CN112861399A - 一种干式铁心电抗器振动缺陷检测定位方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种干式铁心电抗器振动缺陷检测定位方法及装置，其中方法包括：根据干式铁心电抗器的物理场信息构建多物理场耦合模型；对所述多物理场耦合模型进行仿真计算，得到所述电抗器的振动敏感点和原始分布云图；根据所述振动敏感点确定振动传感器在所述电抗器中的布置位置，并根据所述振动传感器获取的数据得到振动强度图；反馈所述振动强度图至所述多物理场耦合模型中，得到基于运行工况的分布云图；根据所述原始分布云图和所述基于运行工况的分布云图确定振动缺陷位置。上述方法通过结合多物理场耦合仿真和点阵布置传感测试实现对振动异常部位的准确识别，方便指导运维人员开展检修。

Description

一种干式铁心电抗器振动缺陷检测定位方法及装置
技术领域
本发明涉及电力检测技术领域，特别是涉及一种干式铁心电抗器振动缺陷检测定位方法及装置。
背景技术
干式铁芯电抗器以耐热等级高、阻燃防爆、抗冲击、寿命长和安装使用方便等特性得到电力系统用户的青睐，其中，电抗器运行中振动和噪声是一个影响设备安全运行的重要技术指标，电网每年因振动噪声超标缺陷收到客户投诉乃至索赔的现象层出不穷。
对于电抗器振动噪声超标问题，现在通常采用更换电抗器或现场紧固的方式，但前者投资成本高，后者存在巨大盲目性，难以解决振动噪声超标问题。
对于异常振动噪声定位，传统方法主要是对振动噪声的幅值进行总体检测，但这类方法缺乏对振动噪声源的定位，因而无法准确获取电抗器振动噪声超标的根本原因和振动异常位置。
发明内容
本发明提供一种干式铁心电抗器振动缺陷检测定位方法及装置，能够解决上述提出的现有技术问题。
本发明实施例提供一种干式铁心电抗器振动缺陷检测定位方法，包括：
根据干式铁心电抗器的物理场信息构建多物理场耦合模型；
对所述多物理场耦合模型进行仿真计算，得到所述电抗器的振动敏感点和原始分布云图；
根据所述振动敏感点确定振动传感器在所述电抗器中的布置位置，并根据所述振动传感器获取的数据得到振动强度图；
反馈所述振动强度图至所述多物理场耦合模型中，得到基于运行工况的分布云图；
根据所述原始分布云图和所述基于运行工况的分布云图确定振动缺陷位置。
在某一个实施例中，所述物理场包括电磁场、声场、结构力场及材料参数。
在某一个实施例中，所述振动传感器包括光纤振动传感器，所述光纤振动传感器通过光纤耦合器和光栅调解仪连接于计算机。
在某一个实施例中，所述根据所述原始分布云图和所述基于运行工况的分布云图确定振动异常位置，具体为：
根据电抗器振动原始分布云图和所述基于运行工况的分布云图，获取振动幅度畸变部位及各位置区域的振动相位关系，得到振动异常位置。
在某一个实施例中，所述对所述多物理场耦合模型进行仿真计算，得到所述电抗器的振动敏感点和原始分布云图，具体为：
根据实际运行工况，对所述多物理场耦合模型增加电压、电流和边界因素信息，所述边界因素包括环境温度和所述电抗器的原始紧固力距；
对增加信息后的多物理场耦合模型进行仿真计算，得到所述电抗器的振动敏感点和原始分布云图。
在某一个实施例中，所述振动传感器获取的数据包括位移测点。
本发明实施例还提供一种干式铁心电抗器振动缺陷检测定位装置，其特征在于，包括：
建模单元，用于根据干式铁心电抗器的物理场信息构建多物理场耦合模型；
第一数据单元，用于对所述多物理场耦合模型进行仿真计算，得到所述电抗器的振动敏感点和原始分布云图；
实测单元，用于根据所述振动敏感点确定振动传感器在所述电抗器中的布置位置，并根据所述振动传感器获取的数据得到振动强度图；
第二数据单元，用于反馈所述振动强度图至所述多物理场耦合模型中，得到基于运行工况的分布云图；
定位单元，用于根据所述原始分布云图和所述基于运行工况的分布云图确定振动缺陷位置。
在某一个实施例中，所述振动传感器包括光纤振动传感器，所述光纤振动传感器通过光纤耦合器和光栅调解仪连接于计算机。
在某一个实施例中，所述振动传感器获取的数据包括位移测点。
