得到的变压器管路油液中的流量、压力计7和压力计9测量得到的所述潜油泵8进出口处的压力以及所述热电偶10测量得到的变压器管路中油液的温度，所述计算机15采用速度入口作为入口边界条件，压力出口作为出口边界条件，选择合适的冲蚀模型，并在冲蚀模型的油液中设置与所述颗粒度检测仪14的检测结果确定的成分、密度、浓度以及粒径分布相同的固体颗粒。
70.基于所述冲蚀模型，所述计算机15对潜油泵8的内部受颗粒冲蚀的主要区域以及整体的冲蚀速率通过仿真平台进行数值模拟，得到潜油泵8受到冲蚀的主要区域以及整体的冲蚀速率。
71.基于所述冲蚀的主要区域以及整体的冲蚀速率，计算机15计算得到受冲蚀产生的颗粒的体积随时间的积累量，所述冲蚀模型中颗粒的体积随时间的积累量的仿真结果，将与变压器管路回路中潜油泵8进出口的油液颗粒度进行对比校准；基于所述校准后的潜油泵(8)的颗粒冲蚀仿真模型，对所述潜油泵(8)的损伤部位以及损伤程度进行预测，并对潜油泵(8)何时达到损伤阈值进行预警，提醒工作人员及时更换潜油泵，避免造成不必要的损失。
72.以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。