CN117744524A - 变压器运行状态识别方法、装置、电子终端及存储介质 - Google Patents
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Abstract
本发明实施例公开了一种变压器运行状态识别方法、装置、电子终端及存储介质，该方法包括：检测目标变压器在运行过程的实际温度场数据；获取所述目标变压器的三维仿真模型在各预设运行状态下的仿真温度场数据；其中，所述各预设运行状态包括正常运行状态和至少一种过热故障运行状态；其中，所述仿真温度场数据基于所述各预设运行状态下的发热参数与热传导物理场确定；根据所述实际温度场数据和所述仿真温度场数据，对所述目标变压器的运行状态进行识别。通过预先对目标变压器在正常运行状态和至少一种过热故障运行状态的温度场数据进行仿真，能够实现基于仿真温度场数据识别变压器的运行状态，保证配电系统运行的稳定性与安全性。
Description
技术领域
本发明实施例涉及电气设备故障诊断技术，尤其涉及一种变压器运行状态识别方法、装置、电子终端及存储介质。
背景技术
变压器作为变电站高压室的重要设备之一，其运行稳定性与配电系统安全性息息相关。由于运行条件和生产工艺的影响，变压器不可避免地会出现过热故障状态，该状态对变压器运行的可靠性造成潜在的威胁，且影响变压器动载能力。
变压器在过热故障状态的情况下，如果未能及时修复，那么故障部位的过热程度会越来越严重，最终可能导致绕组油纸绝缘击穿、相对相或相对地短路、绕组烧毁甚至变压器起火爆炸等严重事故。配电系统故障中由变压器引起的故障率非常高，约占故障的90％。因此，如何识别变压器的过热故障状态是亟待解决的技术问题。
发明内容
有鉴于此，本发明实施例提供了一种变压器运行状态识别方法、装置、电子终端及存储介质，识别变压器的运行状态，保证配电系统运行的稳定性与安全性。
第一方面，本发明实施例提供了一种变压器运行状态识别方法，包括：
检测目标变压器在运行过程的实际温度场数据；
获取所述目标变压器的三维仿真模型在各预设运行状态下的仿真温度场数据；其中，所述各预设运行状态包括正常运行状态和至少一种过热故障运行状态；其中，所述仿真温度场数据基于所述各预设运行状态下的发热参数与热传导物理场确定；
根据所述实际温度场数据和所述仿真温度场数据，对所述目标变压器的运行状态进行识别。
第二方面，本发明实施例还提供了一种变压器运行状态识别装置，包括：
检测模块，用于检测目标变压器在运行过程的实际温度场数据；
获取模块，用于获取所述目标变压器的三维仿真模型在各预设运行状态下的仿真温度场数据；其中，所述各预设运行状态包括正常运行状态和至少一种过热故障运行状态；其中，所述仿真温度场数据基于所述各预设运行状态下的发热参数与热传导物理场确定；
识别模块，用于根据所述实际温度场数据和所述仿真温度场数据，对所述目标变压器的运行状态进行识别。
第三方面，本发明实施例还提供了一种电子终端，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现如本申请任意实施例提供的变压器运行状态识别方法。
第四方面，本发明实施例还提供了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，该程序被处理器执行时实现如本申请任意实施例提供的变压器运行状态识别方法。
本发明实施例提供的一种变压器运行状态识别方法、装置、电子终端及存储介质，该变压器运行状态识别方法包括：检测目标变压器在运行过程的实际温度场数据；获取目标变压器的三维仿真模型在各预设运行状态下的仿真温度场数据；其中，各预设运行状态包括正常运行状态和至少一种过热故障运行状态；其中，仿真温度场数据基于各预设运行状态下的发热参数与热传导物理场确定；根据实际温度场数据和仿真温度场数据，对目标变压器的运行状态进行识别。通过预先对目标变压器在正常运行状态和至少一种过热故障运行状态的温度场数据进行仿真，能够实现基于仿真温度场数据识别变压器的运行状态，保证配电系统运行的稳定性与安全性。
附图说明
图1是本发明实施例一提供的一种变压器运行状态识别方法的流程示意图；
图2是本发明实施例一提供的一种变压器运行状态识别方法中三维仿真模型的示意图；
图3是本发明实施例二提供的一种变压器运行状态识别方法中正常运行状态下变压器内部损耗的示意框图；
图4是本发明实施例二提供的一种变压器运行状态识别方法中正常运行状态下变压器绕组和外壳的温度分布；
图5是本发明实施例二提供的一种变压器运行状态识别方法中正常运行状态下变压器高压绕组和低压绕组的温度分布；
图6是本发明实施例三提供的一种变压器运行状态识别方法中A相绕组上端匝间短路故障的位置示意图；
图7是本发明实施例三提供的一种变压器运行状态识别方法中A相绕组上端匝间短路故障下变压器绕组和外壳的温度分布；
图8是本发明实施例三提供的一种变压器运行状态识别方法中A相绕组上端匝间短路故障下外壳的温度分布；
图9是本发明实施例三提供的一种变压器运行状态识别方法中不同位置匝间短路故障的位置示意图；
