CN103901291A - 一种变电设备内部绝缘缺陷的诊断方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种变电设备内部绝缘缺陷的诊断方法，所述的方法包括：绘制待测变电设备的三维图；根据所述待测变电设备的材料属性及所述三维图，构建发热仿真计算模型；利用红外摄像仪，来获取在多个环境参数下所述变电设备表面的温度变化规律信息；根据所述温度变化规律信息，修正所述发热仿真计算模型；根据修改后的所述发热仿真计算模型，来诊断所述变电设备的内部绝缘缺陷。本发明提供的技术方案适用于多种变电设备，利用本发明的技术方案可以准确确定设备运行状态和内部致热缺陷的严重程度。

Description

一种变电设备内部绝缘缺陷的诊断方法

技术领域

本发明关于电力设备的检测与诊断技术领域，特别是一种变电设备内部绝缘缺陷的诊断方法。 

背景技术

在带电设备红外诊断技术领域中，《带电设备红外诊断应用规范》（DL/T664-2008）给出了变电设备的红外检测诊断判据，但对电压致热型设备内部缺陷引起的表面温度响应做出的规定过于笼统，仅给出了设备出现内部缺陷后的热像特征以及温差范围，只能判断设备有无缺陷，未能对设备内部绝缘的劣化程度和缺陷严重程度进行定量判断。 

具体地，目前对于变电设备内部缺陷引起的发热情况检测和分析主要依赖于对采集到的红外图像的分析：利用现场常规检测得到的数据进行统计分析，结合多次带电测试及红外检测结果，判断其内部劣化具体程度；已有相关研究建立了MOA(MOA Metal Oxide Arrester，金属氧化物避雷器)的抽象模型，利用有限元软件求解了包括径向和轴向在内的二维避雷器温度场。 

但是，上述现有技术，对于变电设备发热仿真止步于理论计算，即只能通过设备的设计图和计算参数的理论值构建其发热模型，通常不考虑环境温度、风速、太阳辐射对其表面温度的影响，且未进行设备内部绝缘缺陷与表面发热情况的定量研究。同时，现有研究对于除避雷器外的变电设备的热模型研究较少，故现有方法建立的热模型无法与实际设备很好的对应。 

发明内容

鉴于现有技术存在的缺陷，本发明实施例提供了一种变电设备内部绝缘缺陷的诊断方法，以准确确定设备运行状态和内部致热缺陷的严重程度。所述的方法包括： 

绘制待测变电设备的三维图； 

根据所述待测变电设备的材料属性及所述三维图，构建发热仿真计算模型； 

利用红外摄像仪，来获取在多个环境参数下所述变电设备表面的温度变化规律信息； 

根据所述温度变化规律信息，修正所述发热仿真计算模型； 

根据修改后的所述发热仿真计算模型，来诊断所述变电设备的内部绝缘缺陷。 

优选的是，所述待测变电设备的材料属性包括：密度、比热容、热传导系数。 

优选的是，所述构建发热仿真计算模型包括： 

对测变电设备的三维图进行网格划分，以确定所述待测变电设备的加载热源的位置与生热率。 

优选的是，所述多个环境参数包括： 

环境温度、风速、太阳辐射数值。 

优选的是，所述利用红外摄像仪，来获取在多个环境参数下所述变电设备表面的温度变化规律信息包括： 

通过改变环境温度、风速、太阳辐射数值来获取所述变电设备表面的温度变化规律信息。 

优选的是，改变所述太阳辐射数值来获取所述变电设备表面的温度变化规律信息包括：在所述变电设备的发热仿真计算模型的表面增加一辐射面单元，通过计算所述辐射面单元的辐射值，来获取所述变电设备表面的温度变化规律信息。 

优选的是，所述的根据修改后的所述发热仿真计算模型，来诊断所述变电设备的内部绝缘缺陷包括： 

计算出不同环境温度、不同风速下、不同程度缺陷情况下所述变电设备的表面热稳定温度值； 

根据所述热稳定温度值，利用所述变电设备的红外热像图判断所述变电设备内部致热缺陷典型参量(以MOA为例，为阻型电流)的大小和变化趋势； 

根据所述变电设备内部致热缺陷典型参量的大小和变化趋势诊断所述变电设备的内部绝缘缺陷。 

本发明的有益效果在于，本发明提供的技术方案适用于多种变电设备，利用本发明的技术方案可以准确地确定变电设备表面温度仿真计算模型，进而直接通过设备的结构设计图，分析其不同工况下外表面温度分布规律；通过仿真计算结果，能制定红外检测诊断规范。在实际红外测温时，通过该规范，结合检测到设备表面温度确定设备运行状态和内部致热缺陷的严重程度。 