本发明实施例还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时，实现如上述任一个实施例所述的方法。
相比现有技术，本发明实施例的有益效果在于：
本发明提供的干式铁心电抗器振动缺陷检测定位方法及装置通过结合多物理场耦合仿真和点阵布置传感测试得到干式铁心电抗器振动分布云图，实现对振动异常部位的准确识别，方便指导运维人员开展检修。
附图说明
为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施方式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方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例提供的干式铁心电抗器振动缺陷检测定位方法流程示意图；
图2是本发明实施例提供的干式铁心电抗器振动缺陷检测定位装置结构示意图。
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。
应当理解，文中所使用的步骤编号仅是为了方便描述，不对作为对步骤执行先后顺序的限定。
应当理解，在本发明说明书中所使用的术语仅仅是出于描述特定实施例的目的而并不意在限制本发明。如在本发明说明书和所附权利要求书中所使用的那样，除非上下文清楚地指明其它情况，否则单数形式的“一”、“一个”及“该”意在包括复数形式。
术语“包括”和“包含”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。
术语“和/或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。
如图1所示，本发明一个实施例提供一种干式铁心电抗器振动缺陷检测定位方法，包括：
S11：根据干式铁心电抗器的物理场信息构建多物理场耦合模型。
在该实施例中，所述物理场包括电磁场、声场、结构力场及材料参数。
在具体一个实施例中，可根据电磁场、声场和结构力场搭建模型:在电抗器正常工作状态中，由铁芯构成的磁路中存在着交变磁场，在电抗器铁芯中的磁场微分方程为：
Figure BDA0002920895450000051
其中，μ0为真空磁导率，μr为相对磁导率，A为方程的变量。
分析过程中还存在下述关系：
Figure BDA0002920895450000052
Jc＝NI/Sw
式中B为磁通密度，H为磁场强度，Jc为外部电流密度，N为线圈匝数，Sw为绕组截面积，I为绕组电流。
铁芯的饱和磁化强度为1.5×106A/m，不考虑涡流损耗情况下，铁芯材料中的电导率为10S/m；在空气域外围，设置磁绝缘边界条件：n×H＝0，并在铁芯磁场计算设置B-H磁化曲线。
可通过将磁场模块求得的B、H和M代入求解域方程中，实现磁场和结构力场耦合。
具体地，在结构力场中，建立结构力场微分方程为：
Figure BDA0002920895450000053
其中m为质量矩阵，ζ为阻尼系数矩阵，k为刚度矩阵，u为位移向量。
对于铁芯而言，可体现为磁场模块中计算得到的磁滞伸缩和麦克斯韦力与结构力场进行耦合，具体地，应用线性弹性方程来描述磁滞伸缩为下式：
Figure BDA0002920895450000054
式中σ为应力张量，Fv为体积力。
磁滞伸缩可看成在沿任何方向磁化的函数，具体表示为：
Figure BDA0002920895450000061
其中，沿着i方向的磁滞伸缩λi取决于磁滞伸缩常数λs和磁化强度的方向余弦αi，其中，方向余弦αi是材料沿着i方向的磁化强度Mi和饱和磁化强度Ms的比率。
-1/3表示在没有任何磁场情况下，磁畴是随机的，由于实际铁芯材料磁化过程开始时，所有的磁偶极矩和磁化方向垂直，因而可以省去该项；对于材料的磁滞伸缩λi有：
Figure BDA0002920895450000062
将麦克斯韦力设定为电抗器铁芯初始应变参数，由于电抗器铁芯中存在气隙，任何时刻相邻铁芯都是异性磁极，因此，相邻铁芯中麦克斯韦力为吸引力，其方程为：
Figure BDA0002920895450000063
其中F为麦克斯韦力，S为磁通面积，Φ为磁通量。