图10是本发明实施例三提供的一种变压器运行状态识别方法中B相绕组上端匝间短路故障下变压器绕组和外壳的温度分布；
图11是本发明实施例三提供的一种变压器运行状态识别方法中不同匝间短路故障位置下外壳的温度分布；
图12是本发明实施例四提供的一种变压器运行状态识别方法中铁芯接地故障的位置示意图；
图13是本发明实施例四提供的一种变压器运行状态识别方法中铁芯接地故障下变压器铁芯和外壳的温度分布；
图14是本发明实施例四提供的一种变压器运行状态识别方法中不同异常热源位置下外壳的温度分布；
图15是本发明实施例五提供的一种变压器运行状态识别装置的结构示意图；
图16是本发明实施例六提供的一种电子终端的结构示意图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，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的实施例，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，都应当属于本发明保护的范围。
需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
实施例一
图1是本发明实施例一提供的一种变压器运行状态识别方法的流程示意图。本实施例可适用于识别变压器运行状态的情况，例如适用于识别油浸式配电变压器过热故障运行状态的情况。该方法可以由本发明实施例提供的变压器运行状态识别装置来执行，该装置采用软件和/或硬件的方式实现，可配置于的电子终端中，例如计算机中。
参见图1，本实施例提供的变压器运行状态识别方法，包括如下步骤：
S110、检测目标变压器在运行过程的实际温度场数据。
本发明实施例中，目标变压器为需要进行运行状态识别的变压器，可以包括已有任意型号的变压器。其中，可以利用已有的温度检测设备(例如红外测温设备等)在目标变压器运行过程中，对其实际温度场数据进行检测。其中，实际温度场数据可以包括目标变压器在运行过程中随时间变化的温度分布数据。
S120、获取目标变压器的三维仿真模型在各预设运行状态下的仿真温度场数据。
其中，各预设运行状态包括正常运行状态和至少一种过热故障运行状态。其中，过热故障运行状态可以包括但不限于匝间短路故障和铁芯接地故障灯。其中，仿真温度场数据基于各预设运行状态下的发热参数与热传导物理场确定。
本发明实施例中，发热参数可包括与目标变压器产热相关的参数；热传导物理场可包括与目标变压器传热、散热相关的物理场的数据模型。其中，发热参数例如可以包括发热机理的数学模型、热源位置和发热功率等参数。其中，热传导物理场与目标变压器型号相关。示例性的，目标变压器包括油浸式配电变压器；相应的，热传导物理场包括热流体场，从而可实现在多物理场(电磁场和热流体场)下变压器发热特性的研究。
本发明实施例中，可预先利用已有的变压器仿真程序(例如ANSYS软件等)，来搭建目标变压器的三维仿真模型，以实现对其在各预设运行状态的发热特性进行研究。其中，三维仿真模型可包括有限元模型。其中，针对每种过热故障运行状态，可在不同故障位置以及不同发热功率下进行发热特性研究。其中，研究得到的各预设运行状态的发热特性，包括各预设运行状态下随运行时长变化的仿真温度场数据。
在得到不同变压器的三维仿真模型在各预设运行状态下的发热特性后，可以将其存储至预设存储空间；相应的，在执行运行状态识别方法过程中，可以在确定目标变压器的型号之后，从存储空间中读取对应三维仿真模型在各预设运行状态下的仿真温度场数据。并且，在预设存储空间中未存储相应仿真温度场数据的情况下，可以搭建目标变压器的三维仿真模型，以确定其在各预设运行状态下的仿真温度场数据。
在一些可选的实施方式中，仿真温度场数据的确定过程，可以包括：
响应于模型搭建指令，搭建目标变压器的三维仿真模型；响应于第一配置指令，对三维仿真模型的热传导物理场及运行条件进行配置；响应于第二配置指令，从各预设运行状态中确定当前运行状态，并将当前运行状态下的发热参数配置到三维仿真模型；响应于运行指令，运行配置完成的三维仿真模型，以确定目标变压器在当前运行状态下的仿真温度场数据。
其中，在运行变压器仿真程序过程中，可输入模型搭建指令，以基于模型搭建指令进行目标变压器三维仿真模型的搭建。示例性的，图2是本发明实施例一提供的一种变压器运行状态识别方法中三维仿真模型的示意图。图2中，目标变压器为油浸式配电变压器，图2(a)为目标变压器的实物图，图2(b)为目标变压器的内部结构的三维仿真模型，图2(c)为目标变压器的外部结构的仿真模型。由图2可知，目标变压器的三维仿真模型为有限元模型，可以包括绕组(A、B、C三相的高压绕组和低压绕组)、端部绝缘板、铁芯、金属结构，以及外部结构中围合而成的油箱和散热器等，简化了缠绕导线上的绝缘纸和缠绕油管间隙内的油管支板等结构。
值得注意的是，为清晰描述三维仿真模型在各预设运行状态下的仿真温度场数据，本发明后续将以图2所示的三维仿真模型为例，进行各预设运行状态仿真的阐述。其他变压器的三维仿真模型的仿真过程，可参考图2所示的三维仿真模型，在此不做穷举。
