CN115906554A - 基于有限元仿真的变压器温升试验准确度保障方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于有限元仿真的变压器温升试验准确度保障系统，其中，保障方法包括以下步骤：S1、根据现场实际情况，建立变压器温升试验的有限元仿真模型并验证其准确性；S2、获取待试验变压器的几何参数、材料参数以及环境因素；S3、根据变压器的几何参数、材料参数以及环境因素对变压器进行有限元建模与仿真，建立变压器温升试验的有限元仿真模型并验证其准确性；S4、根据建立变压器温升试验的有限元仿真模型得到温升曲线的变化规律及修正系数，对温升曲线进行修正，消除环境因素改变对温升试验所产生的误差。本发明能够消除环境因素改变对温升试验所产生的误差，保障变压器温升试验的准确度。

Description

基于有限元仿真的变压器温升试验准确度保障方法及系统

技术领域

本发明涉及电网物资质量检测领域，更具体地说，涉及一种基于有限元仿真的变压器温升试验准确度保障方法及系统。

背景技术

变压器是电力系统得以运行的重要组成部分，它可以通过对电压的调节和控制来对整个系统的稳定和安全起到重要保障。在电网物资质量检测中，变压器温升试验主要是为了检测顶层油温和高低压绕组的温升是否符合相关标准和技术协议书的要求，但绕组平均温升与油顶层温升的试验结果很容易受到环境因素的影响而产生误差。目前，对变压器温升试验准确度进行保障的方式还很不完善，在实践中，管理人员通常通过调试设备，经验判断以及重新试验等手法来保障变压器温升试验的准确度，但这样往往会造成试验结果误判、增加试验时长等问题。因此，找到一种精确有效以及便捷的温升试验准确度保障方法显得尤为重要。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，提供一种能够保障变压器温升试验的准确度的基于有限元仿真的变压器温升试验准确度保障方法及系统。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种基于有限元仿真的变压器温升试验准确度保障方法，包括以下步骤：

S1、根据现场实际情况，建立变压器温升试验的有限元仿真模型并验证其准确性；

S2、获取待试验变压器的几何参数、材料参数以及环境因素；

S3、根据变压器的几何参数、材料参数以及环境因素对变压器进行有限元建模与仿真，建立变压器温升试验的有限元仿真模型并验证其准确性；

S4、根据建立变压器温升试验的有限元仿真模型得到温升曲线的变化规律及修正系数，对温升曲线进行修正，消除环境因素改变对温升试验所产生的误差；修正后的变压器温升试验计算公式如下：

上式中，Δθ_o为油顶层温升，Δθ_WH/Δθ_WL分别是高低压绕组温升，k为修正系数，θ_otestloss为试验损耗下的顶层油温度，θ_atestloss为试验损耗下的环境温度，P_totalloss为总损耗，p_testloss为试验损耗，θ_wo为电源断开时绕组平均温度，θ_omstart为电源断开时的油平均温度，I_rated为额定电流，I_start为初始电流，Δθ_om为修正到总损耗下的油平均温升。

按上述方案，所述步骤S4包括以下步骤：

S401、测量无外界影响下的变压器温升试验环境温度和油顶层温度，计算得到温升试验实测值，与同样环境下有限元仿真中变压器温升试验所测真实值进行对比，根据比较结果判断变压器温升试验的有限元仿真模型是否正确；

S402、当有限元仿真模型正确时，通过改变环境因素，得到变压器温升曲线的变化规律及修正系数；

S403、采集环境因素数据，根据得到的变压器温升曲线的变化规律及修正系数对温升曲线进行修正；否则，则转至步骤S401。

按上述方案，所述步骤S403中，采集环境因素数据包括：风速、太阳辐射强度与整体环境温度的数据。

按上述方案，所述环境因素数据通过安装风速仪、太阳辐射测量仪与温度传感器完成采集。

本发明还提供一种基于有限元仿真的变压器温升试验准确度保障系统，包括模型建立模块和曲线修正模块；

所述模型建立模块用于根据现场实际情况，建立变压器温升试验的有限元仿真模型并验证其准确性；

所述曲线修正模块用于根据建立变压器温升试验的有限元仿真模型得到温升曲线的变化规律及修正系数，对温升曲线进行修正，消除环境因素改变对温升试验所产生的误差。

实施本发明的基于有限元仿真的变压器温升试验准确度保障方法，具有以下有益效果：

本发明基于有限元仿真的变压器温升试验准确度保障方法在具体操作时，可以消除外部环境变化对变压器温升试验结果产生的误差。先根据现场实际情况，建立变压器温升试验的有限元仿真模型并验证其准确性，再采用控制变量法对建立的变压器温升试验有限元仿真模型进行不同环境因素改变影响下的温度场模拟，得到温升曲线的变化规律及修正系数，对温升曲线进行修正，消除环境因素改变对温升试验所产生的误差,从而保障变压器温升试验的准确度，提高变压器物资质量检测的效率和准确性。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1是本发明基于有限元仿真的变压器温升试验准确度保障方法的变压器的建模图；

