本發(fā)明涉及變壓器繞組變形參數(shù)監(jiān)測(cè)方法，具體涉及基于繞組溫度變化的變壓器電阻參量在線(xiàn)監(jiān)測(cè)方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、電力變壓器對(duì)保證電力系統(tǒng)的可靠性至關(guān)重要。運(yùn)行于電網(wǎng)中的電力變壓器，不可避免地將遭受各種短路故障的沖擊，特別是出口或近區(qū)短路對(duì)其危害更為嚴(yán)重。因短路電流產(chǎn)生的巨大電動(dòng)力和繞組的瞬間急劇發(fā)熱，有可能使變壓器繞組發(fā)生軸向、幅向尺寸變化、繞組扭曲、鼓包，甚至間故障等。另外，變壓器在運(yùn)輸中發(fā)生意外碰撞也可造成繞組變形、器身位移。繞組變形已成為變壓器健康隱患和故障的主要原因。

2、目前普遍采用的變壓器繞組變形檢測(cè)方法有：短路電抗法、低壓脈沖法和頻響分析法等，這些方法均需變壓器退出運(yùn)行離線(xiàn)檢測(cè)，不能隨時(shí)監(jiān)測(cè)變壓器繞組狀況以及實(shí)時(shí)發(fā)現(xiàn)故障。不影響變壓器運(yùn)行狀態(tài)的在線(xiàn)監(jiān)測(cè)與診斷是變壓器監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的發(fā)展方向。因變壓器短路阻抗及阻抗中的電感分量與繞組幾何尺寸及相對(duì)位置有關(guān)，由在線(xiàn)檢測(cè)變壓器短路電抗變化來(lái)分析繞組健康狀況的技術(shù)正逐漸得到重視，繞組電阻作為在線(xiàn)檢測(cè)變壓器參數(shù)的關(guān)鍵參量，其測(cè)量的準(zhǔn)確程度對(duì)電感分量的辨識(shí)結(jié)果有很大影響。

3、為了解決上述問(wèn)題，本發(fā)明提出了一種基于繞組溫度變化的變壓器繞組變形電阻參量在線(xiàn)監(jiān)測(cè)方法。該方法通過(guò)精確測(cè)量繞組電阻，結(jié)合繞組溫度變化進(jìn)行校正，為實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)變壓器繞組的健康狀況提供關(guān)鍵參數(shù)，以提高變壓器運(yùn)行的安全性和可靠性。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、鑒于上述現(xiàn)有存在的問(wèn)題，本發(fā)明旨在實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)變壓器繞組電阻，確保其安全穩(wěn)定運(yùn)行。通過(guò)油溫傳感器測(cè)量、1:1仿真模型建立、分層區(qū)域化分析和曲線(xiàn)擬合，解決了繞組溫度分布難以準(zhǔn)確測(cè)量的問(wèn)題；結(jié)合材料特性和溫度系數(shù)計(jì)算，精確計(jì)算電阻變化，解決了電阻隨溫度變化難以計(jì)算的問(wèn)題；通過(guò)溫度梯度修正和等效電路參數(shù)辨識(shí)，實(shí)現(xiàn)了繞組電阻參量的實(shí)時(shí)更新和監(jiān)測(cè)，提高了變壓器的運(yùn)行可靠性和維護(hù)效率。

2、為解決上述技術(shù)問(wèn)題，提出了基于繞組溫度變化的變壓器電阻參量在線(xiàn)監(jiān)測(cè)方法，包括，

3、利用油溫傳感器測(cè)量變壓器油溫，在變壓器擋油板位置設(shè)置溫度采樣點(diǎn)，建立1：1仿真模型，獲取初始繞組溫度分布和繞組高度之間的關(guān)系；對(duì)繞組的溫度分布進(jìn)行分層區(qū)域化分析，通過(guò)曲線(xiàn)擬合所有區(qū)域的繞組溫度分布和繞組高度之間的關(guān)系，根據(jù)材料特性獲取繞組的溫度系數(shù)并計(jì)算隨溫度變化的電阻參量；根據(jù)采樣點(diǎn)對(duì)應(yīng)位置的油溫，通過(guò)溫度梯度修正后計(jì)算擋油板所處區(qū)域的繞組溫度，通過(guò)擬合曲線(xiàn)計(jì)算繞組平均溫度并更新隨溫度變化的電阻參量。

4、作為本發(fā)明所述的基于繞組溫度變化的變壓器電阻參量在線(xiàn)監(jiān)測(cè)方法的一種優(yōu)選方案，其中：所述測(cè)量變壓器油溫包括，選擇熱電偶高精度溫度傳感器，測(cè)量變壓器頂層油溫、油箱入口油溫、散熱器出口油溫。