在搭建完成三维仿真模型后，可以响应于第一配置指令为其配置热传导物理场。以图2所示的三维仿真模型为例，该模型的热传导物理场可以包括热流体场。其中，热流体场的微分表达式可表示为：
其中，ρ可表示变压器油箱中油液的密度；t可表示油液的温度；可表示热流体场的局部变化；v可表示油液的速度；f可表示油液的单位质量力；p可表示油间压力；η可表示油液的动力粘度；k可表示油液的导热系数；q可表示变压器内部单位体积的热源；e可表示流体的内能；S可表示在流体粘性作用下，流体机械能转化为热能的部分。
其中，还可以响应于第一配置指令为其配置运行条件。其中，运行条件可以根据目标变压器的实际运行条件进行配置，可包括环境温度、运行时长等。例如，本实施例中配置的运行条件可以包括，额定工况下环境温度为25℃、无外部风速、运行时长为162分钟等。可在该运行条件下，对变压器高、低压绕组，铁芯以及外壳的温度分布进行仿真。
此外，在搭建完成三维仿真模型后，还可以响应于第二配置指令从各预设运行状态中确定当前运行状态，并将当前运行状态下的发热参数配置到三维仿真模型。例如，在当前状态为正常运行状态的情况下，可以将正常运行状态的发热机理的数学模型配置到三维仿真模型；在当前状态为过热故障运行状态的情况下，可以将过热故障运行状态的发热机理的数学模型、热源位置和发热功率等参数配置到三维仿真模型。
可以理解的是，对三维模型的热传导物理场、运行条件和当前运行状态的发热参数的配置过程，并无严格的时序限制。
在这些可选的实施方式中，在对三维仿真模型配置完成后，可响应于运行指令在多物理场进行当前运行状态下的仿真实验，得到目标变压器在当前运行状态下的发热特性。其中，可以采用有限体积法对目标变压器的热流体场进行计算，得到变压器高、低压绕组、铁芯及外壳的温度分布，研究正常运行状态和不同过热故障运行状态下的温度场分布。
S130、根据实际温度场数据和仿真温度场数据，对目标变压器的运行状态进行识别。
本发明实施例中，可以将目标变压器实际运行过程中的实际温度场数据与仿真运行过程中的仿真温度场数据进行比对，以识别目标变压器的运行状态。例如，可以比对实际温度场数据与仿真温度场数据的温度分布和/或温度数值，当实际温度场数据的温度分布与某运行状态下的仿真温度场数据的温度分布相同，和/或温度数值在预设阈值范围内的情况下，可认为目标变压器的运行状态属于该运行状态。
通过预先对目标变压器在正常运行状态和至少一种过热故障运行状态的温度场数据进行仿真，能够实现基于仿真温度场数据识别变压器的运行状态。
在一些可选的实施方式中，在对目标变压器的运行状态进行识别之后，还可以包括：根据识别的运行状态生成提示信息，并对提示信息进行提示；其中，在识别的运行状态包括过热故障运行状态的情况下，提示信息包括下述至少一项：异常热源的位置和发热功率。
在这些可选的实施方式中，提示信息可以包括文本信息；其中文本信息可以包括识别的运行状态，且例如可以以“当前运行状态正常”、“当前为过热故障运行状态”等文本对运行状态进行描述。并且，在过热故障运行状态的情况下，还可以根据检测到的实际温度场数据的温度分布和温度数值，来对异常热源的位置和发热功率进行提示。其中，可以基于已有的提示方式(例如蜂鸣器、警示灯等)来对提示信息进行辅助提示，以及时提醒用户关注变压器的过热故障运行状态，并进行介入维修，以保证配电系统运行的稳定性与安全性。
本发明实施例提供的一种变压器运行状态识别方法，检测目标变压器在运行过程的实际温度场数据；获取目标变压器的三维仿真模型在各预设运行状态下的仿真温度场数据；其中，各预设运行状态包括正常运行状态和至少一种过热故障运行状态；其中，仿真温度场数据基于各预设运行状态下的发热参数与热传导物理场确定；根据实际温度场数据和仿真温度场数据，对目标变压器的运行状态进行识别。通过预先对目标变压器在正常运行状态和至少一种过热故障运行状态的温度场数据进行仿真，能够实现基于仿真温度场数据识别变压器的运行状态，保证配电系统运行的稳定性与安全性。
实施例二
本实施例提供的变压器运行状态识别方法，能够与上述实施例中所提供的变压器运行状态识别方法中各个可选方案相结合。本实施例提供的生变压器运行状态识别方法，对正常运行状态下确定仿真温度场分布进行了详细描述，得到了正常运行状态的发热特性，为识别变压器正常运行状态奠定了基础。
其中，目标变压器在正常工作状态下的发热现象，主要由运行中的总损耗引起的。示例性的，图3是本发明实施例二提供的一种变压器运行状态识别方法中正常运行状态下变压器内部损耗的示意框图。
参见图3，在正常运行状态下，发热参数可以包括：目标变压器的空载损耗和负载损耗；其中，负载损耗可以包括：基于目标变压器的电磁场确定的杂散损耗和绕组涡流损耗，以及基于绕组的电阻和电流确定的绕组直流电阻损耗。
其中，空载损耗包括三维仿真模型的铁芯损耗；杂散损耗可以通过磁场数值分析来进行计算；绕组涡流损耗可基于铁芯材料的相关系数、磁场强度和电源频率等来进行计算；绕组直流电阻损耗可基于高压绕组和低压绕组上的的直流电阻和每个绕组的电流来计算。图3中，可以将杂散损耗和绕组涡流损耗定义为附加损耗。其中，目标变压器的负载损耗可等于绕组直流电阻损耗和附加损耗之和。