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。 

图1为变电设备内部绝缘缺陷的诊断方法的流程图； 

图2为变电设备避雷器的三维模型示意图； 

图3为变电设备避雷器的复合外套的材料属性示意图； 

图4不同环境温度下的变电设备避雷器的三维模型表面的温升曲线图； 

图5不同风速下的变电设备避雷器的三维模型表面的表面温度曲线图； 

图6修正变电设备避雷器的三维模型后的温差与阻性电流曲线图； 

图7为变电设备内部绝缘缺陷的诊断方法的另一流程图。 

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。 

本发明实施例提供的变电设备内部绝缘缺陷的诊断方法。针对上述现有技术存在的局限和不足，本发明提供的方法是通过研究如何准确的建立变电设备表面温度与其热模型对应关系，同时结合变电设备表面红外检测，从而定量分析设备内部绝缘缺陷的劣化程度。本发明可以实现以下目的：一、确定变电设备内部传热过程，分析热量从热源传导至设备表面的过程；二、考虑环境温度、风速、太阳辐射对表面温度的影响，得到更完整的发热仿真计算模型；三、利用实际检测到的数据修正理论值，得到更准确的设备发热仿真计算模型，进而分析变电设备表面温度；四、利用仿真计算结果，对设备红外检测图片进行分析，定量判定设备内部绝缘缺陷相关参数的变化情况。 

具体地，如图1所示，为本发明实施例提供的变电设备内部绝缘缺陷的诊断方法的流程图。所述方法包括： 

步骤S101，绘制待测变电设备的三维图； 

具体地，绘制待测变电设备的三维图是指：确定实际设备结构设计图。例如，利用CAD绘图软件按照设计图以某一比例（例如按照1：1的比例）绘制设备三维等效模型。 

特别地，如果所绘制的待测变电设备的结构具有对称性，那么可以只绘制一部分作为三维等效模型即可，例如，只绘制待测变电设备的1/2或者1/4。图2所示，三维等效模型（例如，图2中所示的避雷器三维模型）为避雷器实物的1/4。 

图2为调整外套特征后不同视角下的MOA三维模型，图2的A）部分为 剖面图，B）部分为侧视图，C）部分为斜角俯视图。图2中的数字标号1代表复合外套，数字标号2代表氧化锌阀片，数字标号3代表铝合金端头。 

步骤S102，根据所述待测变电设备的材料属性及所述三维图，构建发热仿真计算模型； 

优选的是，所述待测变电设备的材料属性包括：密度、比热容、热传导系数。复合外套MOA的材料属性见图3。 

确定设备各部件的材料属性及参数，包括确定图3所示的复合外套MOA的材料的密度、比热容、热传导系数等。 

具体地，所述构建发热仿真计算模型包括：对测变电设备的三维图（例如，图2中所示的避雷器三维模型图）进行网格划分，以确定所述待测变电设备的加载热源的位置与生热率。其中生热率用于表示热源大小，计算方式为功率与发热体积之比。 

步骤S103，利用红外摄像仪，来获取在多个环境参数下所述变电设备表面的温度变化规律信息； 

具体地，利用有限元软件对其进行热分析，得到初步的设备表面温度分布规律。 

所述多个环境参数包括：环境温度、风速、太阳辐射数值。 

所述利用红外摄像仪，来获取在多个环境参数下所述变电设备表面的温度变化规律信息是指：通过改变环境温度、风速、太阳辐射数值来获取所述变电设备表面的温度变化规律信息。 

其中，改变所述太阳辐射数值来获取所述变电设备表面的温度变化规律信息可以这样得到实现：在变电设备（例如，避雷器）的发热仿真计算模型的表面增加一辐射面单元，通过计算所述辐射面单元的辐射值，来获取所述变电设备表面的温度变化规律信息。 

以下，详细介绍环境温度、风速等环境参数对变电设备表面的温度变化影响。 

如图4所示，为不同环境温度下的变电设备避雷器的三维模型表面的温升曲线图。图4的横坐标为在实际设备环境中可能出现的环境温度，取-10℃至40℃，纵坐标为MOA从未开始加热至表面温度热稳定后两者之间温度的差值，即MOA在该阻性电流作用下的温升。三条曲线分别对应50μA，100μA和500μA时环境温度对MOA外表面温升的影响。通过曲线可以看到，随着环境温度的增大，温升呈线性减小，这一结论通过辐射换热系数公式： 

h2=εσ(546+T+Ta)[(273+T)²+(273+Ta)²] 

上式中：h2为辐射换热系数，ε为复合外套黑度；σ为波尔兹曼常数；T为物体温度；T_a为环境温度。 

也可以得到验证。同时，通过观察曲线图还可以发现，大的阻性电流对应更大的曲线斜率。这是由于大的阻性电流对应更大表面温度，从而其与环境温度的差值也越大，对应的散热系数增大，导致了温升的改变。 

如图5所示，为不同风速下的变电设备避雷器的三维模型表面的表面温度曲线图。图5的横坐标表示加热时间（单位：小时），纵坐标表示温度变化，图5右上角的小方框内的u=0m/s、u=1m/s、u=3m/s、u=5m/s分别表示风速为0m/s（米/秒）、1m/s（米/秒）、3m/s（米/秒）、5m/s（米/秒）。如图5所示，在阻性电流同为100μA下风速分别为0m/s、1m/s、3m/s、5m/s时MOA表面温度的变化趋势。可以发现，随着风速的增大，MOA的表面温度逐渐降低，同时稳定时间也有所缩短。 