5、所述建立1：1仿真模型包括，使用3d建模軟件solidworks繪制變壓器散熱器和各電壓等級(jí)繞組的1:1比例三維模型，采用有限元分析軟件comsol對(duì)3d模型進(jìn)行網(wǎng)格剖分，生成流體域網(wǎng)格和固體域網(wǎng)格，并進(jìn)行網(wǎng)格質(zhì)量檢查。

6、作為本發(fā)明所述的基于繞組溫度變化的變壓器電阻參量在線(xiàn)監(jiān)測(cè)方法的一種優(yōu)選方案，其中：所述獲取繞組溫度分布和繞組高度之間的關(guān)系包括，在仿真軟件中導(dǎo)入3d模型，并設(shè)置變壓器的運(yùn)行參數(shù)，在額定運(yùn)行后改變負(fù)載，進(jìn)行溫度變化記錄，根據(jù)記錄結(jié)果，通過(guò)流體-溫度場(chǎng)耦合模型提取變壓器擋油板位置初始繞組溫度和繞組高度間的關(guān)系函數(shù)：

7、

8、其中，t(z)為繞組高度z處的溫度分布函數(shù)，i為網(wǎng)格剖分的總數(shù)量，i為網(wǎng)格數(shù)量索引，ρi為第i個(gè)網(wǎng)格的密度函數(shù)，δvi為第i個(gè)網(wǎng)格的體積，qi為第i個(gè)網(wǎng)格的熱流密度，qtotal為整個(gè)繞組的熱流密度總和，ti為第i個(gè)網(wǎng)格的中心溫度，tref為參考溫度，為第i個(gè)網(wǎng)格溫度分布的方差，為時(shí)間變化溫度分布的方差，μt為時(shí)間平均溫度，t為時(shí)間變量。

9、作為本發(fā)明所述的基于繞組溫度變化的變壓器電阻參量在線(xiàn)監(jiān)測(cè)方法的一種優(yōu)選方案，其中：所述分層區(qū)域化分析包括根據(jù)不同高度的t(z)值得到繞組溫度分布，根據(jù)擋油板位置將繞組按高度分層z'1、z'2、z'2以及z'4，對(duì)每層的所有溫度數(shù)據(jù)∑t(z)值進(jìn)行分層曲線(xiàn)擬合，根據(jù)分層z'1、z'2、z'3以及z'4進(jìn)行分區(qū)域擬合，得到擬合后的溫度與繞組高度的關(guān)系為：

10、

11、其中，以及為根據(jù)擋油板位置所劃分的區(qū)域的擬合后平均繞組溫度值，為每層平均繞組高度，a0、…、a8為擬合參數(shù)，a0＝361.01，a1＝0.01124，a2＝361.23，a3＝0.0091，a4＝361.38，a5＝0.0084，a6＝345.47，a7＝0.086，a8＝-0.0000958。

12、通過(guò)繞組溫度變化平均值計(jì)算出繞組電阻為：

13、

14、其中，r0為溫度變化前的電阻，r1為溫度變化后的電阻，和分別為溫度變化前對(duì)應(yīng)時(shí)刻和溫度變化后對(duì)應(yīng)時(shí)刻的繞組平均溫度值，α為繞組的溫度系數(shù)。

15、根據(jù)材料特性獲取繞組的溫度系數(shù)α：

16、

17、其中，zmin為z1、z2、z3以及z4的各繞組分層區(qū)域的最小高度，zmax為z1、z2、z3以及z4的各繞組分層區(qū)域的最大高度，j為繞組分層數(shù)，j為當(dāng)前分層索引，γ(j)為伽瑪函數(shù)進(jìn)行歸一化處理，為繞組溫度隨高度變化的導(dǎo)數(shù)，z'j為第j層繞組的高度，a為擬合參數(shù)描述溫度分布的非均勻性，為繞組電阻隨溫度變化的導(dǎo)數(shù)，rref為繞組在參考溫度下的電阻。

18、根據(jù)溫度變化結(jié)果，更新繞組電阻的電阻參量。

19、作為本發(fā)明所述的基于繞組溫度變化的變壓器電阻參量在線(xiàn)監(jiān)測(cè)方法的一種優(yōu)選方案，其中：所述更新繞組電阻的電阻參量包括，當(dāng)溫度變化緩慢時(shí)，即溫度在一個(gè)小時(shí)內(nèi)變化不超過(guò)1攝氏度，每輪采樣周期為ms級(jí)，采用每輪采樣的起始時(shí)刻油溫?cái)?shù)值分別推算繞組平均溫度，再由繞組平均溫度計(jì)算得到的繞組電阻值的公式為：