本发明实施例中，电磁场在涡流和非涡流区域的微分表达式由下述公式表示：
式中，可表示电磁场的局部变化；μ可表示磁导率；A可表示磁矢量势；σ可表示电导率；/>可表示标量电势；Js可表示源电流密度；Ω1可表示涡流区，有导电介质但无源电流；Ω2可表示包含给定源电流的非涡流区域。
本发明实施例中，可采用间接耦合分析法对变压器电磁热流体多物理场进行分析，采用有限体积法对变压器热流体场进行计算，以得到变压器高、低压绕组及外壳的温度分布。
示例性的，图4是本发明实施例二提供的一种变压器运行状态识别方法中正常运行状态下变压器绕组和外壳的温度分布。参见图4，图4(a)可表示高、低压绕组的温度分布，图4(b)可表示外壳的温度分布，其中绕组热点温度(Hot Spot Temperature，HST)为94.4℃，热点温升为69.4K。
示例性的，图5是本发明实施例二提供的一种变压器运行状态识别方法中正常运行状态下变压器高压绕组和低压绕组的温度分布。图5示出了高压绕组和低压绕组沿高度的温度分布，且绕组HST特别出现在低压绕组的95％高度处。
本发明实施例提供的变压器运行状态识别方法，对正常运行状态下确定仿真温度场分布进行了详细描述，得到了正常运行状态的发热特性，为识别变压器正常运行状态奠定了基础。此外，本实施例提供的变压器运行状态识别方法与上述实施例提供的变压器运行状态识别方法属于同一技术构思，未在本实施例中详尽描述的技术细节可参见上述实施例，并且相同的技术特征在本实施例与上述实施例中具有相同的有益效果。
实施例三
本实施例提供的变压器运行状态识别方法，能够与上述实施例中所提供的变压器运行状态识别方法中各个可选方案相结合。本实施例提供的生变压器运行状态识别方法，对匝间短路故障情况下确定仿真温度场分布进行了详细描述，得到了匝间短路故障情况下的发热特性，为识别变压器匝间短路故障的运行状态奠定了基础。
本发明实施例中，在过热故障运行状态包括绕组匝间短路故障的情况下，发热参数可以包括：基于匝间短路总电阻和短路电流确定的热能数据；其中，匝间短路总电阻包括绕组的电阻和匝间短路的接触电阻；其中，短路电流基于匝间短路漏感、短路电动势、短路匝数、短路所属铁芯的主磁通以及匝间短路总电阻来确定；其中，不同绕组匝间短路故障的短路位置不同，以及由匝间短路总电阻和短路电流确定的发热功率不同。
其中，匝间短路总电阻Rs可表示为：Rs＝Rw+Rc；其中Rw是绕组的自身电阻，Rc是绕组间匝间短路的接触电阻。
其中，绕组匝间短路的电路模型可由下式表示：
其中，Es可表示匝间短路电动势；jω可表示电容和电感在电路中的阻抗；Ns可表示短路匝数；φms可表示匝间短路附近铁芯(即短路所属铁芯)的主磁通；Rs为匝间短路总电阻；Is为短路电流；Lδ为匝间短路漏感。
其中，可基于上述公式确定匝间短路总电阻和短路电流，以确定发热功率。发热功率随时长做功可产生热能。在匝间短路故障初始状态时，接触电阻远大于短路匝线圈本身的电阻，短路匝的发热将集中在故障部位。随着短路故障严重程度的加深，故障部位发热现象越来越严重，导致绝缘完全损坏，严重情况下，金属匝间发生短路故障。最可能引发短路位置的绕组烧毁，甚至是油箱爆炸。
本发明实施例中，可对多组绕组匝间短路故障的情况进行仿真研究，且不同绕组匝间短路故障的短路位置不同，和/或由匝间短路总电阻和短路电流确定的发热功率不同。从而可得到多种匝间短路故障情况下的仿真温度场数据，以基于仿真温度场数据对异常热源的位置和发热功率进行识别奠定基础。
示例性的，图6是本发明实施例三提供的一种变压器运行状态识别方法中A相绕组上端匝间短路故障的位置示意图。图6中所示的匝间短路故障的短路位置可认为属于绕组上端的位置。相应的，图7是本发明实施例三提供的一种变压器运行状态识别方法中A相绕组上端匝间短路故障下变压器绕组和外壳的温度分布。其中，图7为环境温度设为25℃、无外部风速、加热功率为200W的运行条件下的温度分布。其中，图7(a)为绕组温度分布，图7(b)为外壳温度分布。由仿真实验可知，热能主要集中在短路位置产生，且当发生匝间短路故障时，在相同负载条件下，变压器外壳相对于正常运行状态有稳定的温升。
为研究发热功率对温度分布的影响，还可对不同发热功率下的仿真温度场数据进行研究。示例性的，图8是本发明实施例三提供的一种变压器运行状态识别方法中A相绕组上端匝间短路故障下外壳的温度分布。图8中，不同线条可表示不同发热功率的温度分布，且实线无端点的线条对应的发热功率最小，实现圆形端点的线条对应的发热功率最大。由仿真实验可知，外壳的温升随异常加热功率的增大而增大。
此外，为研究短路位置对温度分布的影响，还可对不同短路位置下的仿真温度场数据进行研究。示例性的，图9是本发明实施例三提供的一种变压器运行状态识别方法中不同位置匝间短路故障的位置示意图。图9中所示的故障位置，分别分布在绕组的上端、中间和下端的位置。
示例性的，在环境温度设为25℃、无外部风速、加热功率为200W的运行条件下，不同故障位置的局部HST如表1所示。
表1