图2是本发明基于有限元仿真的变压器温升试验准确度保障方法的流程图。

图3是本发明的受太阳辐射影响温升曲线图；

图4是本发明的太阳辐射影响下的温度云图。

具体实施方式

为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本发明的具体实施方式。

如图1-3所示，本发明的基于有限元仿真的变压器温升试验准确度保障方法，包括以下步骤：

S1、根据现场实际情况，建立变压器温升试验的有限元仿真模型并验证其准确性；

S2、获取待试验变压器的几何参数、材料参数以及环境因素；

S3、根据变压器的几何参数、材料参数以及环境因素对变压器进行有限元建模与仿真，建立变压器温升试验的有限元仿真模型并验证其准确性；

S301、测量无外界影响下的变压器温升试验环境温度和油顶层温度，计算得到温升试验实测值，与同样环境下有限元仿真中变压器温升试验所测真实值进行对比，根据比较结果判断变压器温升试验的有限元仿真模型是否正确；

S302、当有限元仿真模型正确时，通过改变环境因素，得到变压器温升曲线的变化规律及修正系数；

S303、采集环境因素数据，根据得到的变压器温升曲线的变化规律及修正系数对温升曲线进行修正；否则，则转至步骤S301。

S4、根据建立变压器温升试验的有限元仿真模型得到温升曲线的变化规律及修正系数，对温升曲线进行修正，消除环境因素改变对温升试验所产生的误差；修正后的变压器温升试验计算公式如下：

上式中，Δθ_o为油顶层温升，Δθ_WH/Δθ_WL分别是高低压绕组温升，k为修正系数，θ_otestloss为试验损耗下的顶层油温度，θ_atestloss为试验损耗下的环境温度，P_totalloss为总损耗，p_testloss为试验损耗，θ_wo为电源断开时绕组平均温度，θ_omstart为电源断开时的油平均温度，I_rated为额定电流，I_start为初始电流，Δθ_om为修正到总损耗下的油平均温升。

采集环境因素数据包括：风速、太阳辐射强度与整体环境温度的数据。环境因素数据通过安装风速仪、太阳辐射测量仪与温度传感器完成采集。

本发明还提供一种基于有限元仿真的变压器温升试验准确度保障系统，包括模型建立模块和曲线修正模块。模型建立模块，根据现场实际情况，建立变

压器温升试验的有限元仿真模型并验证其准确性，曲线修正模块，根据建立变压器温升试验的有限元仿真模型得到温升曲线的变化规律及修正系数，对温升曲线进行修正，消除环境因素改变对温升试验所产生的误差。

实施例1

本发明提供一种基于有限元仿真的变压器温升试验准确度保障方法，包括以下步骤：

S1、获取待试验变压器的几何参数、材料参数以及环境因素。

S2、根据变压器的几何参数、材料参数以及环境因素对变压器进行有限元建模与仿真，建立变压器温升试验的有限元仿真模型并验证其准确性。

S3、根据建立变压器温升试验的有限元仿真模型得到温升曲线的变化规律及修正系数，对温升曲线进行修正，消除环境因素改变对温升试验所产生的误差。

为验证温升曲线的准确性，在变压器温升试验中人为施加环境因素影响，使用风速仪、太阳辐射测量仪与温度传感器等仪器采集环境因素，找到环境因素数据在温升曲线中所对应的数据，与变压器温升试验实测值进行对比，以证明温升曲线的准确性。

根据建立变压器温升试验的有限元模型得到温升曲线的变化规律及修正系数，对温升曲线进行修正的具体过程为：

S301、测量无外界影响下的变压器温升试验环境温度和油顶层温度，计算得到温升试验实测值，与同样环境下有限元仿真中变压器温升试验所测真实值进行对比，根据比较结果判断变压器温升试验的有限元仿真模型是否正确；

S302、当有限元仿真模型正确时，则通过改变环境因素，得到变压器温升曲线的变化规律及修正系数；

S303、采集环境因素数据，根据得到的变压器温升曲线的变化规律及修正系数对温升曲线进行修正；否则，则转至步骤S301。

如图4所示，变压器温升试验中环境因素的影响。

利用修正系数对温升曲线进行修正，消除环境因素改变对温升试验所产生的误差的具体过程为：

根据现场实际情况，建立变压器温升试验的有限元仿真模型并验证其准确性，再根据建立变压器温升试验的有限元仿真模型得到温升曲线的变化规律及修正系数，对温升曲线进行修正，消除环境因素改变对温升试验所产生的误差。