工频情况下Φ＝Φmsinωt，将左式代入上式可得：
Figure BDA0002920895450000064
在该实施例中，令Fm存在下述关系：
Figure BDA0002920895450000065
则麦克斯韦力F可简化为：
Figure BDA0002920895450000066
具体地，设定边界条件为：铁芯上下两端面固定即位移为0；设定铁芯材料属性为：泊松比为0.3，杨氏模量为1.2×1011Pa，密度为7870kg/m3；设定气隙填充材料属性：泊松比为0.38，杨氏模量为1.7×109Pa，密度为2000kg/m3。
在声场中，设定声场模块的微分方程为下述公式：
Figure BDA0002920895450000071
其中c为声速，p为声压。
则声速c和声压p的关系定义为：
Figure BDA0002920895450000072
其中ρ为空气密度，u为位移矢量。
将结构力场中计算得到电抗器铁芯表面体积应变参数代入声场中，作为振动初始值分析，并将铁芯表面加速度施加给空气域，实现结构力场和声场的耦合。
具体地，其微分方程如下式：
Figure BDA0002920895450000073
其中q为偶极源，Q为单极源。
S12：对所述多物理场耦合模型进行仿真计算，得到所述电抗器的振动敏感点和原始分布云图。
在该实施例中，可采用有限元软件COMSOL对电抗器仿真分析。
在该实施例中，选用一台三相干式铁芯串联电抗器作为研究对象，电抗器主要参数：额定容量为22kVar，额定电压为380V；额定电流为33.3A；电抗器的三维尺寸为：350×320×160mm，其中绕组和铁芯部分细化，其余部分自由剖分。
在该实施例中，根据实际运行工况，对所述多物理场耦合模型增加电压、电流和边界因素信息，所述边界因素包括环境温度和所述电抗器的原始紧固力距；对增加信息后的多物理场耦合模型进行仿真计算，得到所述电抗器的振动敏感点和原始分布云图。
S13：根据所述振动敏感点确定振动传感器在所述电抗器中的布置位置，并根据所述振动传感器获取的数据得到振动强度图。
在该实施例中，所述振动传感器包括光纤振动传感器，所述光纤振动传感器通过光纤耦合器和光栅调解仪连接于计算机。
在选择合适的点阵布置振动传感器时，重点考虑电抗器的底座、上下铁轭、绕组压顶和拉杆等部位。
在该实施例中，所述振动传感器获取的数据包括位移测点。
该实施例通过结合仿真分析的方式获得振动分布的敏感点，有效减少了传感器的布置需求。
S14：反馈所述振动强度图至所述多物理场耦合模型中，得到基于运行工况的分布云图。
在该实施例中，将实测的振动强度图反馈至多物理场耦合模型，并通过适当参数优化调整和仿真计算，得到基于运行工况的电抗器振动分布云图。
S15：根据所述原始分布云图和所述基于运行工况的分布云图确定振动缺陷位置。
在该实施例中，根据电抗器振动原始分布云图和所述基于运行工况的分布云图，获取振动幅度畸变部位和振动相位关系，并基于获取的振动数据辨识缺陷来源。
通常可判断缺陷来自于电抗器铁心还是紧固件，对于来自紧固件的振动缺陷，可通过调整紧固部位的预紧力消除缺陷，对于来自铁心的振动缺陷则返厂处理。
上述实施例方法通过分析振动情况进行缺陷检测定位，可获得准确性高的缺陷定位结果，指导缺陷电抗器的维修处理，避免铁心电抗器的盲目返厂。
如图2所示，本发明一个实施例提供一种干式铁心电抗器振动缺陷检测定位装置，包括建模单元101、第一数据单元102、实测单元103、第二数据单元104和定位单元105。
建模单元101用于根据干式铁心电抗器的物理场信息构建多物理场耦合模型。
第一数据单元102用于对所述多物理场耦合模型进行仿真计算，得到所述电抗器的振动敏感点和原始分布云图。
实测单元103用于根据所述振动敏感点确定振动传感器在所述电抗器中的布置位置，并根据所述振动传感器获取的数据得到振动强度图。
在该实施例中，所述振动传感器获取的数据包括位移测点。
在该实施例中，所述振动传感器包括光纤振动传感器，所述光纤振动传感器通过光纤耦合器和光栅调解仪连接于计算机。
第二数据单元104用于反馈所述振动强度图至所述多物理场耦合模型中，得到基于运行工况的分布云图。