| 加热的位置 | 局部HST/℃ |
| A相上端 | 343.8 |
| A相中间 | 320.5 |
| A相下端 | 334.1 |
| B相上端 | 355.4 |
参见表1，由不同位置处油液阻力等因素的影响，不同故障位置的散热、传热效果存在差异，因此B相上端的局部HST最高，A相中间的局部HST最低。
示例性的，图10是本发明实施例三提供的一种变压器运行状态识别方法中B相绕组上端匝间短路故障下变压器绕组和外壳的温度分布。其中，图10为环境温度设为25℃、无外部风速、加热功率为200W的运行条件下的温度分布。其中，图10(a)为绕组温度分布，图10(b)为外壳温度分布。由仿真实验可知，图10(a)所示的B相上端的局部HST高于图7(a)所示的A相上端的局部HST；10(b)所示的外壳温度分布与图7(b)所示的外壳温度分布差异不大。
进一步的，图11是本发明实施例三提供的一种变压器运行状态识别方法中不同匝间短路故障位置下外壳的温度分布。参见图11，不仅B相上端和A相上端的故障位置对应的外壳温度分布差异不大，其他短路故障位置对应的外壳温度分布差异也较小。
由上述仿真可以得出，当出现匝间短路的过热故障时，故障部位会产生集中异常发热，形成异常热源和局部热点。在过热故障下，变压器外壳也会产生异常温升，且外壳温升受变压器内部异常热源的发热功率的影响较大，而受异常热源的短路位置的影响较小。
本发明实施例提供的变压器运行状态识别方法，对匝间短路故障情况下确定仿真温度场分布进行了详细描述，得到了匝间短路故障情况下的发热特性，为识别变压器匝间短路故障的运行状态奠定了基础。此外，本实施例提供的变压器运行状态识别方法与上述实施例提供的变压器运行状态识别方法属于同一技术构思，未在本实施例中详尽描述的技术细节可参见上述实施例，并且相同的技术特征在本实施例与上述实施例中具有相同的有益效果。
实施例四
本实施例提供的变压器运行状态识别方法，能够与上述实施例中所提供的变压器运行状态识别方法中各个可选方案相结合。本实施例提供的生变压器运行状态识别方法，对铁芯接地故障情况下确定仿真温度场分布进行了详细描述，得到了铁芯接地故障情况下的发热特性，为识别变压器铁芯接地故障的运行状态奠定了基础。
本发明实施例中，在过热故障运行状态包括铁芯接地点故障的情况下，发热参数可以包括：基于故障回路电阻和故障电流确定的热能数据；其中，故障回路电阻由两个接地点间的金属导体电阻和引起接地故障的金属导体电阻组成；其中，故障电流基于铁芯的主磁通、铁芯的总横截面积、故障电路中包含的铁芯横截面积以及故障回路电阻来确定；其中，不同铁芯接地点故障的故障位置不同，以及由故障回路电阻和故障电流确定的发热功率不同。
目标变压器在正常运行状态下，铁芯通过固定接地点接地，使铁芯保持零电位。当油箱内由于某种原因出现另一个铁芯接地点时，两个接地点之间会形成闭合回路，铁芯中磁场的变化会在回路中形成感应电位，从而形成循环电流。
其中，故障电路中产生的感应电位Eh可以用下式表示：
其中，jω可表示电容和电感在电路中的阻抗；φm可表示铁芯的主磁通；Sc可表示铁芯的总横截面积；Sh可表示故障电路中包含的铁芯的横截面积。在此基础上，铁芯故障电路中的故障电流Ih可表示为：
其中，Rh为故障回路电阻，且故障回路电阻可由两个接地点之间的硅钢片电阻和引起接地故障的金属导体电阻组成。由于金属导体电阻小，当铁芯多点接地故障时，故障电路的发热位置将集中在故障点。
本发明实施例中，可对多组铁芯接地故障的情况进行仿真研究，且不同铁芯接地故障的故障位置不同，和/或由故障回路电阻和故障电流确定确定的发热功率不同。从而可得到多种铁芯接地故障情况下的仿真温度场数据，以基于仿真温度场数据对异常热源的位置和发热功率进行识别奠定基础。
示例性的，图12是本发明实施例四提供的一种变压器运行状态识别方法中铁芯接地故障的位置示意图。图12中铁芯异常加热位置(即接地故障位置)位于铁芯下部。相应的，图13是本发明实施例四提供的一种变压器运行状态识别方法中铁芯接地故障下变压器铁芯和外壳的温度分布。其中，图13为加热功率为200W的运行条件下的温度分布。其中，图13(a)为绕铁芯温度分布，图13(b)为外壳温度分布。由仿真实验可知，热能主要集中在接地故障位置产生，且当发生铁芯接地故障时，在相同负载条件下，变压器外壳相对于正常运行状态有稳定的温升。
示例性的，图14是本发明实施例四提供的一种变压器运行状态识别方法中不同异常热源位置下外壳的温度分布。经上述仿真研究可知，在加热功率相同的情况下，绕组异常发热(即绕组匝间短路)与铁芯异常发热(即铁芯接地故障)在变压器外壳上可产生相似的温升。这进一步说明变压器外壳的温升受变压器内部异常热源功率的影响较大，而受异常热源加热位置的影响较小。
本发明实施例中，以10kv的油浸式电力变压器为研究对象，基于变压器电磁热流体多物理场间接耦合仿真分析方法，分析了过热故障下变压器的发热特性。载匝间短路、铁芯多点接地等过热故障的情况下，故障部位会产生集中异常发热，形成异常热源和局部热点。在过热故障下，变压器外壳也会产生异常温升，且外壳温升受变压器内部异常热源功率的影响较大，而受异常热源加热位置的影响较小。此外，其他变压器的仿真过程也可参考本发明实施例中的相关内容，以得到其他变压器的发热特性，用于进行其他变压器的运行状态识别，在此不做穷举。