温升曲线与修正系数获取方式为，在建立的变压器温升试验有限元仿真模型中，设置不同外界环境因素，包括但不仅限于风速、太阳辐射强度与整体环境温度等，风速变化为0.32m/s、0.48m/s、0.64m/s、0.80m/s、0.96m/s、1.08m/s、1.50m/s、1.92m/s、2.34m/s或2.76m/s等；所述太阳辐射强度变化为50w/m²、100w/m²、150w/m²、200w/m²、250w/m²、300w/m²、350w/m²、400w/m²、500w/m²或600w/m²等，找到外部环境对变压器温升试验中周围环境温度与油顶层温度的影响，经过计算得到与外部环境影响对应的温升曲线变化规律与修正系数。

实施例2

以配电变压器温升试验为例，配电变压器温升试验主要是为了检测顶层油温和高低压绕组温升是否符合相关标准和技术协议书的要求。在电网物资质量检测中，配电变压器温升试验受外界影响从而导致温升试验结果不准确，而温升试验的试验结果又是配电变压器物资质量检测中的重要参数。根据本发明，先根据现场实际情况，获得待试验变压器的几何参数、材料参数以及环境因素，建立变压器温升试验的有限元仿真模型，完成无外界影响下的变压器温升试验，计算得到温升试验的实测值，与同样环境下有限元仿真中的变压器温升试验所得温升试验真实值进行对比，确保变压器仿真模型真实可靠。通过改变风速、太阳辐射强度及整体环境温度等因素，得到不同环境因素下变压器温升曲线的变化规律及修正系数。安装风速仪、太阳辐射测量仪及温度传感器等仪器采集环境因素数据，根据数据对应的温升曲线变化规律及修正系数，对温升曲线进行修正，消除环境因素改变对温升试验所产生的误差，保障变压器温升试验的准确度。

本发明根据基于有限元仿真的变压器温升试验准确度保障方法实现的保障系统，包括模型建立模块和曲线修正模块。其中，模型建立模块为，根据现场实际情况，建立变压器温升试验的有限元仿真模型并验证其准确性；曲线修正模块，根据建立变压器温升试验的有限元仿真模型得到温升曲线的变化规律及修正系数，对温升曲线进行修正，消除环境因素改变对温升试验所产生的误差。

上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。

Claims (5)

1.一种基于有限元仿真的变压器温升试验准确度保障方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、根据现场实际情况，建立变压器温升试验的有限元仿真模型并验证其准确性；

S2、获取待试验变压器的几何参数、材料参数以及环境因素；

S3、根据变压器的几何参数、材料参数以及环境因素对变压器进行有限元建模与仿真，建立变压器温升试验的有限元仿真模型并验证其准确性；

S4、根据建立变压器温升试验的有限元仿真模型得到温升曲线的变化规律及修正系数，对温升曲线进行修正，消除环境因素改变对温升试验所产生的误差；修正后的变压器温升试验计算公式如下：

上式中，Δθ_o为油顶层温升，Δθ_WH/Δθ_WL分别是高低压绕组温升，k为修正系数，θ_otestloss为试验损耗下的顶层油温度，θ_atestloss为试验损耗下的环境温度，P_totalloss为总损耗，p_testloss为试验损耗，θ_wo为电源断开时绕组平均温度，θ_omstart为电源断开时的油平均温度，I_rated为额定电流，I_start为初始电流，Δθ_om为修正到总损耗下的油平均温升。

2.根据权利要求1所述的基于有限元仿真的变压器温升试验准确度保障方法，其特征在于，所述步骤S4包括以下步骤：

S401、测量无外界影响下的变压器温升试验环境温度和油顶层温度，计算得到温升试验实测值，与同样环境下有限元仿真中变压器温升试验所测真实值进行对比，根据比较结果判断变压器温升试验的有限元仿真模型是否正确；

S402、当有限元仿真模型正确时，通过改变环境因素，得到变压器温升曲线的变化规律及修正系数；

S403、采集环境因素数据，根据得到的变压器温升曲线的变化规律及修正系数对温升曲线进行修正；否则，则转至步骤S401。

3.根据权利要求2所述的基于有限元仿真的变压器温升试验准确度保障方法，其特征在于，所述步骤S403中，采集环境因素数据包括：风速、太阳辐射强度与整体环境温度的数据。

4.根据权利要求3所述的基于有限元仿真的变压器温升试验准确度保障方法，其特征在于，所述环境因素数据通过安装风速仪、太阳辐射测量仪与温度传感器完成采集。

5.一种基于有限元仿真的变压器温升试验准确度保障系统，其特征在于，包括模型建立模块和曲线修正模块；

所述模型建立模块用于根据现场实际情况，建立变压器温升试验的有限元仿真模型并验证其准确性；

所述曲线修正模块用于根据建立变压器温升试验的有限元仿真模型得到温升曲线的变化规律及修正系数，对温升曲线进行修正，消除环境因素改变对温升试验所产生的误差。

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