CN115201638A - 变压器的绝缘故障检测方法、装置、程序产品和存储介质 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及一种变压器的绝缘故障检测方法、装置、程序产品和存储介质,所述方法包括:获取变压器油中的气泡在第一时刻的气泡参数;基于所述第一时刻的气泡参数,对所述气泡进行迁移特性分析,获得所述气泡在第二时刻的气泡迁移参数;根据所述气泡迁移参数确定所述变压器发生绝缘故障的可能性;若根据所述气泡迁移参数确定所述变压器存在发生绝缘故障的可能,控制改变所述变压器中油的流动方式。采用本方法能够提高发现变压器发生绝缘故障的及时性。
Description
技术领域
本申请涉及电力系统技术领域,特别是涉及一种变压器的绝缘故障检测方法、装置、程序产品和存储介质。
背景技术
电力变压器是特高压输电系统中的核心设备,但变压器长期运行过程中,由于局部放电等因素,变压器油中不可避免地会引入或产生气泡,从而可能引起变压器的绝缘故障。
现有技术中,可以使用气泵将气泡导入变压器油中,通过观察气泡的迁移特性,进而根据气泡的迁移特性避免变压器的绝缘故障。
然而,在上述方法中,可能是在变压器发生绝缘故障后才检测到,导致发现变压器发生绝缘故障的及时性低。
发明内容
基于此,有必要针对上述技术问题,提供一种能够提高发现变压器发生绝缘故障的及时性的变压器的绝缘故障检测方法、装置、程序产品和存储介质。
第一方面,本申请提供了一种变压器的绝缘故障检测方法。所述方法包括:获取变压器油中的气泡在第一时刻的气泡参数;基于所述第一时刻的气泡参数,对所述气泡进行迁移特性分析,获得所述气泡在第二时刻的气泡迁移参数;根据所述气泡迁移参数确定所述变压器发生绝缘故障的可能性;若根据所述气泡迁移参数确定所述变压器存在发生绝缘故障的可能,控制改变所述变压器中油的流动方式。
在其中一个实施例中,所述获取变压器油中的气泡在第一时刻的气泡参数,包括:获取在所述第一时刻对所述变压器油进行拍摄获得的图像,所述图像中至少包含一个气泡;对所述图像进行图像分析,获得所述气泡在所述第一时刻的气泡半径、气泡位置和气泡速度;所述气泡参数包括所述气泡半径、所述气泡位置和所述气泡速度。
在其中一个实施例中,所述基于所述第一时刻的气泡参数,对所述气泡进行迁移特性分析,获得所述气泡在第二时刻的气泡迁移参数,包括:基于所述气泡半径,所述气泡位置,以及通过针板电极向所述变压器油施加的电压,确定所述气泡的电场力;基于所述气泡半径和所述气泡速度,确定所述气泡的拖拽力;基于所述气泡半径,确定所述气泡的浮力;基于所述变压器油的油密度、所述气泡半径以及所述气泡内的气体密度,确定所述气泡的气泡质量;根据所述电场力、所述拖拽力、所述浮力以及所述气泡质量,获得所述气泡运动的运动加速度;通过所述运动加速度计算获得所述气泡在第二时刻的气泡迁移参数。
在其中一个实施例中,所述基于所述气泡半径,所述气泡位置,以及通过针板电极向所述变压器油施加的电压,获取所述气泡的电场力,包括:基于所述气泡位置以及所述通过针板电极向所述变压器油施加的电压,确定所述气泡位置处的电压强度和电位移矢量;通过所述电压强度和所述电位移矢量,计算所述气泡的麦克斯韦应力张量;基于所述气泡半径,将所述麦克斯韦应力张量在所述气泡的体积表面上进行面积分,获得所述气泡的电场力。
在其中一个实施例中,所述气泡参数包括气泡半径和气泡位置,所述气泡迁移参数包括:所述气泡在所述第二时刻的运动速度,所述气泡从所述第一时刻到第二时刻的第一迁移位移,所述根据所述气泡迁移参数确定所述变压器发生绝缘故障的可能性,包括以下两项中的至少一项:基于所述气泡位置和所述第一迁移位移,预测所述气泡在第二时刻的第一迁移位置,若所述第一迁移位置与变压器油中针板电极的绝缘板的距离小于或者等于第一预设距离,确定所述变压器存在发生绝缘故障的可能性;基于所述气泡半径、所述第一迁移位置以及所述运动速度,对所述气泡进行所述迁移特性分析,获得所述气泡从所述第二时刻到第三时刻的第二迁移位移;基于所述第一迁移位置和所述第二迁移位移,预测所述气泡在第三时刻的第二迁移位置,若所述第二迁移位置与所述变压器油中针板电极的绝缘板的距离小于或者等于第二预设距离,确定所述变压器存在发生绝缘故障的可能性。
在其中一个实施例中,所述若根据所述气泡迁移参数确定所述变压器存在发生绝缘故障的可能,控制改变所述变压器中油的流动方式,包括:若根据所述气泡迁移参数确定所述变压器存在发生绝缘故障的可能,控制所述变压器的油箱的进油口进油的速度为预设速度,以改变所述变压器中的油在所述进油口和所述油箱的出油口之间的流动方式。
第二方面,本申请提供了一种变压器的绝缘故障检测装置,所述装置包括:气泡参数获取模块、分析模块、确定模块以及控制模块,所述获取模块,用于获取变压器油中的气泡在第一时刻的气泡参数;所述分析模块,用于基于所述第一时刻的气泡参数,对所述气泡进行迁移特性分析,获得所述气泡在第二时刻的气泡迁移参数;所述确定模块,用于根据所述气泡迁移参数确定所述变压器发生绝缘故障的可能性;所述控制模块,用于若所述确定模块的判定结果为所述变压器存在发生绝缘故障的可能,控制改变所述变压器中油的流动方式。
第三方面,本申请提供了一种计算机设备。所述计算机设备包括存储器和处理器,所述存储器存储有计算机程序,所述处理器执行所述计算机程序时实现以下步骤:获取变压器油中的气泡在第一时刻的气泡参数;基于所述第一时刻的气泡参数,对所述气泡进行迁移特性分析,获得所述气泡在第二时刻的气泡迁移参数;根据所述气泡迁移参数确定所述变压器发生绝缘故障的可能性;若根据所述气泡迁移参数确定所述变压器存在发生绝缘故障的可能,控制改变所述变压器中油的流动方式。
第四方面,本申请还提供了一种计算机可读存储介质。所述计算机可读存储介质,其上存储有计算机程序,所述计算机程序被处理器执行时实现以下步骤:获取变压器油中的气泡在第一时刻的气泡参数;基于所述第一时刻的气泡参数,对所述气泡进行迁移特性分析,获得所述气泡在第二时刻的气泡迁移参数;根据所述气泡迁移参数确定所述变压器发生绝缘故障的可能性;若根据所述气泡迁移参数确定所述变压器存在发生绝缘故障的可能,控制改变所述变压器中油的流动方式。
第五方面,本申请还提供了一种计算机程序产品。所述计算机程序产品,包括计算机程序,该计算机程序被处理器执行时实现以下步骤:获取变压器油中的气泡在第一时刻的气泡参数;基于所述第一时刻的气泡参数,对所述气泡进行迁移特性分析,获得所述气泡在第二时刻的气泡迁移参数;根据所述气泡迁移参数确定所述变压器发生绝缘故障的可能性;若根据所述气泡迁移参数确定所述变压器存在发生绝缘故障的可能,控制改变所述变压器中油的流动方式。