定位单元105用于根据所述原始分布云图和所述基于运行工况的分布云图确定振动缺陷位置。
上述装置内的各单元之间信息交互、执行过程等内容，由于与本发明方法实施例基于同一构思，具体内容可参见本发明方法实施例中的叙述，此处不再赘述。
本发明实施例还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时，实现如上述任一个实施例所述的方法。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于计算机可监听存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，所述的存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(Read-Only Memory，ROM)或随机存储记忆体(Random AccessMemory，RAM)等。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种干式铁心电抗器振动缺陷检测定位方法，其特征在于，包括：
根据干式铁心电抗器的物理场信息构建多物理场耦合模型；
对所述多物理场耦合模型进行仿真计算，得到所述电抗器的振动敏感点和原始分布云图；
根据所述振动敏感点确定振动传感器在所述电抗器中的布置位置，并根据所述振动传感器获取的数据得到振动强度图；
反馈所述振动强度图至所述多物理场耦合模型中，得到基于运行工况的分布云图；
根据所述原始分布云图和所述基于运行工况的分布云图确定振动缺陷位置。
2.根据权利要求1所述的干式铁心电抗器振动缺陷检测定位方法，其特征在于，所述物理场包括电磁场、声场、结构力场及材料参数。
3.根据权利要求1所述的干式铁心电抗器振动缺陷检测定位方法，其特征在于，所述振动传感器包括光纤振动传感器，所述光纤振动传感器通过光纤耦合器和光栅调解仪连接于计算机。
4.根据权利要求1所述的干式铁心电抗器振动缺陷检测定位方法，其特征在于，所述根据所述原始分布云图和所述基于运行工况的分布云图确定振动异常位置，具体为：
根据电抗器振动原始分布云图和所述基于运行工况的分布云图，获取振动幅度畸变部位及各位置区域的振动相位关系，得到振动异常位置。
5.根据权利要求1所述的干式铁心电抗器振动缺陷检测定位方法，其特征在于，所述对所述多物理场耦合模型进行仿真计算，得到所述电抗器的振动敏感点和原始分布云图，具体为：
根据实际运行工况，对所述多物理场耦合模型增加电压、电流和边界因素信息，所述边界因素包括环境温度和所述电抗器的原始紧固力距；
对增加信息后的多物理场耦合模型进行仿真计算，得到所述电抗器的振动敏感点和原始分布云图。
6.根据权利要求1所述的干式铁心电抗器振动缺陷检测定位方法，其特征在于，所述振动传感器获取的数据包括位移测点。
7.一种干式铁心电抗器振动缺陷检测定位装置，其特征在于，包括：
建模单元，用于根据干式铁心电抗器的物理场信息构建多物理场耦合模型；
第一数据单元，用于对所述多物理场耦合模型进行仿真计算，得到所述电抗器的振动敏感点和原始分布云图；
实测单元，用于根据所述振动敏感点确定振动传感器在所述电抗器中的布置位置，并根据所述振动传感器获取的数据得到振动强度图；
第二数据单元，用于反馈所述振动强度图至所述多物理场耦合模型中，得到基于运行工况的分布云图；
定位单元，用于根据所述原始分布云图和所述基于运行工况的分布云图确定振动缺陷位置。
8.根据权利要求7所述的干式铁心电抗器振动缺陷检测定位装置，其特征在于，所述振动传感器包括光纤振动传感器，所述光纤振动传感器通过光纤耦合器和光栅调解仪连接于计算机。
9.根据权利要求7所述的干式铁心电抗器振动缺陷检测定位装置，其特征在于，所述振动传感器获取的数据包括位移测点。
10.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时，实现如权利要求1至6任一项所述的方法。
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