本发明实施例提供的变压器运行状态识别方法，对铁芯接地故障情况下确定仿真温度场分布进行了详细描述，得到了铁芯接地故障情况下的发热特性，为识别变压器铁芯接地故障的运行状态奠定了基础。此外，本实施例提供的变压器运行状态识别方法与上述实施例提供的变压器运行状态识别方法属于同一技术构思，未在本实施例中详尽描述的技术细节可参见上述实施例，并且相同的技术特征在本实施例与上述实施例中具有相同的有益效果。
实施例五
图15是本发明实施例五提供的一种变压器运行状态识别装置的结构示意图。应用该变压器运行状态识别装置可以实现本发明实施例所提供的变压器运行状态识别方法。
参见图15，本发明提供的变压器运行状态识别装置，可以包括：
检测模块1501，用于检测目标变压器在运行过程的实际温度场数据；
获取模块1502，用于获取目标变压器的三维仿真模型在各预设运行状态下的仿真温度场数据；其中，各预设运行状态包括正常运行状态和至少一种过热故障运行状态；其中，仿真温度场数据基于各预设运行状态下的发热参数与热传导物理场确定；
识别模块1503，用于根据实际温度场数据和仿真温度场数据，对目标变压器的运行状态进行识别。
可选的，变压器运行状态识别装置，还可以包括：
仿真模块，用于基于下述过程确定仿真温度场数据：响应于模型搭建指令，搭建目标变压器的三维仿真模型；响应于第一配置指令，对三维仿真模型的热传导物理场及运行条件进行配置；响应于第二配置指令，从各预设运行状态中确定当前运行状态，并将当前运行状态下的发热参数配置到三维仿真模型；响应于运行指令，运行配置完成的三维仿真模型，以确定目标变压器在当前运行状态下的仿真温度场数据。
可选的，在正常运行状态下，发热参数包括：目标变压器的空载损耗和负载损耗；其中，负载损耗包括：基于目标变压器的电磁场确定的杂散损耗和绕组涡流损耗，以及基于绕组的电阻和电流确定的绕组直流电阻损耗。
可选的，在过热故障运行状态包括绕组匝间短路故障的情况下，发热参数包括：基于匝间短路总电阻和短路电流确定的热能数据；其中，匝间短路总电阻包括绕组的电阻和匝间短路的接触电阻；其中，短路电流基于匝间短路漏感、短路电动势、短路匝数、短路所属铁芯的主磁通以及匝间短路总电阻来确定；其中，不同绕组匝间短路故障的短路位置不同，以及由匝间短路总电阻和短路电流确定的发热功率不同。
可选的，在过热故障运行状态包括铁芯接地点故障的情况下，发热参数包括：基于故障回路电阻和故障电流确定的热能数据；其中，故障回路电阻由两个接地点间的金属导体电阻和引起接地故障的金属导体电阻组成；其中，故障电流基于铁芯的主磁通、铁芯的总横截面积、故障电路中包含的铁芯横截面积以及故障回路电阻来确定；其中，不同铁芯接地点故障的故障位置不同，以及由故障回路电阻和故障电流确定的发热功率不同。
可选的，变压器运行状态识别装置，还可以包括：
提示模块，用于在对目标变压器的运行状态进行识别之后，根据识别的运行状态生成提示信息，并对提示信息进行提示；其中，在识别的运行状态包括过热故障运行状态的情况下，提示信息包括下述至少一项：异常热源的位置和发热功率。
可选的，目标变压器包括油浸式配电变压器；相应的，热传导物理场包括热流体场。
本发明实施例所提供的变压器运行状态识别装置可执行本发明实施例所提供的变压器运行状态识别方法，具备执行方法相应的功能模块和有益效果。未详尽描述的技术细节，可参见本发明实施例所提供的变压器运行状态识别方法。
实施例六
图16是本发明实施例六提供的一种电子终端的结构示意图。图16示出了适于用来实现本发明实施方式的示例性电子终端12的框图。图16显示的电子终端12仅仅是一个示例，不应对本发明实施例的功能和使用范围带来任何限制。设备12典型的是承担变压器运行状态识别功能的电子终端。
如图16所示，电子终端12以通用计算设备的形式表现。电子终端12的组件可以包括但不限于：一个或者多个处理器或者处理单元16，存储器28，连接不同组件(包括存储器28和处理单元16)的总线18。
总线18表示几类总线结构中的一种或多种，包括存储器总线或者存储器控制器，外围总线，图形加速端口，处理器或者使用多种总线结构中的任意总线结构的局域总线。举例来说，这些体系结构包括但不限于工业标准体系结构(Industry StandardArchitecture，ISA)总线，微通道体系结构(Micro Channel Architecture，MCA)总线，增强型ISA总线、视频电子标准协会(Video Electronics Standards Association，VESA)局域总线以及外围组件互连(Peripheral Component Interconnect，PCI)总线。
电子终端12典型地包括多种计算机可读介质。这些介质可以是任何能够被电子终端12访问的可用介质，包括易失性和非易失性介质，可移动的和不可移动的介质。