上述变压器的绝缘故障检测方法、装置、程序产品和存储介质,通过获取变压器油中的气泡在第一时刻的气泡参数,使得基于第一时刻的气泡参数,对气泡进行迁移特性分析,以获得气泡在第二时刻的气泡迁移参数,由于可以根据气泡迁移参数确定变压器发生绝缘故障的可能性,这样,能及时地对变压器的绝缘故障进行检测,从而提高发现变压器发生绝缘故障的及时性,若根据气泡迁移参数确定变压器存在发生绝缘故障的可能,可以通过控制变压器中油的流动方式,从而可以提高变压器的绝缘性能以及变压器使用寿命。
附图说明
图1为一个实施例中变压器的绝缘故障检测方法的流程示意图;
图2为一个实施例中确定气泡的电场力的流程示意图;
图3为一种气泡运动观测实验平台的结构示意图;
图4为一种针板电极的结构示意图;
图5为一种局部放电发生前气泡数量的示意图;
图6为一种局部放电发生后气泡数量示意图;
图7为一种单流注放电气泡数量的示意图;
图8为一种多流注放电气泡数量的示意图;
图9为一种单流注气泡化通道的示意图;
图10为一种多流注气泡化通道的示意图;
图11为一种气泡化放电通道减速后单流注放电形成的气泡示意图;
图12为一种气泡化放电通道减速后多流注放电形成的气泡示意图;
图13为一种单流注放电与多流注放电所造成的大小气泡数变化示意图;
图14为一种发生分裂的气泡演化的示意图;
图15为一种未发生分裂的气泡演化的示意图;
图16为一种气泡迁移特性仿真模型的几何模型的结构示意图;
图17为一种气泡每隔一段时间的位置迁移变化情况的示意图;
图18为一种气泡沿x和y轴方向的位移变化的示意图;
图19为一种气泡在不同位置时沿x轴方向的迁移位移的示意图;
图20为一种气泡在不同位置时沿y轴方向的迁移位移的示意图;
图21为一种气泡在不同位置时沿x轴方向的运动速度的示意图;
图22为一种气泡在不同位置时沿y轴方向的运动速度的示意图;
图23为一种气泡沿x轴方向的迁移位移的示意图;
图24为一种气泡沿y轴方向的迁移位移的示意图;
图25为一种气泡沿x轴方向的运动速度的示意图;
图26为一种气泡沿y轴方向的运动速度的示意图;
图27-图29为一种气泡的受力分析示意图;
图30为一种气泡沿x方向上的迁移位移及运动速度的分布示意;
图31为一种气泡沿y方向上的迁移位移及运动速度的分布示意图;
图32为一个实施例中变压器的绝缘故障检测装置的结构框图;
图33为一个实施例中计算机设备的内部结构图。
具体实施方式
为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白,以下结合附图及实施例,对本申请进行进一步详细说明。应当理解,此处描述的具体实施例仅仅用以解释本申请,并不用于限定本申请。
电力变压器是特高压输电系统中的核心设备,其能否可靠运行与整个电力系统的安全稳定有着密切的联系。但是,近年来变压器的绝缘故障频繁发生,其绝缘薄弱处的放电是引发变压器绝缘故障的主要原因之一。
变压器长期运行过程中,由于局部放电、局部过热、变压器振动以及人为原因等因素,变压器油中不可避免地会引入或产生气泡,变压器油中或油纸界面的气泡在绝缘薄弱处会引发局部放电,局部放电现象引发的热效应、电晕以及电压冲击导致的声空化效应都会使得变压器油中进一步产生气泡,随着气泡数量的增多,油中气泡容易积聚成小桥,会使变压器油劣化,甚至引起变压器的绝缘故障。因此,通过对电场作用下的变压器油中气泡的迁移特性进行研究,可以避免因气泡导致的变压器的绝缘故障。
对于变压器发生绝缘故障的研究中,大都是研究变压器油中的气泡迁移特性,例如,通过研究交直流复合电场下气泡的迁移积聚特性,可以发现气泡沿电场线方向移动并最终在某等势面发生融合汇聚现。
通常的,可以使用气泵将气泡导入变压器油中,通过观察气泡的迁移特性,进而根据气泡的迁移特性避免变压器的绝缘故障,其中,该气泡为人为处理的气泡,且该气泡的形状规则、大小一致,
但是,在上述方法中,可能是在变压器发生绝缘故障后才检测到,导致发现变压器发生绝缘故障的及时性低。
可以理解的是,人为处理的气泡也不具备实际变压器中因绝缘劣化而产生的气泡位置、大小、速度的随机性;而且,研究气泡迁移特性时,大都以均匀电场作为施加条件以对产生的气泡进行研究,而在实际变压器中的电场分布较为复杂,在油隙内的场强高且极不均匀,这可能使得基于研究得到的气泡迁移特性无法准确分析变压器的绝缘故障,也无法及时检测到变压器的绝缘故障。
基于此,在一个实施例中,如图1所示,提供了一种变压器的绝缘故障检测方法,包括以下步骤:
步骤102,获取变压器油中的气泡在第一时刻的气泡参数。
具体地,获取变压器油中的气泡在第一时刻的气泡参数,包括:获取在第一时刻对变压器油进行拍摄获得的图像,图像中至少包含一个气泡;对图像进行图像分析,获得气泡在第一时刻的气泡半径、气泡位置和气泡速度,气泡参数包括气泡半径、所述气泡位置和气泡速度。
步骤104,基于第一时刻的气泡参数,对气泡进行迁移特性分析,获得气泡在第二时刻的气泡迁移参数。
本申请实施例中,气泡参数可以包括气泡半径、气泡位置和气泡速度,其中,气泡位置可以用气泡角度来定义,以产生气泡的位置处为原点,建立直角坐标系,气泡角度可以为气泡球心到针电极端部球心的连线与y轴的夹角。
本申请实施例中,气泡迁移参数可以包括:气泡在第二时刻的运动速度,气泡从第一时刻到第二时刻的第一迁移位移,具体地,基于第一时刻的气泡参数,对气泡进行迁移特性分析,获得气泡在第二时刻的气泡迁移参数,包括:基于气泡半径,气泡位置,以及通过针板电极向变压器油施加的电压,确定气泡的电场力;基于气泡半径和气泡速度,确定气泡的拖拽力;基于气泡半径,确定气泡的浮力;基于变压器油的油密度、气泡半径以及气泡内的气体密度,获得气泡的气泡质量;根据电场力、拖拽力、浮力以及气泡质量,获得气泡运动的运动加速度;通过运动加速度计算获得气泡在第二时刻的气泡迁移参数。
其中,基于气泡半径和气泡速度,确定气泡的拖拽力,可能的实现方式为:计算变压器油的动力学粘度、气泡半径和气泡速度与第一预设倍数的乘积,确定气泡的拖拽力。例如,第一预设倍数为-4π,拖拽力FD满足公式(1),在公式(1)中,r为气泡半径,μ为变压器油的动力学粘度,μ可以为0.01432Pa.s,v为气泡速度,公式(1)可以表示为:
FD=-4πμrv; (1)
其中,基于气泡半径,确定气泡的浮力,可能的实现方式为:计算变压器油的油密度与气泡内的气体密度的差值、气泡半径的三次方和重力加速度与第二预设倍数的乘积,确定气泡的浮力。例如,第二预设倍数为浮力FB满足公式(2),在公式(2)中,r为气泡半径,ρ1为变压器油的油密度,ρ1可以为895kg/m3,ρg为气泡内气体的密度,ρg可以为1.293kg/m3。公式(2)可以表示为:
其中,基于变压器油的油密度、气泡半径以及气泡内的气体密度,获得气泡的气泡质量,可能的实现方式为:计算变压器油的油密度与第三预设倍数的乘积;计算该乘积与气泡内的气体密度的和、气泡半径的三次方与第二预设倍数的乘积,获得气泡的气泡质量。例如,第三预设倍数为第二预设倍数为气泡质量m满足公式(3),在公式(3)中,r为气泡半径,ρ1为变压器油的油密度,ρ1可以为895kg/m3,ρg为气泡内气体的密度,ρg可以为1.293kg/m3,公式(3)可以表示为:
其中,通过运动加速度计算获得气泡在第二时刻的气泡迁移参数,可能的实现方式为:基于运动加速度、气泡在第一时刻的运动速度以及第二时刻和第一时刻的差值,获得气泡在第二时刻的运动速度;基于运动加速度、气泡在第一时刻的运动速度和气泡在第二时刻的运动速度,获得气泡从第一时刻到第二时刻的第一迁移位移。
例如,气泡在第二时刻的运动速度V2满足公式(4),在公式(4)中,V1表示为气泡在第一时刻的运动速度,a表示为运动加速度,t2表示为第二时刻,t1表示为第一时刻,公式(4)可以表示为:
V2=V1+a(t2-t1); (4)
例如,第一迁移位移S满足公式(5),在公式(5)中,V2表示为气泡在第二时刻的运动速度,V1表示为气泡在第一时刻的运动速度,a表示为运动加速度,公式(5)可以表示为:
步骤106,根据气泡迁移参数确定变压器发生绝缘故障的可能性。
本申请实施例中,气泡迁移参数可以包括:气泡在第二时刻的运动速度,气泡从第一时刻到第二时刻的第一迁移位移,具体地,根据气泡迁移参数确定变压器发生绝缘故障的可能性,包括以下两项中的至少一项:基于气泡位置和第一迁移位移,预测气泡在第二时刻的第一迁移位置,若第一迁移位置与变压器油中针板电极的绝缘板的距离小于或者等于第一预设距离,确定变压器存在发生绝缘故障的可能性。基于气泡半径、第一迁移位置以及运动速度,对气泡进行迁移特性分析,获得气泡从第二时刻到第三时刻的第二迁移位移;基于第一迁移位置和第二迁移位移,预测气泡在第三时刻的第二迁移位置,若第二迁移位置与所述变压器油中针板电极的绝缘板的距离小于或者等于第二预设距离,确定变压器存在发生绝缘故障的可能性。
步骤108,若根据气泡迁移参数确定变压器存在发生绝缘故障的可能,控制改变变压器中油的流动方式。
具体地,若根据气泡迁移参数确定变压器存在发生绝缘故障的可能,控制变压器中油的流动方式,包括:若根据气泡迁移参数确定变压器存在发生绝缘故障的可能,控制变压器的油箱的进油口进油的速度为预设速度,以改变变压器中的油在进油口和油箱的出油口之间的流动方式。这样,通过控制变压器中油的流动方式,使得改变变压器油中产生的气泡的移动路径,避免气泡靠近变压器油中的绝缘薄处,从而达到提高变压器绝缘性能、延长变压器使用寿命的目的。
其中,预设速度为在原来的进油口速度上增加后的速度或减小后的速度,预设速度的具体值,可以根据实际应用场景设定,本申请实施例不作限定。
综上,在图1所述的实施例中,通过获取变压器油中的气泡在第一时刻的气泡参数,使得基于第一时刻的气泡参数,对气泡进行迁移特性分析,以获得气泡在第二时刻的气泡迁移参数,由于可以根据气泡迁移参数确定变压器发生绝缘故障的可能性,这样,能及时地对变压器的绝缘故障进行检测,从而提高发现变压器发生绝缘故障的及时性,若根据气泡迁移参数确定变压器存在发生绝缘故障的可能,可以通过控制变压器中油的流动方式,从而可以提高变压器的绝缘性能以及变压器使用寿命。
具体地,基于气泡半径,气泡位置,以及通过针板电极向变压器油施加的电压,获取气泡的电场力,一种可选的实现方式如图2所示,图2为一种确定气泡的电场力的流程示意图,可以包括以下步骤:
步骤202,基于气泡位置以及通过针板电极向变压器油施加的电压,确定气泡位置处的电压强度和电位移矢量。
本申请实施例中,为了获取气泡在某个位置处的电场强度,可以设计基于针板电极的油罐,通过将板电极接地以及对针电极施加固定电压,从而可以测量得到变压器油中的气泡在不同位置处的电场强度,即,可以得到气泡的不同位置与气泡的不同位置处的电场强度的对应关系。这样,基于气泡的不同位置与气泡的不同位置处的电场强度的对应关系,通过在该对应关系中查询与第一时刻的气泡位置相同的位置,从而可以从该对应关系中得到气泡位置处的电压强度。
本申请实施例中,根据电场强度得到电矢量位移,可能的实现方式为:计算电场强度、变压器油的相对介电常数和真空介电常数的乘积,得到电位移矢量。例如,电矢量位移D满足公式(6),公式(6)可以表示为:D=εεoE,εo为变压器油相对介电常数,ε为介电常数,该介电常数为变压器油相对介电常数εo、气泡,相对介电常数εg、绝缘纸板相对介电常数εp中的至少一个介电常数,E为电场强度;其中,εo可以为2.2,εg可以为1,εp可以为4。
步骤204,通过电压强度和电位移矢量,计算气泡的麦克斯韦应力张量。
具体地,麦克斯韦应力张量T1满足公式(7),在公式(7)中,n为介质界面的外法线方向,E为电场强度,D为电位移矢量n,公式(7)可以表示为:
步骤206,基于气泡半径,将麦克斯韦应力张量在气泡的体积表面上进行面积分,确定气泡的电场力。
具体地,电场力FE满足公式(8),在公式(8)中,Ω表示气泡的体积,Ω是基于气泡半径得到的,而且,基于不同的气泡形状,Ω也不同,例如,当气泡形状为球体时,d表示为微分符号,dΩ表示对Ω求微分,公式(8)可以表示为:
综上,在图2所述的实施例中,基于气泡位置以及通过针板电极向所述变压器油施加的电压,确定气泡位置处的电压强度和电位移矢量,进而通过电压强度和所述电位移矢量,计算气泡的麦克斯韦应力张量,进而基于气泡半径,将麦克斯韦应力张量在气泡的体积表面上进行面积分,从而可以确定气泡的电场力,这样,在确定电场力后,可以根据电场力、拖拽力、浮力以及气泡质量,确定气泡运动的运动加速度,使得通过运动加速度计算确定气泡在第二时刻的气泡迁移参数,根据气泡迁移参数确定变压器发生绝缘故障的可能性,若根据气泡迁移参数确定变压器存在发生绝缘故障的可能,控制改变变压器中油的流动方式,从而提高变压器的绝缘性能以及变压器使用寿命。
为了模拟特高压油浸式电力变压器内部在极不均匀电场作用下的产气过程及气泡的迁移特性,可以搭建以针板电极为基础的油中气泡运动观测实验平台。
示例性的,图3为一种气泡运动观测实验平台的结构示意图,如图3所示,该实验平台包括气泡观测部分、电气加压部分和图像采集部分。
在图3中,气泡观测部分可以包括油罐和针板电极,针板电极中有针电极和板电机;油罐材质为有机玻璃,内装有25#变压器油,油罐为上下均封口的圆柱体,油罐的上下两端均开设有圆孔,上下两端的圆孔中固定设置有套管,上端套管连接针电极,下端套管连接板电极。
示例性的,图4为一种针板电极的结构示意图,如图4所示,在针板电极中,板电极的上端和针电极的尖端之间放置有绝缘纸板,针电极由碳钢制成,针电极与支柱的下端连接;支柱由黄铜制成,支柱穿过油罐中的组件,支柱的两端均伸出组件的两端,板电极由黄铜制成,板电极呈现T字形,T字形的横向部分位于油罐内部,并位于针电极的正下方,T字形的竖向部分穿过油罐中的组件并伸出组件的下端。
