[发明专利]基于三维温度场快速构建的变压器故障诊断系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于三维温度场快速构建的变压器故障诊断系统，尤其 是一种基于有限元法的三维温度场快速构建数值建模方法。

背景技术

大型变压器是电力系统中关键设备之一，它的长期、安全、可靠、高效 运行的重要性不言而喻。目前变压器正朝大容量、特高电压方向发展，结构 越来越复杂，价格昂贵，亟需开展状态监测与故障诊断可靠性研究。变压器 运行状态的监测方法较多，这些方法各有特点，研究和应用较多的方法主要 有油中溶解气体监测、高频局部放电测量、功率因素测量等。但上述方法通 常只能判断变压器是否已出现故障，无法进行故障预测，也无法诊断故障原 因、发生故障的部位。因此，寻求变压器故障诊断的新方法已成为学科研究 前沿与热点之一。

变压器常见故障与温度间有着必然的联系，对于处在电力变压器外壳内 部的各种部件，如导电回路、绝缘介质和铁芯等，发生故障时也会产生不同 的热效应。如：导电回路接头、连接件和触头接触不良造成的接触电阻增大 和发热；绝缘介质老化、受潮后介质损耗增大，导致发热功率增大；铁芯和 可导磁部位因绝缘不良和设计结构不当，造成短路和漏磁，形成局部涡流过 热；电压型设备内部元器件缺陷引起的电压分布异常，其相应的去热功率也 将发生改变；设备内部缺油时产生两种不同的热效应，即绝缘强度降低引起 的局部放电发热和缺油的油面处由于上下介质不同、介质的热容系数相差很 大造成的热场分布差异。若未能及时发现并阻止上述故障、隐患的发展，将 会因恶性循环而引发连接点熔焊、导线断裂、甚至设备爆炸起火等事故。所 以，建立大型电力变压器的温度场分布与故障特征之间的关系，研究基于三 维温度场快速构建的变压器故障诊断系统，监测其运行情况，预测并诊断故 障对于保障大型变压器的安全高效运行、保证用电安全可靠、促进国民经济 发展和社会进步等具有极重要的意义。

发明内容

为了满足基于温度场特征模式分析变压器故障状况，本发明着眼于利用 研究对象边界(如固态温度场)或内部(如液态、气态或混合型温度场)的 某些关键测点的温度信息，以及基于SVM方法的三维温度场回归分析与快速 构建技术，提取三维温度场故障特征量以建立温度故障数据库，并将复杂机 电系统实体建模的功能模块和有限元热分析功能模块相结合，建立基于温度 场特征信息的故障诊断集成分析系统。使用该系统，可以实时掌握复杂机电 装备关键零部件温度场变化的基本规律，为变压器故障类型的确定，故障源 温度、功率与面积大小以及故障发展趋势的估计、故障点定位提供新的研究 途径。

一种基于三维温度场快速构建的变压器故障诊断系统(见图1)，包括 变压器三维温度场在线监测模块、三维温度场回归分析与快速构建模块、三 维温度场实体建模与热分析模块(见图2)以及故障诊断集成分析模块。

所述的变压器三维温度场在线监测模块利用光纤传感器监测变压器的过 热故障，通过计算实时显示变压器各热点的运行温度。其组成包括传感器、 红外热像仪、信号处理电路、下位机。工作原理是：利用一定数量的光纤传 感器实时在线检测变压器绕组、铁芯、箱体以及不同位置的变压器油等的温 度，传感器的检测的温度电压信号连接于所述的信号处理电路，所述的信号 处理电路完成信号的放大、滤波以及模数转换，同时下位机将数据经总线传 输给存贮于上位计算机三维温度场回归分析与快速构建模块的数据库。

所述的三维温度场回归分析与快速构建模块，其组成包括数据库和三维 温度场回归分析与快速构建模块。所述的数据库借助于Access或其他数据库 开发工具进行开发，用于将传感器检测的温度场信号实施存贮；所述的三维 温度场回归分析与快速构建模块结合变压器运行过程中温度场边界信息，利 用SVM方法对变压器运行过程中温度场进行估计重构，并同实测值进行对比； 同时使用红外热像仪传输的变压器温度场图像信息和辐射传递方程反演测量， 得到变压器温度场特征实测信息。

所述的三维温度场实体建模与热分析模块，其组成包括实体建模模块和 基于有限元方法的温度场分析模块。所述实体建模模块和基于有限元方法的 温度场分析模块实施方法包括以下步骤：

(1)对有温度分布或者温度变化的物体或者系统进行实体建模；

(2)将建立好的实体模型导入至有限元分析软件中，显示实体模型；

(3)进行网格划分建立有限元模型，并设置材料参数和边界条件；

(4)施加约束载荷，提交计算机求解；