一种电容器发热量的测试方法、介质及系统与流程

1.本发明涉及电容器技术领域，尤其涉及一种电容器发热量的测试方法、介质及系统。


背景技术：

2.高压油浸电容器是电力系统中的主要无功补偿设备，其损耗大小对设备的性能、寿命、安全运行具有重要意义。由于电容器的阻抗随频率的增加而减小，试验线路的阻抗随着频率的增加而增加，因此在高频下，试验线路对损耗测试的影响会很大，导致测试结果不可靠。


技术实现要素：

3.本发明实施例提供一种电容器发热量的测试方法、介质及系统，以解决现有技术高频下电容器发热量的测试结果不可靠的问题。
4.第一方面，提供一种电容器发热量的测试方法，包括：
5.在所述电容器的壳体的每个表面上分别划分第一网格；
6.在所述电容器的壳体的外围设置包络所述电容器的包络面，其中，所述包络面与所述电容器的壳体的对应的表面之间的距离为第一预设距离；
7.在所述包络面上划分第二网格；
8.当所述电容器处于热平衡状态时，采集每一所述第一网格的节点的第一温度和每一所述第二网格的节点的第二温度；
9.根据每一所述第一网格的每一节点的第一温度计算得到每一所述第一网格的平均发热温度；
10.根据每一所述第二温度计算得到所述包络面的平均发热温度；
11.根据每一所述第一网格的平均发热温度和所述包络面的平均发热温度计算得到所述电容器的发热量。
12.第二方面，提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序指令；所述计算机程序指令被处理器执行时实现如上述第一方面实施例所述的电容器发热量的测试方法。
13.第三方面，提供一种电容器发热量的测试系统，包括：如上述第二方面实施例所述的计算机可读存储介质。
14.这样，本发明实施例，可实现在高压谐波载荷下电力电容器的损耗测量，测量结果可靠准确。
附图说明
15.为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例的描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施
例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
16.图1是本发明实施例的电容器发热量的测试方法的流程图；
17.图2是本发明实施例的闭合曲面包络电容器测试发热量的原理示意图；
18.图3是本发明实施例的某型号电容器的第一网格的划分示意图，其中，(a)对应放电电阻，(b)对应第一连接排，(c)对应第二连接排；
19.图4是本发明实施例的第一网格的示意图；
20.图5是积分面积修正系数随电容器单元高度的变化曲线的示意图。
具体实施方式
21.下面将结合本发明实施例中的附图，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取的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
22.本发明实施例公开了一种电容器发热量的测试方法。该方法特别适用于高压谐波载荷下滤波电容器的发热量的测试。
23.为了更准确可靠地得到电容器的发热量，本发明实施例根据热传导的傅里叶定律进行测试计算。具体的，dt时间内一个闭合曲面内部的热量变化为：
[0024][0025]
其中，表示温度梯度，k表示空气层等效热传导系数，表示闭合曲面微面积元的法向朝外方向，即一个闭合曲面内的总发热功率与该闭合曲面上的温度梯度成正比。因此，可以利用包围电容器的闭合曲面的温度梯度进行积分，求取电容器的总发热量。具体的，如图2所示，当系统处于热平衡时，任意一个包含有电容器的闭合曲面上温度梯度与导热系数的乘积的积分均等于电容器的发热功率。
[0026]
由于实际情况下，电容器的发热功率在空间的分布不均匀，同时，也无法直接对一个连续曲面两侧的温度梯度进行测量，因此可以采用以下方法等效实现：
[0027]
在电容器的壳体上划分网格，测量网格节点的温度，傅里叶热传导公式的微分形式如下：
[0028][0029]
其中，a为两点之间路径的截面积。一般的，电容器内部充满导热油，电容器的壳体为不锈钢材料，导热系数均很大，故当电容器处于热平衡时，电容器的壳体的各处的温度保持不变，且温度梯度较小，故可以采用平均值法求取电容器的壳体表面的温度分布。
[0030]
为了计算电容器的壳体的曲面处的温度梯度，还需要求取另一个与壳体不相交的闭合曲面的温度，可在离电容器的壳体的表面一定距离处测量空气温度，得到另一个闭合曲面的温度。
[0031]
由两个闭合曲面的温度分布以及空气层等效热传导系数计算电容器的壳体至空间另一个测温曲面的温度梯度分布，将电容器的壳体附近的温度梯度与空气在此处的空气
