一种基于颗粒度分析的有载分接开关故障预测方法及装置与流程

1.本发明涉及变压器技术领域，尤其涉及一种基于颗粒度分析的有载分接开关故障预测方法。


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也越来越大，电力的传输和合理分配显得尤为重要。近年来，我国的变压器制造水平发展迅速，尤其是在高压及超高压设计方面。有载分接开关是变压器的重要组成部件之一，为了保证变压器在负载变化时提供恒定电压，就需要有载分接开关在不中断负载电流的情况下，实现变压器绕组中分接头之间的切换，从而改变绕组的匝数，最终实现调压的目的。对于一些电压等级较高的变压器的真空分接开关，为了降低温升还会配置相应的油冷却系统。当油冷却系统的油中存在异物，过渡电阻在切换过程中发热产生的油液流动和分接开关切换过程中芯体的振动都会导致异物的运动，当异物在油流的作用下进入分接开关高场强区域，就有可能导致油隙绝缘发生击穿，进而引发分接开关级间短路，最终引发起火。因此除了增强分接开关的绝缘性之外，如果能有一套系统可以对分接开关的故障进行预测，并及时做出预警，将大大提高变压器的可靠性。


技术实现要素：

3.鉴于上述问题，本发明提出一种基于颗粒度分析的有载分接开关故障预测方法及装置，
4.本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种基于颗粒度分析的有载分接开关故障预测方法，所述方法包括：
5.(1)根据实际的变压器有载分接开关油冷却系统内部结构进行三维建模，设置初始的边界条件，构建油液-颗粒行为预测模型；
6.(2)采集历史故障数据，包括油液颗粒度、油液温度以及油液速度数据，依据历史故障数据设置模型参数，进行数值模拟；
7.(3)将数值模拟得到的油液颗粒运动行为特征和颗粒聚集趋势与所述的历史故障数据进行比对，若误差超出可接受的范围，则对模型进行相应的修正，获得调试好的油液-颗粒行为预测模型；
8.(4)获取当前目标变压器有载分接开关油冷却系统中油液的颗粒度数据、油液的速度数据以及温度数据；
9.(5)将获取的当前的油液颗粒度、油液温度以及油液速度数据输入已经调试好的油液-颗粒行为预测模型中，进行固液两相流数值模拟，得到油中颗粒的运动规律，并以此计算当前颗粒浓度分布；
10.(6)根据计算得到的当前颗粒浓度分布，并结合历史故障数据，判断目标变压器有载分接开关是否会发生相应的故障；
11.(7)若判断出目标变压器有载分接开关不会发生相应故障，在考虑颗粒冲蚀的条件下对固液两相流进行瞬态数值模拟，得到颗粒浓度分布随时间的变化，并实时判断是否会发生相应的故障。
12.进一步地，对模型的修正进行若干次，直到仿真获得的结果与获得历史故障数据是进行的事故调研报告和实验室故障复现的结果全部吻合。
13.进一步地，考虑颗粒冲蚀条件下的固液两相流数值模拟，是对颗粒冲蚀壁面产生的新颗粒进行实时更新，即模拟一定时间内全局颗粒浓度的增长和局部颗粒浓度的变化。
14.进一步地，判断目标变压器有载分接开关是否会发生相应的故障具体过程如下：
15.当判断出所述油冷却系统内的颗粒浓度或是颗粒最大直径超过预设阈值时，进行故障预警。
16.当判断出所述的总体颗粒浓度和颗粒最大直径均未超过预设阈值时，对易发生绝缘油隙击穿的区域进行颗粒聚集的监测，若是颗粒浓度超过警戒阈值，进行故障预警。
17.当油冷却系统的整体颗粒浓度和局部颗粒浓度都未达到阈值时，通过数值模拟对颗粒在预设未来时间段内的运动趋势进行预测，若是存在颗粒聚集，且聚集速度超过设定的限值，则进行故障预警。
