CN109598022A - 基于点声源的oltc触头碰撞过程中的瞬态加速度计算方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于点声源的有载分接开关（OLTC）触头碰撞过程中的瞬态加速度计算方法，首先对OLTC外侧进行量测，然后将OLTC内部枪击弹簧释放能量带动相关部件的过程定义为：弹力直接作用于OLTC单层圆盘上的动触头，使得动触头和定触头发生碰撞，碰撞的方式是点对点，且声波传播的方式施是以点脉冲的形式传播；接着建立几何模型，并将该几何模型导入Ansys分析软件，得到仿真模型；最后，在所述仿真模型中，施加预先设定阈值的弹力，采用模态叠加法计算得到OLTC触头碰撞时其动触头、静触头的瞬态加速度。本发明为进一步分析OLTC弹簧松动和触头故障进一步提供了依据。

Description

基于点声源的OLTC触头碰撞过程中的瞬态加速度计算方法

技术领域

本发明涉及有载分接开关的故障监测与故障振动领域，尤其点声源OLTC的触头触碰过程中OLTC中的触头碰撞的简化，具体来说为一种基于点声源OLTC的触头碰撞过程中的瞬态加速度计算方法。

背景技术

随着电力工业的迅速发展，电力设备容积和电力网络规模也日益增大，电力设备的可能故障会引起巨大的经济损失和不良的社会影响，这就给供电质量提出了更高的要求和前所未有的挑战。因此，必须切实采取有效措施，提高电力系统的供电质量，保证电力设备与系统的安全、可靠、经济与稳定运行。基于在线监测与诊断技术的状态维修具有良好的应用前景。

有载调压变压器，是电力系统变电站的重要设备，它通过有载调压分接开关(Onload Tap changer,OLTC)的逐级动作，实现对高压输电电网的有载调压，使工业供电和居民供电的系统电压保持稳定。有载调压变压器在电力系统中发挥了网络电网、调节有功和无功的潮流，以及稳定负荷中心电压的重要作用，在电网中愈加广泛的应用，通常在高压输电变压器上和重要负载的配电变压器上均有调压。

有载分接开关是是变压器的主要部件，它通过有载也是变压器唯一可动部件，其故障发生率较高。依据国内数据统计，OLTC的故障率占变压器的20％以上。因此，鉴于有载分接开关动作频繁、故障率高的特点，对有载分接开关的故障诊断监测具有非常重要的意义。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对背景技术中所涉及到的缺陷，提供一种基于点声源的 OLTC触头碰撞过程中的瞬态加速度计算方法。

本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：

基于点声源的OLTC触头碰撞过程中的瞬态加速度计算方法，包含以下步骤：

步骤1)，对OLTC外侧的分接开关桶长、内侧的内桶直径、转轴的长度、静触头到转轴的直径、内部的圆盘直径进行量测；

步骤2)，将OLTC内部枪击弹簧释放能量带动相关部件的过程定义为如下过程：

采用预先设定阈值的弹力直接作用于OLTC单层圆盘上的动触头，使得动触头和定触头发生碰撞，碰撞的方式是点对点，且声波传播的方式施是以点脉冲的形式传播；

步骤3)，根据步骤1)中的测量数据和步骤2)中的过程建立几何模型，并将该几何模型导入Ansys分析软件，通过对几何模型的剖分、约束设置和网格划分对几何模型进行仿真，得到仿真模型；

步骤4)，在所述仿真模型中，施加预先设定阈值的弹力，采用模态叠加法分别对OLTC 的动触头、静触头碰撞面上的点进行瞬态加速度分析，得到OLTC触头碰撞时其动触头、静触头的瞬态加速度。

作为本发明基于点声源的OLTC触头碰撞过程中的瞬态加速度计算方法进一步的优化方案，预先设定阈值的弹力的大小为150N。

本发明采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：

本文基于OLTC的触头碰撞过程建立几何模型所得的仿真固有频率，基于有载分接开关通过点生源模型，对有载分接开关模型进行简化，为后续声学传播做一定基础。利用Ansys 软件对模型进行约束设置，求出分接开关桶的侧面和桶顶的瞬态加速度，为后续测量和诊断触头故障提供了一定基础。

附图说明

图1是本发明的流程示意图；

图2是本发明中触头碰撞的模型示意图；

图3是本发明中静触头的瞬态加速度图；

图4是本发明中动触头的瞬态加速度图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案做进一步的详细说明：