层等效热传导系数的乘积，在梯度计算位置的空间包络曲面进行面积分，即可计算得到电容器的发热功率，即为电容器的损耗。
[0032]
实际测试时，可将电容器置于试验箱的中心位置。试验箱的尺寸可根据电容器的尺寸确定。例如，试验箱的内壁的尺寸可以为2m
×
2m
×
3m～3m
×
3m
×
3.5m。试验箱内部为不通风环境，试验时放入电容器后，可静置24h再进行测试。
[0033]
基于上述的原理，如图1所示，该方法包括如下的步骤：
[0034]
步骤s1：在电容器的壳体的每个表面上分别划分第一网格。
[0035]
划分第一网格的目的，是以便在第一网格的节点上设置热电偶，测量每一节点的温度。应当理解的是，电容器壳体的不同表面的第一网格的尺寸可以不同，也可以相同。第一网格的形状不限，可以是正方形、长方形、四边形等等。本发明实施例中采用正方形网格进行说明。
[0036]
为了减少计算误差，应尽量避免在用于测温的两个节点之间出现温度极值点。因此，在划分第一网格的时候，根据电容器内部主要发热器件的排布确定用于测温的节点位置。电容器内部主要发热器件为放电电阻和连接排。因此，对应这些发热器件的电容器的壳体的表面在划分第一网格时，要根据这些发热器件的位置进行划分。例如，在一具体实施例中，如图3所示，某型号电容器在一个电容器的芯子4较宽的表面设置有放电电阻1，另一个较宽的表面设置有第一连接排2，一个较窄的表面设置有第二连接排3。
[0037]
理论上用于测温的节点越密集，测量结果越准确，但对测量设备的要求更高，使测试成本增加。通过多次实验结果表明，当相邻节点之间的距离不大于第五预设距离时，继续增加节点的密度，对测量结果的影响很小，因此，优选的，无论是对应发热器件还是未对应发热器件的电容器的壳体的表面在划分第一网格时，均设置相邻节点之间的距离不大于第五预设距离。例如，第五预设距离为10cm。
[0038]
根据电容器内部主要发热器件的排布设置，该步骤包括如下的三种情况：
[0039]
第一种：电容器的壳体的表面对应电容器的芯子的设置有放电电阻的表面。
[0040]
(1)若电容器的壳体的表面对应电容器的芯子的设置有放电电阻的表面，则获取每一放电电阻以及相邻两个放电电阻的距离中点对应的电容器的壳体的表面的第一位置点。
[0041]
(2)在电容器的壳体的该表面上划分第一网格，使第一位置点以及电容器的壳体的该表面的顶点均位于第一网格的节点上。
[0042]
例如，如图3(a)所示，某型号电容器的芯子4的一个较宽的表面设置有放电电阻1，则与该较宽的表面对应的电容器的壳体5的表面的对应放电电阻1的第一位置点，以及，对应相邻放电电阻的距离中点的第一位置点，均作为第一网格的节点，在这些节点上放置热电偶6进行温度测量。此外，在电容器的壳体5的该表面的四个顶点也放置热电偶6进行温度测量。优选的，第一网格的相邻节点之间的距离不大于前述的第五预设距离。
[0043]
第二种：电容器的壳体的表面对应电容器的芯子的设置有连接排的表面。
[0044]
(1)若电容器的壳体的表面对应电容器的芯子的设置有连接排的表面，则在连接排上每隔第二预设距离确定一参照点。
[0045]
(2)获取每一参照点对应的电容器的壳体的表面的第二位置点。
[0046]
(3)在电容器的壳体的该表面上划分第一网格，使第二位置点以及电容器的壳体
的该表面的顶点均位于第一网格的节点上。
[0047]
例如，如图3(b)所示，某型号电容器的芯子4的一个较宽的表面设置有第一连接排2，则在第一连接排2上每隔第二预设距离确定一参照点。优选的，第二预设距离不大于前述的第五预设距离。与该较宽的表面对应的电容器的壳体5的表面的对应参照点的第二位置点，作为第一网格的节点，在这些节点上放置热电偶6进行温度测量。此外，在电容器的壳体5的该表面的四个顶点也放置热电偶6进行温度测量。优选的，第一网格的相邻节点之间的距离不大于前述的第五预设距离。
[0048]
同理，如图3(c)所示，某型号电容器的芯子4的一个较窄的表面设置有第二连接排3，则也像前述较宽的表面一样划分第一网格。
[0049]
第三种：电容器的壳体的表面未对应电容器的芯子的设置有放电电阻和连接排的表面。
[0050]
若电容器的壳体的表面未对应电容器的芯子的设置有放电电阻和连接排的表面，则在电容器的壳体的该表面上划分第一网格，使第一网格的相邻节点之间的距离为第三预设距离，且电容器的壳体的该表面的顶点位于第一网格的节点上。
[0051]
这种情况，即电容器的壳体的该表面对应的电容器芯子的表面没有发热器件，则只需要保证电容器的壳体的该表面的顶点位于第一网格的节点上。第三预设距离可根据经验选择，一般不大于第五预设距离。