存储器28可以包括易失性存储器形式的计算机装置可读介质，例如随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)30和/或高速缓存存储器32。电子终端12可以进一步包括其它可移动/不可移动的、易失性/非易失性计算机存储介质。仅作为举例，存储系统34可以用于读写不可移动的、非易失性磁介质(图16未显示，通常称为“硬盘驱动器”)。尽管图16中未示出，可以提供用于对可移动非易失性磁盘(例如“软盘”)读写的磁盘驱动器，以及对可移动非易失性光盘(例如只读光盘(Compact Disc-Read Only Memory，CD-ROM)、数字视盘(Digital Video Disc-Read Only Memory，DVD-ROM)或者其它光介质)读写的光盘驱动器。在这些情况下，每个驱动器可以通过一个或者多个数据介质接口与总线18相连。存储器28可以包括至少一个程序产品40，该程序产品40具有一组程序模块42，这些程序模块被配置以执行本发明各实施例的功能。程序产品40，可以存储在例如存储器28中，这样的程序模块42包括但不限于一个或者多个应用程序、其它程序模块以及程序数据，这些示例中的每一个或某种组合中可能包括网络环境的实现。程序模块42通常执行本发明所描述的实施例中的功能和/或方法。
电子终端12也可以与一个或多个外部设备14(例如键盘、鼠标、摄像头等和显示器)通信，还可与一个或者多个使得用户能与该电子终端12交互的设备通信，和/或与使得该电子终端12能与一个或多个其它计算设备进行通信的任何设备(例如网卡，调制解调器等等)通信。这种通信可以通过输入/输出(I/O)接口22进行。并且，电子终端12还可以通过网络适配器20与一个或者多个网络(例如局域网(Local Area Network，LAN)，广域网WideArea Network，WAN)和/或公共网络，例如因特网)通信。如图所示，网络适配器20通过总线18与电子终端12的其它模块通信。应当明白，尽管图中未示出，可以结合电子终端12使用其它硬件和/或软件模块，包括但不限于：微代码、设备驱动器、冗余处理单元、外部磁盘驱动阵列、磁盘阵列(Redundant Arrays of Independent Disks，RAID)装置、磁带驱动器以及数据备份存储装置等。
处理器16通过运行存储在存储器28中的程序，从而执行各种功能应用以及数据处理，例如实现本发明上述实施例所提供的变压器运行状态识别方法，包括：检测目标变压器在运行过程的实际温度场数据；获取目标变压器的三维仿真模型在各预设运行状态下的仿真温度场数据；其中，各预设运行状态包括正常运行状态和至少一种过热故障运行状态；其中，仿真温度场数据基于各预设运行状态下的发热参数与热传导物理场确定；根据实际温度场数据和仿真温度场数据，对目标变压器的运行状态进行识别。
当然，本领域技术人员可以理解，处理器还可以实现本发明实施例所提供的变压器运行状态识别方法的技术方案。
实施例七
本发明实施例七还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现如本发明实施例所提供的变压器运行状态识别方法，该方法包括：检测目标变压器在运行过程的实际温度场数据；获取目标变压器的三维仿真模型在各预设运行状态下的仿真温度场数据；其中，各预设运行状态包括正常运行状态和至少一种过热故障运行状态；其中，仿真温度场数据基于各预设运行状态下的发热参数与热传导物理场确定；根据实际温度场数据和仿真温度场数据，对目标变压器的运行状态进行识别。
当然，本发明实施例所提供的一种计算机可读存储介质，其上存储的计算机程序不限于如上的方法操作，还可以执行本发明实施例所提供的变压器运行状态识别方法。
本发明实施例的计算机存储介质，可以采用一个或多个计算机可读的介质的任意组合。计算机可读介质可以是计算机可读信号介质或者计算机可读存储介质。计算机可读存储介质例如可以是——但不限于——电、磁、光、电磁、红外线、或半导体的装置、装置或器件，或者任意以上的组合。计算机可读存储介质的更具体的例子(非穷举的列表)包括：具有一个或多个导线的电连接、便携式计算机磁盘、硬盘、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦式可编程只读存储器(EPROM或闪存)、光纤、便携式紧凑磁盘只读存储器(CD-ROM)、光存储器件、磁存储器件、或者上述的任意合适的组合。在本文件中，计算机可读存储介质可以是任何包含或存储程序的有形介质，该程序可以被指令执行装置、装置或者器件使用或者与其结合使用。
计算机可读的信号介质可以包括在基带中或者作为载波一部分传播的数据信号，其中承载了计算机可读的程序代码。这种传播的数据信号可以采用多种形式，包括但不限于电磁信号、光信号或上述的任意合适的组合。计算机可读的信号介质还可以是计算机可读存储介质以外的任何计算机可读介质，该计算机可读介质可以发送、传播或者传输用于由指令执行装置、装置或者器件使用或者与其结合使用的程序。
计算机可读介质上包含的程序代码可以用任何适当的介质传输，包括——但不限于无线、电线、光缆、RF等等，或者上述的任意合适的组合。