20、r1(tr12)＝r1(tr11)[1+α(tr12-tr11)]

21、r2(tr22)＝r2(tr21)[1+α(tr22-tr21)]

22、其中，tr11和tr21分別表示t1時(shí)刻原邊和副邊繞組的平均溫度，tr12和tr22分別表示t2時(shí)刻原邊和副邊繞組的平均溫度。

23、作為本發(fā)明所述的基于繞組溫度變化的變壓器電阻參量在線(xiàn)監(jiān)測(cè)方法的一種優(yōu)選方案，其中：所述溫度梯度修正包括，當(dāng)溫度變化快速時(shí)，即溫度在一個(gè)小時(shí)內(nèi)變化大于1攝氏度，通過(guò)溫度梯度修正值gm(zn)更新?lián)跤桶逅巺^(qū)域的繞組溫度t'(z)：

24、

25、其中，gm(zn)是第m個(gè)采樣點(diǎn)在高度zn處的溫度梯度修正值，m是考慮的采樣點(diǎn)數(shù)量，wm是第m個(gè)采樣點(diǎn)的權(quán)重因子，zn,m是第m個(gè)采樣點(diǎn)的高度，δz,m是第m個(gè)采樣點(diǎn)考慮的溫度梯度影響的高度范圍，是在第m個(gè)采樣點(diǎn)處隨高度z'變化的溫度梯度，tm是第m個(gè)采樣點(diǎn)的時(shí)間點(diǎn)，β是一個(gè)大于零的溫度梯度影響因子，調(diào)節(jié)修正值的敏感度。

26、更新初始繞組溫度和繞組高度間的關(guān)系函數(shù)為t'(z)：

27、

28、其中，t'(z)為繞組在高度z處修正后的溫度，γ(w)為伽馬函數(shù)處理積分中的權(quán)重因子，δt為溫度變化范圍，μi為第i個(gè)網(wǎng)格溫度分布的平均值，t為溫度變量，γ為積分的階數(shù)，zn為第n個(gè)采樣點(diǎn)的高度。

29、更新t'(z)后，重新進(jìn)行分層曲線(xiàn)擬合，得到新的各區(qū)域的繞組平均溫度以及并計(jì)算繞組平均溫度：

30、

31、通過(guò)繞組溫度變化計(jì)算出繞組電阻為：

32、

33、其中，r'0為更新溫度變化前的電阻，r'1為更新溫度變化后的電阻，和分別為溫度變化前對(duì)應(yīng)時(shí)刻和溫度變化后對(duì)應(yīng)時(shí)刻的繞組平均溫度值。

34、作為本發(fā)明所述的基于繞組溫度變化的變壓器電阻參量在線(xiàn)監(jiān)測(cè)方法的一種優(yōu)選方案，其中：所述更新繞組電阻的電阻參量還包括，在線(xiàn)檢測(cè)繞組變形的公式，電阻參量為公式的關(guān)鍵輸入量，建立變壓器的t型等效電路，根據(jù)t型等效電路列出變壓器相量方程，同時(shí)建立變壓器各輸入信號(hào)與繞組參數(shù)的關(guān)系，變壓器相量方程為：

35、

36、將建立的t型等效電路相量方程變換成最小二乘的標(biāo)準(zhǔn)形式：

37、

38、其中，k為變壓器變比，電阻參量r1、r2作為辨識(shí)電感l(wèi)1、l2的關(guān)鍵輸入量。

39、本發(fā)明的另外一個(gè)目的是提供了基于繞組溫度變化的變壓器電阻參量在線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，本發(fā)明實(shí)現(xiàn)變壓器繞組溫度的精確監(jiān)測(cè)和電阻參量的實(shí)時(shí)更新，以預(yù)防故障、提高運(yùn)行安全性。系統(tǒng)通過(guò)數(shù)據(jù)采集與處理模塊確保溫度數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，溫度分布分析與電阻計(jì)算模塊解決繞組溫度分布不均和電阻值計(jì)算問(wèn)題，以及電阻參量在線(xiàn)監(jiān)測(cè)與更新模塊動(dòng)態(tài)調(diào)整電阻值，協(xié)同解決變壓器監(jiān)測(cè)的實(shí)時(shí)性和準(zhǔn)確性問(wèn)題，降低故障風(fēng)險(xiǎn)，為維護(hù)和故障診斷提供技術(shù)支持，增強(qiáng)運(yùn)行穩(wěn)定性和延長(zhǎng)使用壽命。