可以理解的是,针板电极的结构示意图中参数的具体值,可以根据实际应用场景设定,本申请实施例不作限定,例如,在一种实现中,绝缘纸板可以为方形,该绝缘纸板的边长可以为70mm,该绝缘纸板的厚度d可以为1mm;针电极的长度可以为20mm,针电极的尖端与支柱的下端之间的距离可以为10mm,针电极尖端的曲率半径可以为0.05mm;支柱的半径可以为10mm,支柱的曲率半径可以为5mm;T字形的横向部分的半径可以为60mm,T字形的横向部分的厚度为可以10mm,T字形的横向部分的曲率半径可以为5mm;油隙高度均可以为0.5mm。
在图3中,电气加压部分可以包括交流电源、电阻和隔直电容,通过调节交流电压源来控制输出的交流电压大小,使得基于该交流电压,变压器油中产生气泡;其中,电阻的阻值可以设置为50kΩ。
结合图4,支柱的上端依次通过隔直电容、电阻、交流电源和电流互感器(currenttransformer,CT)与板电极的T字形的竖向部分的下端连接,支柱的下端与分压器(voltagedivider)的一端连接,分压器的另一端与交流电源和CT之间的线路连接,分压器的另一端与示波器连接,示波器还与CT连接。
在图3中,图像采集部分用于获取变压器油中的气泡的形成以及气泡在不同时刻的迁移过程的图像,图像采集部分可以包括冷光灯、摄像机、计算机以及示波器,冷光灯、摄像机和计算机设置于油罐的一侧;当摄像机与示波器同时触发时,开启冷光灯,使得基于摄像机拍摄的图像的清晰度高,这样,可以提高基于图像分析的变压器油中的气泡的迁移规律的准确率,进而基于气泡的迁移特性规律,设计上述变压器的绝缘故障检测方法,从而可以及时发现变压器发生的绝缘故障。
其中,摄像机可以为高速摄像机或其他类型的摄像机,例如,当摄像机为高速摄像机时,高速摄像机的类型可以为千眼狼-X213,高速摄像机的帧率可以设置为5000fps。
需要说明的是,基于该实验平台进行实验时,在电气加压部分,可以采用恒定电压法升高电压,在升压过程中,每增加1kV电压需暂停2min以保证电压的稳定性,该方法不仅能避免影响实验结果的电压阶跃,而且比阶梯升压法更加接近变压器的实际工作情况,这样获得的变压器油中的气泡在某个时刻的气泡参数,更能反应实际变压器中的气泡特征。
其中,基于气泡运动观测实验平台对气泡的迁移特性进行研究之前,该实验平台周围的环境噪声需要小于5pC;由于在电气加压部分的实验回路中,针板电极以外的位置也会发生局部放电,为了减弱这种放电现象,各种实验器件可以用屏蔽线相连,屏蔽线需要尽量避免过长或弯曲,且各个接点均需要用铜箔包裹起来;而且,为了可以保证图像具有足够的清晰度,摄像机可以放置在距离油罐的预设距离处,例如,预设距离为1m,或者小于预设距离的位置处,进而,再调整好相机参数后,可以记录气泡的形成及迁移过程的图像。
可以理解的是,基于图3描述的气泡运动观测实验平台,可以对气泡在迁移过程中的特性进行分析,可以发现:在局部放电发生之后,变压器油中的气泡数量会明显增加,示例性的,图5为一种局部放电发生前气泡数量的示意图,图6为一种局部放电发生后气泡数量示意图。
为了研究局部放电对气泡数量的影响,基于该实验平台进一步研究了气泡的具体产生过程,通过实验发现,出现在针板电极之间的单流注放电和多流注放电较多,示例性的,图7为一种单流注放电气泡数量的示意图,图8为一种多流注放电气泡数量的示意图;而且,在局部放电过程的后期,单流注放电和多流注放电都会出现流注通道气泡化的现象,示例性的,图9为一种单流注气泡化通道的示意图,图10为一种多流注气泡化通道的示意图。
对比图7和图8与图9和图10可知,流注通道的气泡化由针电极的尖端处开始,随后会向绝缘纸板发展至整个流注通道,在此期间,气泡化的流注通道会逐渐断开与针电极的联系,此时,流注放电通道的体积会明显膨胀且亮度会明显降低;当气泡化通道与绝缘纸板表面相撞之后,气泡的运动速度会急剧下降,因此,气泡化通道的形态会发生显著的变化,并在气液两相表面张力的作用下转化成近似为球形的气泡。
示例性的,图11为一种气泡化放电通道减速后单流注放电形成的气泡示意图,图12为一种气泡化放电通道减速后多流注放电形成的气泡示意图,其中,大气泡是由气泡化流注通道的主体转化而成的,小气泡则是由形成大气泡时未用到的剩余气体形成的。
通过实验观察发现,气泡的数量在局部放电产生后急剧增加,但不同大小气泡数量的增加幅度并不相同。为了探究油中产生不同大小气泡数量的差异,以气泡是否会因为体积过大而发生分裂作为划分不同大小气泡的标准,把状态不稳定会发生分裂的气泡作为大气泡,反之不会发生分裂的稳定的气泡作为小气泡,继而研究局部放电对大、小气泡数量的影响。
以局部放电开始发生的时刻为零时刻,保持摄像机的观测范围不变,连续开展10组实验并且求平均值,则在可观测范围内的局部放电所造成的气泡数量变化如图13所示,图13为一种单流注放电与多流注放电所造成的大小气泡数变化示意图,其中,S1、B1分别为单流注放电而产生的小气泡数量和大气泡数量,S2、B2分别为多流注放电而产生的小气泡数量和大气泡数量;其中,时间的单位为mm。
由图13可知,针板电极间发生局部放电后的0.4ms内,油中的大气泡数量和小气泡数量均会急剧增加,可见局部放电的发生与气泡数量的产生之间存在密切的关系;当气泡的类型相同时,因多流注放电而产生的气泡数量要明显多于因单流注放电而产生的气泡数量;当局部放电的类型相同时,小气泡的数量要明显多于大气泡的数量;在发生局部放电的0.4ms以后,小气泡数量缓慢增加,但大气泡的数量逐渐减少。
为了解释针板电极间发生局部放电后的0.4ms内,油中的大气泡数量和小气泡数量均会急剧增加,在发生局部放电的0.4ms以后,小气泡数量缓慢增加,但大气泡的数量逐渐减少的这一现象,基于该实验平台对油中大、小气泡的演化过程进行了进一步的研究。
通过实验观察发现,当气泡化流注通道的发展速度较快时,大气泡会在形成后与绝缘纸板发生碰撞,然后发生分裂为小气泡,如图14所示,图14为一种发生分裂的气泡演化的示意图,图14与图13中大气泡数量在0.4ms后下降而小气泡的数量在0.4ms后上升的现象相吻合。
示例性的,图15为一种未发生分裂的气泡演化的示意图,当气泡化流注通道的发展速度较慢时,与图14所示的现象不同的是,图15中的大气泡并不会在形成后发生分裂,而是会先朝着绝缘纸板表面加速运动一小段距离,然后在浮力的作用下逐渐离开纸板上表面。
结合图1和图2所示的内容,可以设计气泡迁移特性仿真模型,该仿真模型可以用于对气泡进行迁移特性分析,其中,该仿真模块可以包括数值模型和几何模型。