可以以一种或多种程序设计语言或其组合来编写用于执行本发明操作的计算机程序代码，程序设计语言包括面向对象的程序设计语言—诸如Java、Smalltalk、C++，还包括常规的过程式程序设计语言—诸如“C”语言或类似的程序设计语言。程序代码可以完全地在用户计算机上执行、部分地在用户计算机上执行、作为一个独立的软件包执行、部分在用户计算机上部分在远程计算机上执行、或者完全在远程计算机或服务器上执行。在涉及远程计算机的情形中，远程计算机可以通过任意种类的网络——包括局域网(LAN)或广域网(WAN)—连接到用户计算机，或者，可以连接到外部计算机(例如利用因特网服务提供商来通过因特网连接)。
注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。
Claims (10)
1.一种变压器运行状态识别方法，其特征在于，包括：
检测目标变压器在运行过程的实际温度场数据；
获取所述目标变压器的三维仿真模型在各预设运行状态下的仿真温度场数据；其中，所述各预设运行状态包括正常运行状态和至少一种过热故障运行状态；其中，所述仿真温度场数据基于所述各预设运行状态下的发热参数与热传导物理场确定；
根据所述实际温度场数据和所述仿真温度场数据，对所述目标变压器的运行状态进行识别。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述仿真温度场数据的确定过程，包括：
响应于模型搭建指令，搭建目标变压器的三维仿真模型；
响应于第一配置指令，对所述三维仿真模型的热传导物理场及运行条件进行配置；
响应于第二配置指令，从所述各预设运行状态中确定当前运行状态，并将所述当前运行状态下的发热参数配置到所述三维仿真模型；
响应于运行指令，运行配置完成的三维仿真模型，以确定所述目标变压器在所述当前运行状态下的仿真温度场数据。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述正常运行状态下，所述发热参数包括：所述目标变压器的空载损耗和负载损耗；
其中，所述负载损耗包括：基于所述目标变压器的电磁场确定的杂散损耗和绕组涡流损耗，以及基于绕组的电阻和电流确定的绕组直流电阻损耗。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述过热故障运行状态包括绕组匝间短路故障的情况下，所述发热参数包括：
基于匝间短路总电阻和短路电流确定的热能数据；
其中，所述匝间短路总电阻包括绕组的电阻和匝间短路的接触电阻；其中，所述短路电流基于匝间短路漏感、短路电动势、短路匝数、短路所属铁芯的主磁通以及所述匝间短路总电阻来确定；
其中，不同绕组匝间短路故障的短路位置不同，以及由所述匝间短路总电阻和短路电流确定的发热功率不同。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述过热故障运行状态包括铁芯接地点故障的情况下，所述发热参数包括：
基于故障回路电阻和故障电流确定的热能数据；
其中，所述故障回路电阻由两个接地点间的金属导体电阻和引起接地故障的金属导体电阻组成；其中，所述故障电流基于铁芯的主磁通、铁芯的总横截面积、故障电路中包含的铁芯横截面积以及所述故障回路电阻来确定；
其中，不同铁芯接地点故障的故障位置不同，以及由所述故障回路电阻和故障电流确定的发热功率不同。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述对所述目标变压器的运行状态进行识别之后，还包括：
根据识别的运行状态生成提示信息，并对所述提示信息进行提示；
其中，在识别的运行状态包括过热故障运行状态的情况下，所述提示信息包括下述至少一项：异常热源的位置和发热功率。
7.根据权利要求1-6中任一所述的方法，其特征在于，所述目标变压器包括油浸式配电变压器；相应的，所述热传导物理场包括热流体场。
8.一种变压器运行状态识别装置，其特征在于，包括：
检测模块，用于检测目标变压器在运行过程的实际温度场数据；
获取模块，用于获取所述目标变压器的三维仿真模型在各预设运行状态下的仿真温度场数据；其中，所述各预设运行状态包括正常运行状态和至少一种过热故障运行状态；其中，所述仿真温度场数据基于所述各预设运行状态下的发热参数与热传导物理场确定；
识别模块，用于根据所述实际温度场数据和所述仿真温度场数据，对所述目标变压器的运行状态进行识别。
9.一种电子终端，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现如权利要求1-7中任一所述的变压器运行状态识别方法。
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，该程序被处理器执行时实现如权利要求1-7中任一所述的变压器运行状态识别方法。
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