40、作為本發(fā)明所述的基于繞組溫度變化的變壓器電阻參量在線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的一種優(yōu)選方案，其特征在于，包括數(shù)據(jù)采集與處理模塊、溫度分布分析與電阻計(jì)算模塊、電阻參量在線(xiàn)監(jiān)測(cè)與更新模塊。

41、所述數(shù)據(jù)采集與處理模塊，負(fù)責(zé)收集變壓器的溫度數(shù)據(jù)及相關(guān)參數(shù)，并通過(guò)高精度的測(cè)量設(shè)備確保數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，將采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，以便后續(xù)模塊的使用。

42、所述溫度分布分析與電阻計(jì)算模塊，利用采集到的數(shù)據(jù)，結(jié)合建立的1:1仿真模型，分析變壓器繞組的溫度分布，并計(jì)算出繞組的平均溫度，通過(guò)仿真軟件進(jìn)行流體-溫度場(chǎng)耦合分析，獲取繞組溫度分布與高度之間的關(guān)系，并進(jìn)行曲線(xiàn)擬合，根據(jù)繞組的溫度系數(shù)和材料特性，計(jì)算出隨溫度變化的電阻參量。

43、所述電阻參量在線(xiàn)監(jiān)測(cè)與更新模塊，根據(jù)溫度變化情況調(diào)整電阻值的計(jì)算，當(dāng)溫度變化緩慢時(shí)，采用每輪采樣的起始時(shí)刻油溫?cái)?shù)值分別推算繞組平均溫度，再由繞組平均溫度計(jì)算得到的繞組電阻值。當(dāng)溫度變化快速時(shí)，通過(guò)溫度梯度修正值來(lái)更新繞組溫度，并重新計(jì)算電阻值，根據(jù)t型等效電路和變壓器相量方程，更新電阻參量，并用于辨識(shí)電感和電容關(guān)鍵參數(shù)。

44、一種計(jì)算機(jī)設(shè)備，包括存儲(chǔ)器和處理器，所述存儲(chǔ)器存儲(chǔ)有計(jì)算機(jī)程序，其特征在于，所述處理器執(zhí)行所述計(jì)算機(jī)程序時(shí)實(shí)現(xiàn)基于繞組溫度變化的變壓器電阻參量在線(xiàn)監(jiān)測(cè)所述的方法的步驟。

45、一種計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)，其上存儲(chǔ)有計(jì)算機(jī)程序，其特征在于，所述計(jì)算機(jī)程序被處理器執(zhí)行時(shí)實(shí)現(xiàn)基于繞組溫度變化的變壓器電阻參量在線(xiàn)監(jiān)測(cè)所述的方法的步驟。

46、本發(fā)明的有益效果：本發(fā)明通過(guò)對(duì)變壓器繞組電阻的精確測(cè)量，結(jié)合繞組溫度變化進(jìn)行校正，提供了一種有效的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)變壓器繞組健康狀況的方法。通過(guò)對(duì)繞組電阻的準(zhǔn)確監(jiān)測(cè)，可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)變壓器運(yùn)行過(guò)程中可能出現(xiàn)的異常情況，例如繞組過(guò)熱、短路或老化等問(wèn)題。這些異常情況如果不及時(shí)發(fā)現(xiàn)和處理，可能會(huì)導(dǎo)致變壓器的故障，甚至引發(fā)嚴(yán)重的安全事故。因此，通過(guò)本發(fā)明的技術(shù)手段，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)變壓器繞組狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)控，及時(shí)獲取繞組的健康參數(shù)，從而在早期階段發(fā)現(xiàn)潛在的問(wèn)題并采取相應(yīng)的維護(hù)措施，以確保變壓器的安全運(yùn)行。此外，本發(fā)明在測(cè)量繞組電阻的過(guò)程中，考慮到了溫度變化對(duì)電阻測(cè)量的影響，通過(guò)溫度校正技術(shù)提高了測(cè)量的準(zhǔn)確性。溫度是影響電阻值的一個(gè)重要因素，繞組在不同溫度下的電阻值會(huì)有所不同，因此，通過(guò)溫度校正，可以消除由于溫度變化引起的測(cè)量誤差，從而獲得更加準(zhǔn)確的繞組電阻值。這為變壓器運(yùn)行狀態(tài)的精確評(píng)估提供了可靠的數(shù)據(jù)支持。通過(guò)上述方法，本發(fā)明不僅提高了變壓器繞組健康狀況監(jiān)測(cè)的準(zhǔn)確性，還增強(qiáng)了變壓器運(yùn)行的安全性和可靠性，減少了由于繞組故障引發(fā)的意外停機(jī)和維護(hù)成本，具有重要的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值和廣泛的推廣前景。