在本发明实施例中，可以进行实物模型仿真试验：利用红外热像仪对实物仿真模型表面热状态进行检测，采集其在不同环境温度、风速、太阳辐射，以及不同热源大小下的表面温度值，得到不同情况下设备外表面温度变化规律。 

步骤S104，根据所述温度变化规律信息，修正所述发热仿真计算模型； 

修正发热仿真计算模型参数并重新计算是这样实现的：通过分析实物模型仿真试验中所得到的数据，与理论计算数值相比较，修正理论模型中的致热参数，如表面辐射值、热传导系数、设备表面脏污程度对应的修正参数， 使其尽量接近实际测量中得到的数据。 

图6修正变电设备避雷器的三维模型后的温差与阻性电流曲线图。图6中横坐标为MOA阻性电流，纵坐标为MOA热缺陷相与正常相之间的温差。可以看到经过修正后的理论曲线更加靠近实测曲线，有效的减小了误差。 

如此，通过反复修正理论热模型参数，找到与实测数据吻合度最高的模型，从而确定发热仿真计算模型，从而进行真实设备的发热仿真计算。 

步骤S105，根据修改后的所述发热仿真计算模型，来诊断所述变电设备的内部绝缘缺陷。 

如图7所示，为变电设备内部绝缘缺陷的诊断方法的另一流程图。图6中所示的步骤105进一步包括图7中的3个步骤： 

步骤S201，计算出不同环境温度、不同风速下不同阻性电流下所述变电设备的表面热稳定温度值； 

步骤S202，根据所述热稳定温度值，利用所述变电设备的红外热像图判断所述变电设备内部致热缺陷典型参量(以MOA为例，为阻型电流)的大小和变化趋势； 

步骤S203，根据所述变电设备内部致热缺陷典型参量的大小和变化趋势诊断所述变电设备的内部绝缘缺陷。 

本发明的有益效果在于，本发明提供的技术方案适用于多种变电设备，利用本发明的技术方案可以准确地确定变电设备表面温度仿真计算模型，进而直接通过设备的结构设计图，分析其不同工况下外表面温度分布规律；通过仿真计算结果，能制定红外检测诊断规范。在实际红外测温时，通过该规范，结合检测到设备表面温度确定设备运行状态和内部致热缺陷的严重程度。 

本发明中应用了具体实施例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。 

Claims (7)

1.一种变电设备内部绝缘缺陷的诊断方法，其特征在于，所述的方法包括：

绘制待测变电设备的三维图；

根据所述待测变电设备的材料属性及所述三维图，构建发热仿真计算模型；

利用红外摄像仪，来获取在多个环境参数下所述变电设备表面的温度变化规律信息；

根据所述温度变化规律信息，修正所述发热仿真计算模型；

根据修改后的所述发热仿真计算模型，来诊断所述变电设备的内部绝缘缺陷。

2.如权利要求1所述的变电设备内部绝缘缺陷的诊断方法，其特征在于，所述待测变电设备的材料属性包括：密度、比热容、热传导系数。

3.如权利要求1所述的变电设备内部绝缘缺陷的诊断方法，其特征在于，所述构建发热仿真计算模型包括：

对测变电设备的三维图进行网格划分，以确定所述待测变电设备的加载热源的位置与生热率。

4.如权利要求1所述的变电设备内部绝缘缺陷的诊断方法，其特征在于，所述多个环境参数包括：

环境温度、风速、太阳辐射数值。

5.如权利要求4所述的变电设备内部绝缘缺陷的诊断方法，其特征在于，所述利用红外摄像仪，来获取在多个环境参数下所述变电设备表面的温度变化规律信息包括：

通过改变环境温度、风速、太阳辐射数值来获取所述变电设备表面的温度变化规律信息。

6.如权利要求5所述的变电设备内部绝缘缺陷的诊断方法，其特征在于，改变所述太阳辐射数值来获取所述变电设备表面的温度变化规律信息包括：

在所述变电设备的发热仿真计算模型的表面增加一辐射面单元，通过计算所述辐射面单元的辐射值，来获取所述变电设备表面的温度变化规律信息。

7.如权利要求1所述的变电设备内部绝缘缺陷的诊断方法，其特征在于，所述的根据修改后的所述发热仿真计算模型，来诊断所述变电设备的内部绝缘缺陷包括：

计算出不同环境温度、不同风速下不同阻性电流下所述变电设备的表面热稳定温度值；

根据所述热稳定温度值，利用所述变电设备的红外热像图判断所述变电设备内部致热缺陷典型参量的大小和变化趋势；

根据所述变电设备内部致热缺陷典型参量的大小和变化趋势诊断所述变电设备的内部绝缘缺陷。

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