18.进一步地，颗粒浓度警戒阈值是通过分析历史故障数据以及故障复现实验得到的。
19.本发明还提供了一种基于颗粒度分析的有载分接开关故障预测装置，所述装置包括：
20.数据获取单元，用于获取目标有载分接开关油冷却系统中油液的颗粒度数据、所述目标有载分接开关油冷却系统中油液的温度数据、以及所述目标有载分接开关油冷却系统中油液的速度分布数据；
21.数值模拟单元，根据实际的变压器有载分接开关油冷却系统内部结构进行三维建模，设置初始的边界条件，基于所述数据获取单元获取的数据，对有载分接开关油冷却系统内部的固液两相流进行数值模拟，以获得油冷却系统内部油液的流动规律以及颗粒的运动特性，并计算得到当前颗粒浓度在油冷却系统内部的分布情况；
22.故障判断单元，用于根据所述当前颗粒浓度分布判断相应区域是否会发生故障；
23.预测单元，考虑颗粒冲蚀的条件下对固液两相流进行瞬态计算，用于预测预设未来时间段内，全局颗粒浓度的增长和局部颗粒浓度的变化；
24.故障预警单元，用于当所述油冷却系统中的整体颗粒浓度或是局部颗粒浓度大于预设的阈值时，进行故障预警。
25.本发明的有益效果：目前对于变压器有载分接开关油冷却系统中颗粒聚集导致的油隙击穿的防护措施，主要集中在加强各个部件的结构强度和绝缘性能，对于监控和预测所述油冷却系统中油液和颗粒的运动行为的措施较少。本发明所述的基于颗粒度分析的有载分接开关故障预测方法及装置，由于所述的油液物性参数以及颗粒度等参数都是数据采集装置获得的实时数据，且所述的油液-颗粒行为预测模型是经过充足的历史故障数据校准、调试后得到的，因此所述模型输出的颗粒运动行为以及颗粒浓度分布数据是相对准确、可靠的，最后通过所述颗粒浓度分布可以对故障的发生进行预测。可见，本发明提供的技术方案可以在对变压器有载分接开关影响较小的前提下，相对准确而又快速地预测其故障的
发生概率，尽可能减少有载分接开关的故障对变压器的运行产生影响。
附图说明
26.图1为本发明实施例的方法流程图；
27.图2为本发明实施例中获得已调试好的油液-颗粒行为预测模型的方法流程图；
28.图3为本发明实施例的装置结构图。
具体实施方式
29.以下结合附图对本发明实施例的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明实施例，并不用于限制本发明实施例。
30.本发明提供的一种基于颗粒度分析的有载分接开关故障预测方法如图1所示，包括以下步骤：
31.步骤101，获取目标变压器有载分接开关油冷却系统中油液的颗粒度数据，油液的速度数据以及温度数据。
32.本实施例中，所述油液中颗粒度的检测装置为油液颗粒度分析仪，所述的油液的速度由激光多普勒测速仪测得，所述油液的温度数据由pt100热电阻温度传感器测量。
33.本发明实施例对于冷却系统中油液的颗粒度数据，油液的速度分布以及温度数据的获取，即获取当前同一时刻下的油液的颗粒度数据，油液的速度分布以及温度数据，以作为已调试好的油液-颗粒行为预测模型的输入数据。
34.步骤102，将获得的油液颗粒度、油液温度以及油液速度数据导入已经调试好的油液-颗粒行为预测模型中，进行固液两相流数值模拟，得到油中颗粒的运动规律，并以此计算当前颗粒浓度的分布。
35.本实施例中，所述已调试好的油液-颗粒行为预测模型采用如下方式获得，如图2所示：
36.步骤1021，根据实际的变压器有载分接开关油冷却系统内部结构进行三维建模，设置初始的边界条件。
37.本实施例中，所述的油冷却系统内部结构建模针对实际运行过程中容易发生油隙击穿的高场强区域进行了细化处理。