在数值模型中,可以设置图1和图2中所描述的拖拽力、浮力、气泡质量、气泡的运动速度、气泡的迁移位移以及电场力的计算方式,该计算方式中的参数可根据实际时刻得到。
其中,结合图1和图2所述的内容可知,气泡质量m与气泡的运动加速度a的乘积等于气泡受到的电场力FE、拖拽力FD和浮力的和,可表示为如下所示的公式(9):
ma=FE+FD+FB; (9)
在确定电场力时,可以采用图2所示的方法来得到,也可以通过电场力密度f对相应介质的体积分来得到,其中,电场力密度f满足公式(10),公式(10)可以表示为:
在公式(10)中,ρ为变压器油的油密度和气泡内的气体密度,qE为库伦力,是包含自由电荷的介质体积微元受到的力;为介电电泳力,与相应空间位置的场强和介电常数的空间变化有关;为电致伸缩力,在该仿真模型中可以假设介质内自由电荷为0且忽略气泡的变形,因此,气泡受到的电场力仅考虑施加到变压器油和气泡内气体上的介电电泳力。
其中,在该仿真模型中,还可以假设介质电极化率与介质密度成正比,即:ε-1=χe=αρ,ε、χe、ρ分别为介质常数、电极化率以及流体密度,流体密度即为变压器油的油密度和气泡内的气体密度。
为了便于查询气泡迁移特性仿真模型中涉及的参数的值,示例性的,表1为气泡迁移特性仿真模型中相关材料属性。
表1
在几何模型中,可以建立由油罐和针板电极组成的结构,示例性的,图16为一种气泡迁移特性仿真模型的几何模型的结构示意图,在图16中,几何模型包括油罐、设置于油罐内部的针电极、板电极以及放置于板电极上方的绝缘纸板,其中,针电极位于板电极的正上方,针电极顶端与油罐的顶部连接,板电极的底端与油罐的底部连接。
可以理解的是,为了验证仿真模型设计的合理性,可以以针电极针尖处为原点,该针电极针尖处为产生气泡的位置处,通过建立直角坐标系,可以将基于仿真模块得到的气泡的运动速度和迁移位移进行正交分解,获得基于仿真模型的沿x和y方向上的迁移位移和运动速度;同样地,可以将基于实验平台得到的气泡的运动速度和迁移位移进行正交分解,获得基于实验平台的沿x和y方向上的迁移位移和运动速度,若基于仿真模型的沿x和y方向上的迁移位移和运动速度与基于实验平台的沿x和y方向上的迁移位移和运动速度的偏差均处于设定范围内,则确定仿真模型的设计合理。
为了使得基于仿真模型得到的运动速度和迁移位移与基于实验平台得到的运动速度和迁移位移便于比较,可以选取实验中某典型气泡的位置、半径及施加电压情况对仿真模型进行参数设定,例如,典型气泡可以是在26kV交流电压下于针电极针尖处产生的气泡,该典型气泡的半径为0.05mm。
以气泡为上述描述的典型气泡为例,示例性的,图17为一种气泡每隔一段时间的位置迁移变化情况的示意图,其中,图17中的上面四幅图分别为基于实验平台得到的在0ms、0.2ms、0.6ms和1.4ms时的气泡位置,图17的下面四幅图分别为基于仿真模型得到的在0ms、0.18ms、0.56ms和1.52ms的气泡位置。
基于图17所示的基于实验平台得到的气泡位置而基于仿真模型得到的气泡位置,可以得到基于仿真模型的沿x和y方向上的迁移位移与基于实验平台的沿x和y方向上的迁移位移,将基于仿真模型的沿x和y方向上的迁移位移与基于实验平台的沿x和y方向上的迁移位移进行对比后,可以得到如图18所示的示意图,图18为一种气泡沿x和y轴方向的位移变化的示意图,其中,位移的单位为mm。
从图17和图18可以看出,气泡沿x轴方向持续运动,气泡从针尖处出发逐渐靠近油箱壁;沿y轴方向,气泡先沿其负方向运动,经过0.2ms左右后,气泡又逐渐沿其正方向运动;气泡从针尖处出发先向绝缘纸板靠近,然后又逐渐向油面上升。
通过对比图17中气泡的迁移位置和图18中气泡沿x轴以及沿y轴的位移情况的变化,可以发现:基于仿真模型分析得到的气泡的迁移特性与基于实验平台得到的气泡的迁移特性基本相符,因此,可以证明所设计的气泡迁移特性仿真模型的合理性。
基于气泡迁移特性仿真模型还可以分析气泡运动过程中气泡位置、气泡半径、气泡速度对气泡的迁移位移、运动速度等指标的变化。
通过实验观察发现,油中气泡大多都产生在场强最大的针尖处,因此,可以模拟气泡在针尖附近产生,其中,气泡表面与针电极表面距离均为0.05mm,气泡位置可以用气泡角度来定义,气泡角度α为气泡球心到针电极端部球心的连线与y轴的夹角。
其中,基于气泡迁移特性仿真模型,可以对半径为r=0.05mm,速度v=0.02mm/s,位置α=0°,15°,30°,45°,60°和75°的气泡进行模拟计算,为了便于研究,将计算所得的迁移位移和运动速度进行正交分解,示例性的,图19为一种气泡在不同位置时沿x轴方向的迁移位移的示意图,图20为一种气泡在不同位置时沿y轴方向的迁移位移的示意图,图21为一种气泡在不同位置时沿x轴方向的运动速度的示意图,图22为一种气泡在不同位置时沿y轴方向的运动速度的示意图,其中,在图19至图22中,时间的单位为μs,位移的单位为mm,速度的单位为mm/s。
从图19可以看出:气泡沿x轴正方向持续运动,气泡从针尖处出发逐渐靠近油箱壁;而且,当α≤45°时,随着α的增大,即气泡位置的上升,同时间内气泡沿x轴方向的迁移位移增大;当α>45°时,同时间内气泡沿x轴方向的迁移位移相对减小。
由图20可以看出:当α≤45°时,气泡先沿y轴负方向急速下降,经过一段时间后,气泡又沿y轴正方向缓慢上升,气泡从针尖处出发先向绝缘纸板靠近,然后又逐渐向油面上升;当α>45°时,气泡则直接沿y轴正方向逐渐上升,此时,气泡逐渐由针尖处向油面运动;而且,当α≤45°时,随着气泡位置的上升,同时间内气泡沿y轴负方向运动的位移逐渐减小,沿y轴正方向上升的位移逐渐增大;当α>45°时,气泡将不再沿y轴负方向运动,但同时间内气泡沿y轴正方向上升的位移越来越大。
从图21可以看出:油中气泡刚产生时,气泡沿x轴方向速度很大,但会逐渐衰减至稍大于0的恒定值;而且,当α≤45°时,随着气泡位置的上升,同时刻下气泡沿x轴方向运动的速度越来越大;当α>45°时,同时刻下气泡沿x轴方向运动的速度越来越小。
从图22可以看出:当α≤45°时,气泡产生后其速度沿y轴负方向快速增大,经过较短的时间后其速度又沿y轴正方向速度快速增大,沿y轴正方向速度经过相当短时间的增大后会缓慢趋近至稍大于0的恒定值;当α>45°时,气泡速度将直接沿y轴正方向快速增大,随后其速度又逐渐降低至稍大于0的恒定值;而且,当α≤45°时,随着气泡位置的上升,同时刻下气泡沿y轴负方向运动的速度越来越小;当α>45°时,同时刻下气泡沿y轴正方向运动的速度将越来越大。
