一种干式变压器绕组内热点的温度和位置检测方法
【专利摘要】本发明涉及干式变压器绕组的工作状况监控【技术领域】，特别涉及一种干式变压器绕组内热点的温度和位置检测方法。针对现有技术对干式变压器绕组测温中存在的测温过程复杂、测温结果准确性较差和不能识别热点空间位置信息的问题，本发明提供了一种干式变压器绕组内热点的温度和位置检测方法。通过建立并求解红外热辐射模型，利用迭代算法求得准确的低压绕组发热部位的实时温度信息和实时空间位置信息，实现实时检测，有利于及时发现干式变压器的异常和故障，避免发生重大电网运营事故。
【专利说明】-种干式变压器绕组内热点的温度和位置检测方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及干式变压器绕组的工作状况监控【技术领域】，特别涉及一种干式变压器 绕组内热点的温度和位置检测方法。
【背景技术】
[0002] 随着智能电网的发展，电力系统对电气设备的运行安全提出了更高的要求。变压 器作为电力系统的核心部件，对保证电网的安全运行起着至关重要的作用。干式变压器与 传统的油浸式变压器相比，在防火、环保、占地、节能等方面均具有一定的优势。随着城镇化 的推进和城乡一体化建设的深入以及生活小区建设的开展，干式变压器的投入和运用越来 越普遍，保证干式变压器工作的可靠性至关重要。正常运行的变压器，由于电流和电压的作 用会产生发热现象。这种发热主要包括电流效应引起的发热和电压效应引起的发热。其中， 电流效应引起的发热主要反应在载流电力设备中，电压效应引起的发热主要反应在设备内 部损耗的变化上。正常的电流或电压效应引起的发热和温度上升能够限制在允许的范围之 内，不会出现局部过热情况。当电力设备发生故障时，缺陷部位的温升将发生明显变化，尤 其以电流效应引起的发热将导致局部温度急剧增加。由于90%的变压器故障会出现发热现 象，温度成为评估变压器运行状态的重要标识量。实时有效的温度信息为设备维护人员及 时了解变压器故障，发现潜在的缺陷，排除隐患以避免更大的事故发生提供了重要的参考。
[0003] 现有的干式变压器温度检测方法包括接触式测温和非接触式测温两大类。其中， 接触式测温包括光纤测温、无线测温以及传统的电阻式接触测温方法。非接触式测温一般 采用红外热像仪进行测温。现有的触式测温和非接触式测温方法都存在着明显的缺点。对 于接触式测温方法及其装置，存在的缺点主要包括：（1)接触式测温有可能改变被测物体 的温度场和磁场的分布，对被测物体本身存在着一定的影响；（2)接触式测温结果具有延 时，被测物体与测温元件之间的传热需要一定的时间，因此测温结果存在一定的滞后；（3) 电气设备的高压、强电场和强磁场会对测温传感器本身的测温精度带来一定的影响。对于 非接触式测温，目前通常采用红热像仪配合云台采集变压器绕组热图像，并通过专用的图 像分析软件分析获取的红外图像。红外热像仪价格高、操作复杂、携带不方便，图像分析处 理技术一般较为复杂，且现有的图像分析处理技术并不完善，测温准确性较差。另外，现有 的接触式测温和非接触式测温方法在热点的位置识别方面均表现较差。
【发明内容】
[0004] 针对现有技术对干式变压器绕组测温中存在的测温过程复杂、测温结果准确性较 差和不能识别热点空间位置信息的问题，本发明提供了一种干式变压器绕组内热点的温度 和位置检测方法。
[0005] 本发明的技术方案为： 一种干式变压器绕组内热点的温度和位置检测方法，其特征在于其包括以下步骤： (a)采集干式变压器高压绕组外表面上一个以上温度监测点的温度，所有温度监测点 均位于高压绕组的一个横截面上，并且相邻的温度监测点间距相同。
[0006] (b)建立干式变压器高压绕组和低压绕组之间的红外热辐射模型，在该红外热辐 射模型中高压绕组和低压绕组均展开为2个平行的长方形立体面板，在该红外热辐射模型 中建立三维坐标系。
[0007](c)在红外热辐射模型和三维坐标系中选取一个以上低压绕组面元 d%，根据朗伯辐射定理列写各个低压绕组面元投射到高压绕组内表面面元的辐射 流密度方程，各个辐射流密度1^方程均以低压绕组面元?的温度和坐标为参变量； 高压绕组内表面面元与步骤（a)中所述温度监测点一一对应，针对每一个高压绕组内 表面面元^5/1」写一个辐射流密度fjyB方程。
[0008] (d)将展开为长方形立体面板的高压绕组的4个外侧面视为绝热面，仅考虑高压 绕组内外表面的辐射传热，列写高压绕组内部的稳态导热方程及边界条件方程。
[0009](e)建立空间向量#，空间向量#的元素』
【权利要求】
1. 一种干式变压器绕组内热点的温度和位置检测方法，其特征在于其包括以下步骤： (a) 采集干式变压器高压绕组外表面上一个以上温度监测点的温度，所述温度监测点 均位于高压绕组的一个横截面上，并且相邻的温度监测点间距相同； (b) 建立干式变压器高压绕组和低压绕组之间的红外热辐射模型，所述红外热辐射模 型中高压绕组和低压绕组展开为2个平行的长方形立体面板，在所述红外热辐射模型中建 立三维坐标系； (c) 在所述红外热辐射模型和三维坐标系中选取一个以上低压绕组面元 根据朗伯辐射定理列写所述低压绕组面元?投射到高压绕组内表面面元的辐射 流密度i^ajb方程，所述辐射流密度方程以低压绕组面元^~?的温度和坐标为参变量，所 述高压绕组内表面面元与步骤（a)中所述温度监测点一一对应； (d) 将展开为长方形立体面板的高压绕组的4个外侧面视为绝热面，仅考虑高压绕组 内外表面的辐射传热，列写高压绕组内部的稳态导热方程及边界条件方程； (e) 建立空间向量#，所述空间向量你的元素= 其中为所述低压绕 组面元的温度，为所述低压绕组面元的坐标； (f) 令空间向量#初始化，将初始化的空间向量#代入所述辐射流密度方程、稳态 导热方程和边界条件方程，求得各个高压绕组内表面面元Ifa所对应的高压绕组外表面的 温度估值iFs; (g) 将温度估值代入条件判定公式，即公式6,若条件判定公式成立，则当前空间向 量#为最优解，若条件判定公式不成立，则执行步骤（h);
其中，#为步骤（c)中所述高压绕组内表面面元的数量，即步骤（a)中所述温度监 邏 测点的数量；为步骤（f)中求得的所述各个高压绕组内表面面元Iifs所对应的高压绕组 外表面的温度估值Tfs 为步骤（a)中采集得到的所述温度监测点的实测温度；f为最终 所需的精度要求； (h) 迭代计算：令其中，为第左次迭代的搜索步长，见公式7，pi为 第左次迭代的共轭搜索方向，见公式8, I： = _f，I为迭代次数；
将代入所述辐射流密度方程、稳态导热方程和边界条件方程，求得新的温度 估值;将新求的温度估值代入条件判定公式，若条件判定公式成立，则停止迭代并判 定当前空间向量Ma*1为最优解，若条件判定公式不成立，则重复执行步骤（h)。
【文档编号】G06F19/00GK104330693SQ201410678492
【公开日】2015年2月4日 申请日期:2014年11月24日 优先权日:2014年11月24日
【发明者】王永强, 张晓霞, 欧阳宝龙 申请人:华北电力大学（保定）