配电变压器的铁芯损耗密度检测方法与系统与流程

本发明属于电气设备检测领域，具体涉及一种配电变压器的铁芯损耗检测方法与系统。

背景技术：

1、随着国家的快速发展，社会经济水平的不断发展和人们物质生活的不断丰富，对电力的需求正在日益增长。配电系统作为电力系统的最后一个环节直接面向终端用户，在电力系统中具有重要的地位，它的完善与否直接关系着广大用户的用电可靠性和用电质量。配电变压器是配电系统乃至整个电力系统的核心组成部分之一，是保证社会供电效果的关键环节，发挥着不可替代的作用。

2、在此基础上，配电变压器设计者在开发更高效的设备时考虑尽量减少配变运行所产生的损耗，这些损耗可分为铁芯损耗、电阻损耗和机械损耗。这些损耗的准确预测和测量对于评估设备的效率、温度分布和冷却要求至关重要。铁芯损耗是配电变压器设计阶段考虑的最重要的参数之一。因此，准确估计和减少铁芯损耗对于配电变压器的设计与运行至关重要。

技术实现思路

1、本发明的目的在于解决上述现有技术中存在的难题，提供一种配电变压器的铁芯损耗检测方法与系统，能够提高检测精度。

2、本发明是通过以下技术方案实现的：一种配电变压器的铁芯损耗密度检测方法，包括以下步骤：

3、建立配变的损耗模型，包括铁芯损耗模型与绕组损耗模型；

4、根据所述损耗模型建立配变的热模型，所述热模型用于表征损耗与温升之间的函数关系；

5、通过试验测量配变的实测温升，耦合铁芯损耗模型与绕组损耗模型作为热模型的模拟热源，模拟热源迭代输入热模型以计算配变的模拟温升，根据实测温升与模拟温升之间的误差对所述热模型进行反演，直到获得最佳铁芯损耗密度。

6、进一步的，所述铁芯损耗模型如下：

7、

8、式中，pfe,(sim)表示模拟的铁芯损耗密度，n、fi分别表示初级绕组的输入电压的总谐波数及各谐波频率，khys、keddy和kexc分别表示迟滞系数、涡流系数与多余损耗系数。

9、进一步的，根据铁芯损耗密度的测算数据拟合所述铁芯损耗模型的迟滞系数、涡流系数与多余损耗系数。

10、进一步的，按如下方式获取铁芯损耗密度的测算数据：

11、空载时，向配变迭代初级绕组输入正弦电压；

12、测量初级绕组的初级电流与次级绕组的感应电压；

13、分别根据初级电流与感应电压计算磁场强度与磁通密度；

14、根据磁场强度与磁通密度计算铁芯损耗密度。

15、进一步的，所述绕组损耗模型如下：

16、

17、式中，pr表示初级绕组的绕组损耗，rdc,pri表示初级绕组的电阻，α表示初级绕组的热阻率，δt表示测量周期内初级绕组的温升，ipri.ms表示初级绕组的电流。

18、进一步的，所述热模型如下：

19、

20、式中，cp、k、t和pgen分别表示配变的比热容、导热系数、温度和热源；ρ表示铁芯的质量密度；pfe,(sim)表示通过所述铁芯损耗模型获得的模拟的铁芯损耗密度；pr表示通过绕组损耗模型获得的绕组损耗；mfe表示铁芯质量。

21、进一步的，根据配变的传热系数h确定所述热模型的导热系数k，传热系数h等于单位厚度的导热系数k；

22、所述传热系数h的计算公式如下：

23、

24、式中，h1表示铁芯表面的传热系数，h2表示绕组表面的传热系数，h3表示铁芯与绕组的接触面的传热系数，a1表示铁芯表面的面积，a2表示绕组表面的面积，a3表示铁芯与绕组的接触面的面积，at表示铁芯、绕组以及铁芯与绕组的接触面的总表面积。

25、进一步的，h1、h2与h3的计算通式如下：

26、

27、式中，hconv表示自然对流系数，hrad表示辐射对流系数，nu为nusselt数，kfld为流体导热系数，σ为stefan-boltzmann常数，lc为表面的特征长度，ò为表面的发射率，t为表面温度，text为周围温度。

