[发明专利]一种微功率无线油压传感器系统监测方法及其装置

权利要求书

1.一种微功率无线油压传感器系统监测方法，其特征在于，所述微功率无线油压传感器系统监测方法包括以下步骤：

S1：对一天中每个时刻的油压和油温进行感测，并将油压和油温的信息传输到数据处理库中；

S2：数据处理库对所接收到的信息进行处理，并进行曲线拟合，得出油压函数和油温函数；

S3：重复一周步骤S1和步骤S2的操作，并将一周得出的数据进行处理，得出平均数据；

S4：将步骤S3得到的平均数据进行曲线拟合，得出油压平均值函数和油温平均值函数；

S5：数据处理库根据理论情况对油压和油温进行计算，并得出油压理论数据和油温理论数据；

S6：将步骤S5得到的理论数据进行曲线拟合，得出油压理论函数和油温理论函数；

S7：数据处理库将步骤S4得出的油压平均值函数和步骤S6得出的油压理论函数以及步骤S4得出的油温平均值函数和步骤S6得出的油温理论函数进行比对，得出每个时刻的油压和油温最大差与最小差；

S8：对每天的油压和油温进行监测并将当天的数据进行曲线拟合得出函数，通过函数对下一个时段的油温和油压进行预测，并将预测结果与理论函数做对比得出每个时刻的差值；

S9：将步骤S8中得出的每个时刻的差值与步骤S7中得出的最大差和最小差进行对比，当差值大于步骤S7中最大值和差值小于步骤S7中最小值时，进行反馈预警；同时将每个时刻的实际值与预测值作差值得出最大差和最小差，当最大差大于步骤S7中的最大值和最小差小于步骤S7中最小值时，进行反馈预警。

2.根据权利要求1所述的一种微功率无线油压传感器系统监测方法，其特征在于，所述步骤S5中根据空化泡动力学和流体力学的相尖理论，水蒸气和油蒸气为理想气体，水蒸气和油蒸气的理想气体状态方程为：

P_g·V＝n_g·R^*·T (1)

P_V·V＝n_V·R^*·T (2)

其中，V为气泡体积；R*为理想气体常数；T为理想气体的热力学温度，为常数；n_g和n_V为水蒸气和油蒸汽的量；P_g和P_V为水蒸气和油蒸汽的分压力；

内部压力由气体和蒸汽的分压组成，蒸气的分压可以通过水和油蒸气的数量关系得到：

P_g+P_V＝P₁+P_σ (3)

P₁＝P_atm+P_oil＝P_atm+ρ·g·h (5)

P_V＝x·P_w+y·P₀ (6)

其中，P₁为流体压力；P_σ为油的表面张力；为表面张力系数；R为油内气泡确定半径；ρ为电流互感器油密度；g为重力加速度；h为油的深度；P_atm为大气压力；P_oil为油的液体压力；x和y分别表示水和油的数量百分比；W为油中的气相水分子量；M_w和M_σ分别表示水和油的摩尔质量；P_w为水的饱和蒸汽压；P₀为油的饱和蒸汽压，通过下式求得P_w、P₀：

log₁₀(P_W)＝A-(B/(T+C)) (8)

ln(P₀)＝D+E/T (9)

其中，A、B、C、D为常数；

对于一个给定的外部压力，上述公式给出了压力和半径直接的关系，如果外部压力发生变化，气泡将改变其体积以达到一个新的平衡状态，因此，可以用方程将确定的状态和初始状态联系起来，以确定状态，初始状态用0表示，那么初始状态方程可以表示为：

P_g0+P_v0＝P₁₀+P_δ0 (10)

其中，P_g0为气体初始分压力；P_v0为蒸汽初始分压力；P₁₀为确定状态下的压力；P_δ0为油的初始饱和蒸汽压；

高负荷率下，电流互感器内油体温度上升率的上限为15℃/min，故将其认为是等温过程，并且满足以下关系：

p_g0V₀＝p_gV (11)

其中，V₀为初始蒸汽体积；p_g0为气体初始分压强；p_g为气体分压强；

同时，不考虑温度变化，蒸汽压不发生变化，将(3)带入(10)中得到：

其中，R₀为油内气泡初始半径；R为油内气泡确定半径；

当液体压力完全抵消表面张力的附加压力，在向内的总压力不能再平衡外方向压力时，油体将产生膨胀，下面的公式为上式的导数：

通过求解上式得到下式：

其中，R_C为油内气泡临界半径；

通过结合(12)和(14)得到临界压力值P_C：

因此，电流互感器内油体的理论压力值P_B为液体压力与临界压力之差，如下式所示：

从而得出油压的理论值，进行多时刻计算，得出多个时刻的理论油压数据；

其次，对油温的理论计算，通过质量守恒方程、能量守恒方程和动量守恒方程，油体密度不随时间变化，其微分形式为：

其中，为哈密顿算子；V为流体速度矢量；ρ表示电流互感器油密度；f为单位流体质量力；p为流体压力；μ为流体的动力粘度；e为流体内能；q为流体的体积热源；k为流体热导率；S为油粘性与流体内部热源共同作用下，流体机械能转换为热能的部分；T₁为电流互感器油温度；

由于电流互感器内油体对箱体的相对速度为0，固箱体内表面温度与油体温度一致，将电流互感器外壳及散热器外壳简化为光滑平面，即可将电流互感器外壳散热过程认为是纵掠平板对流传热，根据传热学基本理论，水平板的努塞尔数N_uh和竖直板的努塞尔数N_uv分别如下：

λ_Ra＝λ_Grλ_Pr (24)

其中，λ_Pr为普朗特数；λ_Gr为格拉晓夫数；λ_Ra为瑞利数；g为重力加速度；β为对应流体膨胀系数；v为流体的运动粘度；L为特征尺寸；c为流体比热容；θ为壁面与外流体的温差；

将所得的努赛尔数带入公式(8)即可求得电流互感器对流换热系数

其中，h₁为对流换热系数；N_ui为努塞尔数；i为电流值大小；

电流互感器外壳辐射换热产生的热流q_r可通过下式表示：

其中，ε为电流互感器外壳表面发射率；σ为斯忒藩－玻尔兹曼常数，5.67×10^-8W/(m²·K⁴)；T_w为变压器外壳温度；T_a为电流互感器外界环境温度；

电流互感器油热物理参数随温度变化过程如下所示：

μ(T₁)＝exp(F)T₁^-E (27)

其中，E＝9.55±0.23，F＝50.24±1.33；μ(T₁)为电流互感器动力粘度；

S＝μ(T₁)·q_r (28)

q＝q_r (29)

e＝h₁q_r (30)

将(28)、(29)、(30)带入到式(19)中，得出：

根据上式即可得出当前刻度的温度T₁，并由此推出各个时刻下的理论温度值。