由于局部放电导致油中所产生的气泡大小并不均匀,依据实验平台中产生较多的气泡,可以定义气泡位置α=30°,气泡速度为0.02mm/s,气泡半径r=0.02mm,0.04mm,0.06mm和0.08mm,这样,基于气泡迁移特性仿真模型可以对气泡迁移特性进行研究,示例性的,图23为一种气泡沿x轴方向的迁移位移的示意图,图24为一种气泡沿y轴方向的迁移位移的示意图,图25为一种气泡沿x轴方向的运动速度的示意图,图26为一种气泡沿y轴方向的运动速度的示意图,其中,位移的单位为mm,时间的单位为μs,速度的单位为mm/s。
从图23可以看出:随着气泡半径的增大,同时间内气泡沿x轴运动的位移越大,即气泡半径越大,气泡离针尖处位置越远;从图24可以看出:随着气泡半径的增大,同时间内气泡沿y轴负方向运动的位移先增大后减小,但沿y轴正方向运动的位移越来越大。
为了更好的观察气泡的速度变化,可以将仿真时长截取至600μs,从图25可以看出:随着气泡半径的增大,同时刻下气泡沿x轴运动的速度越大;从图26可以看出:随着气泡半径的增大,同时刻下气泡沿y轴负方向运动的速度先增大后减小,但沿y轴正方向运动的速度越来越大。
变压器油中气泡所受力中对气泡整体迁移特性影响最大的是气泡本身的重力、油流粘度导致的浮力、拖拽力以及电场所施加的电场力,对气泡所受的力进行正交分解,可以得到气泡受力情况。
示例性的,图27-图29为一种气泡的受力分析示意图,其中,图27-图29分别为气泡沿x轴方向运动、沿y轴负方向运动以及沿y轴正方向运动的受力分析示意图,在图27-图29中,气泡本身所受的重力FG为y轴负方向的恒力;气泡受到的浮力FB为y轴正方向的恒力;气泡所受的拖拽力FD的大小和方向由气泡速度决定,气泡速度越大,气泡所受的拖拽力FD越大,且气泡所受拖拽力FD的方向与气泡速度的方向相反;气泡所受电场力FE的大小和方向与气泡位置处的电场分布有关,电场场强越大,气泡所受的电场力FE越大,且气泡所受电场力FE的方向由高场强EB处指向低场强ES处。
可以理解的是,由于变压器油中气泡在针电极针尖附近产生,针电极针尖处的电场强度最大,气泡所受的电场力远大于浮力和拖拽力,此时气泡的运动主要由电场力支配,由于电场力方向是由高场强处指向低场强处,因此,气泡的迁移路径显示气泡朝向远离针尖方向的弱场区运动。
以气泡位置α=30°,气泡半径r=0.06mm,气泡速度为0.02mm/s为例,从力学角度对气泡的迁移特性进行分析,其分析结果可以如图30和图31所示,图30为一种气泡沿x方向上的迁移位移及运动速度的分布示意,图31为一种气泡沿y方向上的迁移位移及运动速度的分布示意图。
从图30可以看出:在x轴方向上,气泡所受的合力为电场力和拖拽力,气泡的受力分析示意图如图27所示;由于气泡速度为0,所以气泡所受拖拽力为0,在电场力的作用下气泡在初始时刻速度急剧增大,但随着气泡速度的增大和气泡位置的变化,拖拽力逐渐增加,电场力逐渐减小,当电场力和拖拽力平衡后,气泡速度就会逐渐衰减,随着气泡逐渐远离强场区域,气泡沿x轴的速度逐渐趋近于0,在这个过程中,气泡在电场力和拖拽力的作用下由强场区向弱场区运动,即从针尖处出发逐渐靠近油箱壁。
从图31可以看出:在y轴方向上,气泡受到电场力、拖拽力、重力和浮力的联合作用,气泡的受力分析示意图如图28所示。
其中,在①时间段初,气泡靠近针尖处,位于强场区域,此时气泡所受的电场力与重力的和大于拖拽力和浮力的和;随着沿y轴负方向的气泡速度急剧增大,气泡的加速度方向朝下,气泡自针尖处向绝缘纸板方向快速下降,该阶段可以称为气泡的快速下降阶段。
其中,在②时间段初,气泡周围场强较弱且沿y轴负方向的气泡速度达到最大值,气泡所受的拖拽力与浮力的和大于重力与电场力的和;随着沿y轴负方向的气泡速度逐渐减小,气泡的加速度方向朝上,气泡向绝缘纸板方向做速度逐渐减小的下降运动,该阶段可以称为气泡的缓慢下降阶段。
其中,在③时间段初,气泡最接近于绝缘纸板,其速度降为0,气泡所受的电场力、拖拽力、重力及浮力达到平衡,气泡的受力分析示意图如图29所示,气泡所受拖拽力与浮力反向,气泡所受浮力大于拖拽力、电场力以及重力三者的和;随着沿y轴正方向的气泡速度快速增大,气泡向油平面方向做速度逐渐增大上升运动,该阶段可以称为气泡的快速上升阶段。
其中,在④时间段初,随着气泡速度的增大,气泡所受拖拽力也逐渐增大,当气泡所受浮力与拖拽力、电场力及重力再次达到平衡时,由于气泡位于弱场区,气泡所受电场力小,因此,气泡在浮力、重力及拖拽力的主导作用下,气泡沿y轴的气泡速度慢慢趋近于恒定,此时气泡向油平面方向做接近于匀速的上升运动,该阶段可以称为气泡的匀速上升阶段。
结合图20和图22,当初始角度α≤45°时,随着气泡位置的上升,气泡沿y轴负方向运动的位移逐渐减小,气泡的快速下降阶段及缓慢下降阶段越来越缓和,气泡更容易进入快速上升状态,这是因为:随着气泡位置的上升,气泡周围的电场强度越小,气泡所受电场力起到的主导作用越来越小;当α>45°时,气泡的快速下降及缓慢下降阶段消失,气泡产生后直接进入快速上升阶段,且随着气泡位置的上升,气泡的快速上升阶段愈剧烈,气泡进入匀速上升阶段所需的时间越久,这是因为:作为气泡恒力的浮力起主导作用,且气泡所受电场力逐渐减小。
结合图24和图26,当气泡半径r≤0.04mm时,随着气泡半径的增大,气泡沿y轴负方向运动的位移越来越远且越来越快,即气泡的快速下降阶段的过程越来越剧烈,这是因为:此气泡所受的电场力起主导作用,由于气泡半径的增大,气泡沿y轴负方向受到的电场力也随之增大,使得气泡在快速下降阶段不仅下降的位移大而且速度大;当气泡半径r>0.04mm时,随着气泡半径的增大,气泡所受浮力越来越大,气泡所受电场力所起的主导作用越来越小,使得沿y轴负方向的气泡速度越来越小;随着气泡迁移进入快速上升阶段,气泡所受浮力起到的作用越来越大,电场力起到的作用越来越小,因此,随着气泡半径的增大,气泡沿y轴正方向运动的位移越来越大,且气泡沿y轴正方向运动的速度也越来越大,气泡的快速上升阶段及匀速上升阶段也愈剧烈。
变压器油中产生的气泡容易导致局部放电,使得变压器油劣化,甚至引起变压器的绝缘故障,为了研究在极不均匀电场下油浸式特高压电力变压器内部产生气泡的迁移过程及特性,本申请采用实验与仿真相结合的手段,更加系统地研究了变压器油中气泡在基于针板电极的交流电场作用下的形成机理与迁移机制,通过将实验数据与仿真分析互为验证,可以得到如下结论:
结论一:局部放电所形成的流注放电通道会发展为气泡化通道,气泡化通道与绝缘纸板表面相撞之后,气泡的形态会在气液两相表面张力的作用下转化成近似为球形的气泡;其中,体积较大、状态不稳定的气泡由气泡化流注通道的主体转化而成;体积较小、状态稳定气泡则是由气泡化流注通道的剩余气体转化以及状态不稳定气泡的分裂而形成。
结论二:当气泡的类型相同时,因多流注放电而产生的气泡要明显多于因单流注放电而产生的气泡;当局部放电的类型相同时,状态稳定的气泡数量要明显多于不稳定的气泡数量;其中,状态不稳定的气泡发生分裂的原因是由于气泡化流注通道的发展速度较快,这使得气泡会在形成后会与绝缘纸板发生碰撞,继而发生分裂转化为状态稳定的气泡。