本文提供了一种基于点声源的OLTC触头碰撞过程中的瞬态加速度计算方法，具体流程图如图1所示，所述方法包括以下步骤：

步骤1：对对有载分接开关外侧的分接开关桶长，内侧的内桶直径，转轴的长度，静触头到转轴的直径，内部的圆盘直径进行量测；

步骤2：；对触头碰撞过程简化并建立几何模型：由于静动触头相互碰撞是通过OLTC内部枪击的弹簧能量释放，带动相关部件推动动静触头相互碰撞，整个暂态过程较为复杂。为了方便计算碰撞过程中的加速度，对该过程进行简化并建立几何模型，具体简化模型图如图 2所示：将OLTC内部枪击弹簧释放能量带动相关部件的过程进行简化，采用一个150N的力直接作用于单层的圆盘上的动触头，使其和定触头发生碰撞，碰撞的方式是点对点，且声波传播的方式施以点脉冲的形式传播，为后续声学传播做基础且点声源是指半径r₀比声波小很多，即满足kr₀＜＜1传播中轴向和传播的趋势，具体方程如下所示

其中，P为波动压力，k为波数，ρ₀为变压器油的密度，r₀为点振源的半径，为点声源以小脉动球的形式传播，通常成为点源强度,w为振动波的角频率。假设有一个任意形状的声源，该声源表面S分成无限个小面元dS,在每个面源dS上，各点的振动则可以看城均匀的，从而把这些面元dS看成点声源，即将动静触头碰撞看成点碰撞，假设位于(x,y,z)处点源的振动规律为

u＝u_α(x,y,z)e^{[wt-α(x,y,z)]} (3)

这里μ为振动速度幅值，μ_α(x,y,z)为该面元的振动速度幅值，α(x,y,z)为该元的初相位，一般来讲，都是位置的函数，则该点源的强度为dQ₀＝μ₀(x,y,z)dS，于是该面元振动时在空间产生的声压公式为

其中h(x,y,z)为该面元到观察点的距离。因为S面上各面元对空间声场都有贡献，将它们的贡献叠加起来得到总声压为

其中，ρ₀为变压器油的密度，c₀为振动波的波速，h(x,y,z)为该面元到观察点的距离。则将分接开关桶看成是观察的距离，观察面为圆型桶面，所以水平垂直的面是最简单的面。

步骤3)，根据步骤1)中的测量数据和步骤2)中的过程建立几何模型，并将该几何模型导入Ansys分析软件，通过对几何模型的剖分、约束设置和网格划分对几何模型进行仿真，得到仿真模型；

步骤4)，在所述仿真模型中，施加预先设定阈值的弹力，采用模态叠加法分别对OLTC 的动触头、静触头碰撞面上的点进行瞬态加速度分析，得到OLTC触头碰撞时其动触头、静触头的瞬态加速度，具体公式如下所示：

[M]{x″}+[C]{x′}+[K]{x}＝{F(t)} (6)

式中，[M]是质量矩阵，[C]是阻尼矩阵；[K]是刚度矩阵；{x}是唯一矢量；{F(t)}是力矢量；{x′}是速度矢量；{x″}是加速度矢量。

本发明采用型号CM111-50-63B-10193W华明M型有载分接开关，将有载分接开关内部模型进行简化，对OLTC施加一个150N的力，触头碰撞模型如图2所示。

将模型导入Ansys Workbench界面，模型导入Ansys Workbench,通过模型剖分、网格划分、约束条件设置后完后，进行数值分析得出触头顶部和侧边加速度。如图3、图4所示，OLTC 得出静触头的瞬态及速度值为0.0715mm/s²，动触头的的瞬态加速度度为0.0162mm/s²。

本技术领域技术人员可以理解的是，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.基于点声源的OLTC触头碰撞过程中的瞬态加速度计算方法，其特征在于，包含以下步骤：

步骤1），对OLTC外侧的分接开关桶长、内侧的内桶直径、转轴的长度、静触头到转轴的直径、内部的圆盘直径进行量测；

步骤2），将OLTC内部枪击弹簧释放能量带动相关部件的过程定义为如下过程：

采用预先设定阈值的弹力直接作用于OLTC单层圆盘上的动触头，使得动触头和定触头发生碰撞，碰撞的方式是点对点，且声波传播的方式施是以点脉冲的形式传播；

步骤3），根据步骤1）中的测量数据和步骤2）中的过程建立几何模型，并将该几何模型导入Ansys分析软件，通过对几何模型的剖分、约束设置和网格划分对几何模型进行仿真，得到仿真模型；

步骤4），在所述仿真模型中，施加预先设定阈值的弹力，采用模态叠加法分别对OLTC的动触头、静触头碰撞面上的点进行瞬态加速度分析，得到OLTC触头碰撞时其动触头、静触头的瞬态加速度。

2.根据权利要1所述的基于点声源的OLTC触头碰撞过程中的瞬态加速度计算方法，其特征在于，预先设定阈值的弹力的大小为150N。