28、本发明还提供一种配电变压器的铁芯损耗密度检测系统，其特征在于，用于实现本发明的配电变压器的铁芯损耗密度检测方法，包括试验装置、建模子系统与反演子系统；所述试验装置用于测算配变的损耗与温度；所述建模子系统用于根据测试数据建立配变的损耗模型，并根据所述损耗模型建立配变的热模型；所述反演子系统用于根据实测温升与模拟温升之间的误差对所述热模型进行反演，直到获得最佳铁芯损耗密度。

29、进一步的，所述试验装置包括电源、温度采集模块、初级绕组电流采集模块与次级绕组电压采集模块；所述电源用于向初级绕组输入正弦交流电压。

30、与现有技术相比，本发明的有益效果包括：

31、1、本发明考虑了损耗与温升之间的关系，利用热模型(正演模型)对配变的温升进行了模拟，并对热模型进行反演模型，反演法的样本更多，通过多次测算并求误差，拟合出损耗与温升间的关系，修正模型系数，从而更精确地确定铁损密度等参数，提高了铁芯损耗密度的检测精度。

32、2、本发明通过配变的传热系数h确定导热系数k，传热系数h为复合材料的传热系数，即将配变的铁芯与绕组看成复合材料，通过铁芯传热系数与绕组的传热系数进行复合估算，并考虑了自然对流与辐射的影响，因此能够提高导热系数k的精度。

技术特征：

1.一种配电变压器的铁芯损耗密度检测方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的配电变压器的铁芯损耗密度检测方法，其特征在于，所述铁芯损耗模型如下：

3.根据权利要求2所述的配电变压器的铁芯损耗密度检测方法，其特征在于，根据铁芯损耗密度的测算数据拟合所述铁芯损耗模型的迟滞系数、涡流系数与多余损耗系数。

4.根据权利要求3所述的配电变压器的铁芯损耗密度检测方法，其特征在于，按如下方式获取铁芯损耗密度的测算数据：

5.根据权利要求1所述的配电变压器的铁芯损耗密度检测方法，其特征在于，所述绕组损耗模型如下：

6.根据权利要求1所述的配电变压器的铁芯损耗密度检测方法，其特征在于，所述热模型如下：

7.根据权利要求6所述的配电变压器的铁芯损耗密度检测方法，其特征在于，根据配变的传热系数h确定所述热模型的导热系数k，传热系数h等于单位厚度的导热系数k；所述传热系数h的计算公式如下：

8.根据权利要求7所述的配电变压器的铁芯损耗密度检测方法，其特征在于，h1、h2与h3的计算通式如下：

9.一种配电变压器的铁芯损耗密度检测系统，其特征在于，用于实现如权利要求1～8任一所述的配电变压器的铁芯损耗密度检测方法，包括试验装置、建模子系统与反演子系统；所述试验装置用于测算配变的损耗与温度；所述建模子系统用于根据测试数据建立配变的损耗模型，并根据所述损耗模型建立配变的热模型；所述反演子系统用于根据实测温升与模拟温升之间的误差对所述热模型进行反演，直到获得最佳铁芯损耗密度。

10.根据权利要求9所述的配电变压器的铁芯损耗密度检测系统，其特征在于，所述试验装置包括电源、温度采集模块、初级绕组电流采集模块与次级绕组电压采集模块；所述电源用于向初级绕组输入正弦交流电压。

技术总结
本发明属于电气设备检测领域，公开了一种配电变压器的铁芯损耗检测方法与系统，包括试验装置、建模子系统与反演子系统；建立配变的损耗模型，包括铁芯损耗模型与绕组损耗模型；根据所述损耗模型建立配变的热模型，所述热模型用于表征损耗与温升之间的函数关系；通过试验测量配变的实测温升，耦合铁芯损耗模型与绕组损耗模型作为热模型的模拟热源，模拟热源迭代输入热模型以计算配变的模拟温升，根据实测温升与模拟温升之间的误差对所述热模型进行反演，直到获得最佳铁芯损耗密度。本发明考虑了损耗与温升之间的关系，并对热模型进行反演模型，反演法的样本更多，提高了铁芯损耗密度的检测精度。

技术研发人员：方健,王红斌,张敏,洪海程,王勇,林翔,田妍
受保护的技术使用者：广东电网有限责任公司广州供电局
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16