结论三:油中气泡产生后,气泡沿x轴方向持续运动,气泡从针尖处出发逐渐靠近油箱壁;沿y轴方向,气泡先沿其负方向运动随后气泡又逐渐沿其正方向运动,气泡从针尖处出发先向纸板靠近,然后又逐渐向油面上升。
结论四:随着气泡位置α的增大,同时间内气泡沿x轴方向的迁移位移先增大后减小,气泡沿y轴负方向下降的位移越来越小,沿y轴正方向上升的位移越来越大,同时刻下气泡沿x轴及y轴运动的速度变化规律与位移变化规律一致;随着气泡半径r的增大,同时间内气泡沿x轴运动的位移越大,气泡沿y轴负方向的位移先增大后减小,但沿y轴方向的位移越来越大,同时刻下气泡沿x轴及y轴运动的速度变化规律与位移变化规律一致。
结论五:本申请从力学角度出发将气泡的后续迁移过程分为了四个特征阶段来研究气泡的迁移位移及迁移速度变化,四个特征阶段分别为:气泡的快速下降阶段、气泡的缓慢下降阶段、气泡的快速上升阶段以及气泡的匀速上升阶段,具体内容可以参考图31所示的内容。
结论六:油中气泡产生后,气泡会在电场力的作用下远离高场强区域,同时随着所受浮力的影响越来越大逐渐靠近油面;尽管强场区域会将气泡推向低场强区域,但气泡仍可能因强迫油循环、温差热对流等因素被迫进入强场区域而引起局放,这一点应在设备设计和运行时引起重视,尤其是应优化绝缘结构,使设备内部场强尽可能均匀,也应优化绝缘油的循环方式,避免将气泡推入高场强区域。
基于同样的发明构思,本申请实施例还提供了一种用于实现上述所涉及的变压器的绝缘故障检测方法的变压器的绝缘故障检测装置。该装置所提供的解决问题的实现方案与上述方法中所记载的实现方案相似,故下面所提供的一个或多个变压器的绝缘故障检测装置实施例中的具体限定可以参见上文中对于变压器的绝缘故障检测方法的限定,在此不再赘述。
在一个实施例中,如图32所示,提供了一种变压器的绝缘故障检测装置的结构框图,该装置包括:获取模块3202、分析模块3204、确定模块3206和控制模块3208,其中,获取模块3202,用于获取变压器油中的气泡在第一时刻的气泡参数;分析模块3204,用于基于第一时刻的气泡参数,对气泡进行迁移特性分析,获得气泡在第二时刻的气泡迁移参数;确定模块3206,用于根据气泡迁移参数确定变压器发生绝缘故障的可能性;控制模块3208,用于若确定模块3206的判定结果为变压器存在发生绝缘故障的可能,控制改变变压器中油的流动方式。
在一个实施例中,获取模块3202,还用于:获取在第一时刻对所述变压器油进行拍摄获得的图像,图像中至少包含一个气泡;对图像进行图像分析,获得气泡在第一时刻的气泡半径、气泡位置和气泡速度;气泡参数包括气泡半径、气泡位置和气泡速度。
在一个实施例中,分析模块3204,还用于:基于气泡半径,气泡位置,以及通过针板电极向所述变压器油施加的电压,确定气泡的电场力;基于气泡半径和气泡速度,确定气泡的拖拽力;基于气泡半径,确定气泡的浮力;基于变压器油的油密度、气泡半径以及气泡内的气体密度,获得气泡的气泡质量;根据电场力、拖拽力、浮力以及气泡质量,获得气泡运动的运动加速度;通过运动加速度计算获得气泡在第二时刻的气泡迁移参数。
在一个实施例中,分析模块3204,还用于:基于气泡位置以及通过针板电极向变压器油施加的电压,确定气泡位置处的电压强度和电位移矢量;通过电压强度和所述电位移矢量,计算气泡的麦克斯韦应力张量;基于气泡半径,将麦克斯韦应力张量在气泡的体积表面上进行面积分,确定气泡的电场力。
在一个实施例中,气泡参数包括气泡半径和气泡位置,气泡迁移参数包括:气泡在第二时刻的运动速度,气泡从第一时刻到第二时刻的第一迁移位移,确定模块3206,还用于执行以下两项中的至少一项:基于气泡位置和第一迁移位移,预测气泡在第二时刻的第一迁移位置,若第一迁移位置与变压器油中针板电极的绝缘板的距离小于或者等于第一预设距离,确定变压器存在发生绝缘故障的可能性;基于气泡半径、第一迁移位置以及运动速度,对气泡进行所述迁移特性分析,获得气泡从所述第二时刻到第三时刻的第二迁移位移;基于第一迁移位置和第二迁移位移,预测气泡在第三时刻的第二迁移位置,若第二迁移位置与变压器油中针板电极的绝缘板的距离小于或者等于第二预设距离,确定变压器存在发生绝缘故障的可能性。
在一个实施例中,控制模块3208,还用于:若根据气泡迁移参数确定变压器存在发生绝缘故障的可能,控制变压器的油箱的进油口进油的速度为预设速度,以改变变压器中的油在进油口和油箱的出油口之间的流动方式。
上述变压器的绝缘故障检测装置中的各个模块可全部或部分通过软件、硬件及其组合来实现。上述各模块可以硬件形式内嵌于或独立于计算机设备中的处理器中,也可以以软件形式存储于计算机设备中的存储器中,以便于处理器调用执行以上各个模块对应的操作。
在一个实施例中,提供了一种计算机设备,该计算机设备可以是服务器,其内部结构图可以如图33所示。该计算机设备包括通过系统总线连接的处理器、存储器和网络接口。其中,该计算机设备的处理器用于提供计算和控制能力。该计算机设备的存储器包括非易失性存储介质和内存储器。该非易失性存储介质存储有操作系统和计算机程序。该内存储器为非易失性存储介质中的操作系统和计算机程序的运行提供环境。该计算机设备的网络接口用于与外部的终端通过网络连接通信。该计算机程序被处理器执行时以实现一种变压器的绝缘故障检测方法。
本领域技术人员可以理解,图33中示出的结构,仅仅是与本申请方案相关的部分结构的框图,并不构成对本申请方案所应用于其上的计算机设备的限定,具体的计算机设备可以包括比图中所示更多或更少的部件,或者组合某些部件,或者具有不同的部件布置。
在一个实施例中,还提供了一种计算机设备,包括存储器和处理器,存储器中存储有计算机程序,该处理器执行计算机程序时实现上述各方法实施例中的步骤。
在一个实施例中,提供了一种计算机可读存储介质,其上存储有计算机程序,该计算机程序被处理器执行时实现上述各方法实施例中的步骤。
在一个实施例中,提供了一种计算机程序产品,包括计算机程序,该计算机程序被处理器执行时实现上述各方法实施例中的步骤。
需要说明的是,本申请所涉及的用户信息(包括但不限于用户设备信息、用户个人信息等)和数据(包括但不限于用于分析的数据、存储的数据、展示的数据等),均为经用户授权或者经过各方充分授权的信息和数据。