38.步骤1022，采集历史故障调研报告和实验室故障复现的结果，依据所述的事故调研结果和实验结果中的参数设置仿真模型，进行数值模拟。
39.本实施例中，所述的事故调研报告结果和实验结果中的参数包括：油液的颗粒度、颗粒的浓度分布、油液的温度以及发生油隙击穿的区域。
40.步骤1023，将数值模拟得到的颗粒运动行为特征和颗粒聚集趋势与所述的历史故障调研报告和实验室故障复现的结果进行比对，若误差超出可接受的范围，则对模型进行相应的修正，获得已调试好的油液-颗粒行为预测模型。
41.本实施例中，所述的对模型进行相应的修正可以大于等于一次，直到仿真获得的结果与所述的事故调研报告和实验室故障复现的结果全部吻合。
42.本实施例中，所述的发生故障的概率是根据已调试好的油液-颗粒行为预测模型得到的油液颗粒各个区域的浓度与实际发生故障时相应区域的颗粒浓度值进行对比计算
得到的。
43.步骤103，根据计算得到的当前颗粒浓度分布，并结合历史故障数据，判断目标变压器有载分接开关是否会发生相应的故障。
44.具体地，根据历史故障数据设定不同区域的浓度阈值，并给定相应区域一个安全系数。例如，当计算得到某一区域的浓度超过该区域浓度阈值的70％时，判定有载分接开关将会发生对应类型的故障，其中70％为安全系数，可以依据实际需求进行设置。
45.步骤104，若判断出目标变压器有载分接开关不会发生相应故障，在考虑颗粒冲蚀的条件下对固液两相流进行瞬态数值模拟，得到颗粒浓度分布随时间的变化，并实时判断是否会发生相应的故障。
46.进一步地，本实施例所述的方法还包括：当判断出所述目标有载分接开关油冷却系统会发生相应位置的故障时，进行故障预警，提醒相关检修人员和设备专职人员对该变压器进行及时检修，避免故障的实际发生。
47.为了更加精确地进行故障预警，本实施例中，当判断出目标有载分接开关当下不会发生故障时，所述方法还包括：当某一区域的颗粒浓度增长速度大于预设阈值时，则进行故障预警。
48.与上述实施方式相对应地，本发明还提供一种基于颗粒度分析的有载分接开关故障预测装置，能够对有载分接开关的油冷却系统内部的固液两相流动进行数值模拟，评估油隙发生击穿的风险，并起到故障预警的作用。如图3所示，本实施例提供的装置包括：
49.数据获取单元201，用于获取目标有载分接开关油冷却系统中油液的颗粒度数据、所述目标有载分接开关油冷却系统中油液的温度数据、以及所述目标有载分接开关油冷却系统中油液的速度分布数据；
50.数值模拟单元202，根据实际的变压器有载分接开关油冷却系统内部结构进行三维建模，设置初始的边界条件，基于所述数据获取单元获取的数据，对有载分接开关油冷却系统内部的固液两相流进行数值模拟，以获得油冷却系统内部油液的流动规律以及颗粒的运动特性，并计算得到当前颗粒浓度在油冷却系统内部的分布情况；
51.故障判断单元203，用于根据所述当前颗粒浓度分布判断相应区域是否会发生故障；
52.预测单元204，考虑颗粒冲蚀的条件下对固液两相流进行瞬态计算，用于预测预设未来时间段内，全局颗粒浓度的增长和局部颗粒浓度的变化；
53.故障预警单元205，用于当所述油冷却系统中的整体颗粒浓度或是局部颗粒浓度大于预设的阈值时，进行故障预警。
54.进一步地，当某一区域的颗粒浓度增长速度大于阈值，进行故障预警。
55.此外，本发明实施例的不同实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明实施例的思想，其同样应当视为本发明实施例所公开的内容。
56.上述实施例用来解释说明本发明，而不是对本发明进行限制，在本发明的精神和权利要求的保护范围内，对本发明作出的任何修改和改变，都落入本发明的保护范围。