[0052]
步骤s2：在电容器的壳体的外围设置包络电容器的包络面。
[0053]
一般的，包络面全包络整个电容器。包络面与电容器的壳体的对应的表面之间的距离为第一预设距离。
[0054]
第一预设距离可根据实际情况确定。具体的，由于空气的扩散效应，包络面与电容器的壳体的对应的表面之间的距离越大，则包络面上的温度变化越小。经过测试，当包络面与电容器的壳体的对应的表面之间的距离为0.1m时，包络面各处的温度变化小于2k，对该包络面进行测温和线性差值求取包络面的温度分布误差对最终计算结果的影响可以忽略，因此，包络面与电容器的壳体的对应的表面之间的距离不小于0.1m，但若距离过大，会影响测量精度，因此通常就设置为0.1m，即第一预设距离为0.1m。
[0055]
实际试验时，一般把电容器置于试验箱的底面上，则电容器底部的温度不易测量，因此，可将电容器置于隔热泡沫板上，阻止热量由底部扩散，减少测量误差。这种情况下，由于底部热量难以扩散，包络面可以只包络电容器的除底面以外的其它表面，即包络面相当于一个罩子。
[0056]
步骤s3：在包络面上划分第二网格。
[0057]
第二网格的相邻节点之间的距离为第四预设距离。如前所述，优选的，第四预设距离不大于第五预设距离。第二网格的节点用于设置热电偶测量温度。
[0058]
对于每一第二网格的每一节点，前述的包络面与电容器的壳体的对应的表面之间的距离可以具体为每一第二网格的每一节点与电容器的壳体的对应的表面之间的距离。
[0059]
第二网格的形状不限，可以是正方形、长方形、四边形等等。本发明实施例中采用正方形网格进行说明。
[0060]
步骤s4：当电容器处于热平衡状态时，采集每一第一网格的节点的第一温度和每一第二网格的节点的第二温度。
[0061]
具体的，试验时，给电容器施加试验电压和规定的谐波电流进行试验，当第一温度和第二温度的温度变化值在预设时间内均不超过预设温度，则电容器处于热平衡状态。预设时间和预设温度可根据经验选择。例如，预设时间为6h，预设温度为1k。采集第一温度和第二温度均通过设置在对应节点处的热电偶采集。
[0062]
步骤s5：根据每一第一网格的每一节点的第一温度计算得到每一第一网格的平均发热温度。
[0063]
具体的，第一网格的平均发热温度的计算式为：
[0064][0065]
其中，ti表示第一网格i的平均发热温度，t
i1
～t
i4
分别表示第一网格i的四个节点的第一温度。
[0066]
例如，如图4所示，电容器的壳体划分为n个第一网格，面积分别为s1～sn，每个第一网格的平均发热温度为围成该部分的4个节点p(i,j)的平均温度。例如，图中面积为s1的第一网格的平均发热温度为
[0067]
步骤s6：根据每一第二温度计算得到包络面的平均发热温度。
[0068]
具体的，包络面的平均发热温度的计算式为：
[0069][0070]
其中，表示包络面的平均发热温度，t
2j
表示第二网格的节点j的第二温度，m表示第二网格的节点j的总数量。
[0071]
步骤s7：根据每一第一网格的平均发热温度和包络面的平均发热温度计算得到电容器的发热量。
[0072]
具体的，电容器的发热量的计算公式为：
[0073][0074]
其中，p表示电容器的发热量，k表示空气层等效热传导系数，r表示积分面积修正系数，si表示第一网格i的面积，d表示第一预设距离，n表示第一网格的数量。
[0075]
积分面积修正系数r与电容器的高度h以及包络面的第二网格的节点到电容器的壳体的对应的表面的距离d(第一预设距离)有关。例如，当包络面的第二网格的节点到电容器的壳体的对应的表面的距离d为0.1m和0.2m时，积分面积修正系数r随电容器单元高度h的变化曲线如图5所示。这个变化对应关系可总结为数据表。因此，实际应用时，积分面积修正系数r可根据电容器的高度h和包络面的第二网格的节点到电容器的壳体的对应的表面的距离d查表得到。
[0076]
通过上述的方法即可更加准确地得到电容器的发热量。
[0077]
本发明实施例还公开了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序指令；所述计算机程序指令被处理器执行时实现如上述实施例所述的电容器发热量的测试方法。
[0078]
本发明实施例还公开了一种电容器发热量的测试系统，包括：如上述实施例所述的计算机可读存储介质。
[0079]
综上，本发明实施例，可实现在高压谐波载荷下电力电容器的损耗测量，测量结果可靠准确。
[0080]
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。