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,所述的计算机程序可存储于一非易失性计算机可读取存储介质中,该计算机程序在执行时,可包括如上述各方法的实施例的流程。其中,本申请所提供的各实施例中所使用的对存储器、数据库或其它介质的任何引用,均可包括非易失性和易失性存储器中的至少一种。非易失性存储器可包括只读存储器(Read-OnlyMemory,ROM)、磁带、软盘、闪存、光存储器、高密度嵌入式非易失性存储器、阻变存储器(ReRAM)、磁变存储器(Magnetoresistive Random Access Memory,MRAM)、铁电存储器(Ferroelectric Random Access Memory,FRAM)、相变存储器(Phase Change Memory,PCM)、石墨烯存储器等。易失性存储器可包括随机存取存储器(RandomAccess Memory,RAM)或外部高速缓冲存储器等。作为说明而非局限,RAM可以是多种形式,比如静态随机存取存储器(Static Random Access Memory,SRAM)或动态随机存取存储器(Dynamic RandomAccess Memory,DRAM)等。本申请所提供的各实施例中所涉及的数据库可包括关系型数据库和非关系型数据库中至少一种。非关系型数据库可包括基于区块链的分布式数据库等,不限于此。本申请所提供的各实施例中所涉及的处理器可为通用处理器、中央处理器、图形处理器、数字信号处理器、可编程逻辑器、基于量子计算的数据处理逻辑器等,不限于此。
以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合,为使描述简洁,未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述,然而,只要这些技术特征的组合不存在矛盾,都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式,其描述较为具体和详细,但并不能因此而理解为对本申请专利范围的限制。应当指出的是,对于本领域的普通技术人员来说,在不脱离本申请构思的前提下,还可以做出若干变形和改进,这些都属于本申请的保护范围。因此,本申请的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (10)
1.一种变压器的绝缘故障检测方法,其特征在于,所述方法包括:
获取变压器油中的气泡在第一时刻的气泡参数;
基于所述第一时刻的气泡参数,对所述气泡进行迁移特性分析,获得所述气泡在第二时刻的气泡迁移参数;
根据所述气泡迁移参数确定所述变压器发生绝缘故障的可能性;
若根据所述气泡迁移参数确定所述变压器存在发生绝缘故障的可能,控制改变所述变压器中油的流动方式。
2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述获取变压器油中的气泡在第一时刻的气泡参数,包括:
获取在所述第一时刻对所述变压器油进行拍摄获得的图像,所述图像中至少包含一个气泡;
对所述图像进行图像分析,获得所述气泡在所述第一时刻的气泡半径、气泡位置和气泡速度;
所述气泡参数包括所述气泡半径、所述气泡位置和所述气泡速度。
3.根据权利要求2所述的方法,其特征在于,所述基于所述第一时刻的气泡参数,对所述气泡进行迁移特性分析,获得所述气泡在第二时刻的气泡迁移参数,包括:
基于所述气泡半径,所述气泡位置,以及通过针板电极向所述变压器油施加的电压,确定所述气泡的电场力;
基于所述气泡半径和所述气泡速度,确定所述气泡的拖拽力;
基于所述气泡半径,确定所述气泡的浮力;
基于所述变压器油的油密度、所述气泡半径以及所述气泡内的气体密度,确定所述气泡的气泡质量;
根据所述电场力、所述拖拽力、所述浮力以及所述气泡质量,获得所述气泡运动的运动加速度;
通过所述运动加速度计算获得所述气泡在第二时刻的气泡迁移参数。
4.根据权利要求3所述的方法,其特征在于,所述基于所述气泡半径,所述气泡位置,以及通过针板电极向所述变压器油施加的电压,确定所述气泡的电场力,包括:
基于所述气泡位置以及所述通过针板电极向所述变压器油施加的电压,确定所述气泡位置处的电压强度和电位移矢量;
通过所述电压强度和所述电位移矢量,计算所述气泡的麦克斯韦应力张量;
基于所述气泡半径,将所述麦克斯韦应力张量在所述气泡的体积表面上进行面积分,获得所述气泡的电场力。
5.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述气泡参数包括气泡半径和气泡位置,所述气泡迁移参数包括:所述气泡在所述第二时刻的运动速度,所述气泡从所述第一时刻到第二时刻的第一迁移位移,所述根据所述气泡迁移参数确定所述变压器发生绝缘故障的可能性,包括以下两项中的至少一项:
基于所述气泡位置和所述第一迁移位移,预测所述气泡在第二时刻的第一迁移位置,若所述第一迁移位置与变压器油中针板电极的绝缘板的距离小于或者等于第一预设距离,确定所述变压器存在发生绝缘故障的可能性;
基于所述气泡半径、所述第一迁移位置以及所述运动速度,对所述气泡进行所述迁移特性分析,获得所述气泡从所述第二时刻到第三时刻的第二迁移位移;基于所述第一迁移位置和所述第二迁移位移,预测所述气泡在第三时刻的第二迁移位置,若所述第二迁移位置与所述变压器油中针板电极的绝缘板的距离小于或者等于第二预设距离,确定所述变压器存在发生绝缘故障的可能性。
6.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述若根据所述气泡迁移参数确定所述变压器存在发生绝缘故障的可能,控制改变所述变压器中油的流动方式,包括:
若根据所述气泡迁移参数确定所述变压器存在发生绝缘故障的可能,控制所述变压器的油箱的进油口进油的速度为预设速度,以改变所述变压器中的油在所述进油口和所述油箱的出油口之间的流动方式。
7.一种变压器的绝缘故障检测装置,其特征在于,所述装置包括:气泡参数获取模块、分析模块、确定模块以及控制模块,
所述获取模块,用于获取变压器油中的气泡在第一时刻的气泡参数;
所述分析模块,用于基于所述第一时刻的气泡参数,对所述气泡进行迁移特性分析,获得所述气泡在第二时刻的气泡迁移参数;
所述确定模块,用于根据所述气泡迁移参数确定所述变压器发生绝缘故障的可能性;
所述控制模块,用于若所述确定模块的判定结果为所述变压器存在发生绝缘故障的可能,控制改变所述变压器中油的流动方式。
8.一种计算机设备,包括存储器和处理器,所述存储器存储有计算机程序,其特征在于,所述处理器执行所述计算机程序时实现权利要求1至6中任一项所述的方法的步骤。
9.一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权利要求1至6中任一项所述的方法的步骤。
10.一种计算机程序产品,包括计算机程序,其特征在于,该计算机程序被处理器执行时实现权利要求1至6中任一项所述的方法的步骤。
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