[发明专利]一种基于瓦斯继电器油流速与瞬时温度场关联性建模方法

说明书

技术领域

本发明涉及继电保护技术领域，尤其涉及一种基于瓦斯继电器油流速与瞬时温度场关联性建模方法。

背景技术

目前，我国已建成多项大型直流输电工程，随着这些直流输电工程的投运，直流输电的运行稳定工作显得日益重要。统计数据表明，生产过程中，平波电抗器瓦斯继电器误动是造成故障的主要因素之一，由换流站发生的几期瓦斯误动事件，分析其原因可归于平波电抗器瓦斯继电器不能避开连续发生换向失败而导致瓦斯动作，但具体动作机理并不清楚。事后对油质的分析结果为正常，并无大量油气产生。产生原因具体是电流产生的热效应导致油体积膨胀，还是大电流突变产生的电动力使带电体变形，从而挤出变压器油导致的，都无从判断。这就需要在之后的实际工作中，建立能够计算出平波电抗器的瓦斯校验整定值的数学模型，通过分析计算数学模型并提出设置依据，而不是仅依靠于借鉴常规油浸式变压器的经验值。

在继电保护技术领域，平波电抗器的结构与变压器相似，而瓦斯继电器是油浸式平波电抗器内部故障的重要保护装置，在平波电抗器内部故障产生的气体或油流作用下，可接通信号或跳闸回路，使相关装置发出警告信号或使平波电抗器从电网中切除，起到保护电抗器的作用。现有对油浸式平波电抗器故障的研究主要集中在通过油中溶解气体在线监控与色谱分析来进行故障识别，很少有基于油流速来进行故障识别，而油流速又是故障发生时的一个典型特征，影响油流速的主要有油产气和油膨胀，二者都是由故障发热引起的，所以在构建瓦斯继电器温度场的基础上推导出瓦斯继电器油流速与瞬时温度场的关系具有重要意义。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于瓦斯继电器油流速与瞬时温度场关联性建模方法，能够推导出油流速与瞬时温度场关系的数学模型，为瓦斯保护整定实验性测试提供理论基础，并对未来平波电抗器瓦斯继电器整定规范提供指导依据。

本发明采用下述技术方案：

一种基于瓦斯继电器油流速与瞬时温度场关联性建模方法，其特征在于，包括以下步骤：

A：对变压器内温度场数据进行实测，得出不同位置处的坐标和此处温度值，然后利用实测到的数据，通过曲线拟合得到平波电抗器内的瞬时温度与面积关系的表达式；

B：将基于阿累尼乌斯的化学反应速度与温度关系公式进行简化，求出油热解产气速率与温度的关系；

C：根据瞬时温度场推导出瞬时温度与油膨胀速率关系式；

D：分别推导油膨胀速率和产气速率与瓦斯继电器所测油流速的影响关系式，再结合油热解产气速率与温度的关系及油膨胀速率与瞬时温度的关系，分别得出油膨胀引起的油流速和温度的关系式以及产生气体所造成的油流速和温度的关系式；

E：单独考虑油受热膨胀和受热产生的不溶气体，分别求出油流速与油膨胀速率之间关系表达式和油流速与产气速率之间关系表达式；

F：综合考虑步骤E中的两种因素，整合得出平波电抗器瓦斯继电器油流速与瞬时温度场关系的数学模型。

所述的步骤A中，对变压器内温度场数据进行实测，得出不同位置处的坐标和此处温度值，然后利用实测到的数据，通过曲线拟合得到平波电抗器内的瞬时温度与面积关系的表达式 S＝f(T)＝a₀+a₁T+a₂T²+…+a_nTⁿ，S＝f(T)使用泰勒级数展开；其中S表示某特定温度下对应的面积，a_i为平波电抗器内温度系数，i＝0,1，……， n，为温度场任意位置处的温度函数，x、y、z为变压器内任意位置的三维坐标。

所述的步骤B中，将基于阿累尼乌斯的化学反应速度与温度关系公式简化为其中K为单位面积油裂解产气速率，T为温度；α、β为温度系数，α＝lnA，A为指前因子， E_a为活化能，R为通用气体常数；

然后得出油热解产气速率v_g与温度T的关系为：其中，v_g中的下标g代表gas，其中为单位面积油裂解产气速率，单位为[mL/(cm²·h)]，S₀为温度T 下对应的铁芯和绕组的表面积，单位为[cm²]；T为温度，被积函数表示的是温度T下对应面积的油热解产气速率，积分变量为T，该式表示的为温度T₁至温度T₂之间对应面积的油热解产气速率。

所述的步骤C中，根据瞬时温度场推导出瞬时温度与油膨胀速率关系式为