基于气液两相流体仿真的电力变压器预警方法和装置

技术领域

本发明涉及变压器故障预警领域，尤其涉及一种基于气液两相流体仿真的电力变压器预警方法和装置。

背景技术

变压器在发生故障时，受限于其内部绝缘隔板、套管CT及托板等结构，气体扩散速度受到影响，同时，向本体侧的扩散受到升高座高度和本体侧油流循环产生的油流屏障影响也异常困难，这就使得此处的故障难以被现有的监测装置迅速采集，影响对故障的响应速度。目前，绝大部分电力变压器为油浸式电力变压器，变压器运行故障会导致绝缘油裂化产生故障气体，而故障气体可以表征变压器故障类型及严重程度。现有的分析方法未能考虑到对变压器内部不同结构区域对气体扩散的影响因素，因此其故障判断不够准确。

发明内容

本发明提供了一种基于气液两相流体仿真的电力变压器预警方法和装置，以解决故障判断准确性低的技术问题。

为了解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种基于气液两相流体仿真的电力变压器预警方法，所述电力变压器包括升高座和气体继电器；

所述预警方法包括：

根据所述升高座的内部结构、预设的发生故障的位置和故障类型，建立电力变压器的气液两相流体仿真模型；通过所述仿真模型，确定所述仿真模型对应气体继电器内气体累积直至符合第一预设条件时所需的第一时间；

在所述仿真模型中设置微型泵循环系统，获得修正模型；并获取所述修正模型对应气体继电器内气体累积直至符合第二预设条件时所需的第二时间；

根据所述第一时间和第二时间计算气体扩散速度提高倍数；在所述气体扩散速度提高倍数符合条件时，利用所述修正模型进行预警；其中，所述气体扩散速度提高倍数为所述第一时间除以所述第二时间。

作为优选方案，所述在所述仿真模型中设置微型泵循环系统，包括：

根据加装微型泵循环系统后所述升高座的内部结构计算油流阻力，在油流速度在预设范围内时，在所述仿真模型中设置所述微型泵循环系统。

作为优选方案，所述油流阻力通过水利学方法进行计算。

作为优选方案，所述第一预设条件为：所述仿真模型对应气体继电器内气体达到一定含量值，或采集的气体浓度达到一定值；

所述第二预设条件为：所述修正模型对应气体继电器内气体达到一定含量值，或采集的气体浓度达到一定值。

作为优选方案，所述预设的发生故障的位置包括套管均压球绝缘结构处、均压球引线处和均压球内部引线连接处。

作为优选方案，所述微型泵循环系统的扬程和流量的关系式包括：

其中，H为扬程，ρ为绝缘油密度，g为重力加速度，V为油流速度，h为进出口高度差，Δp为进出口处液体的压力差。

作为优选方案，所述油色谱数据通过油色谱取样装置进行采集，所述油色谱取样装置设置在所述升高座的顶部，且包括引下管结构。

作为优选方案，所述预警方法还包括：

在需要采集油色谱数据时，根据所述第二时间确定所述微型泵循环系统的开启时间，从而控制所述电力变压器的气体扩散。

作为优选方案，所述微型泵循环系统的开启时间为所述第二时间的两倍。

相应的，本发明实施例还提供了一种基于气液两相流体仿真的电力变压器预警装置，所述电力变压器包括升高座和气体继电器；所述预警装置包括仿真模块、修正模块和预警模块；其中，

所述仿真模块，用于根据所述升高座的内部结构、预设的发生故障的位置和故障类型，建立电力变压器的气液两相流体仿真模型；通过所述仿真模型，确定所述仿真模型对应气体继电器内气体累积直至符合第一预设条件时所需的第一时间；

所述修正模块，用于在所述仿真模型中设置微型泵循环系统，获得修正模型；并获取所述修正模型对应气体继电器内气体累积直至符合第二预设条件时所需的第二时间；

所述预警模块，用于根据所述第一时间和第二时间计算气体扩散速度提高倍数；在所述气体扩散速度提高倍数符合条件时，利用所述修正模型进行预警；其中，所述气体扩散速度提高倍数为所述第一时间除以所述第二时间。

作为一种优选实施方式，所述修正模块在所述仿真模型中设置微型泵循环系统，包括：

所述修正模块根据加装微型泵循环系统后所述升高座的内部结构计算油流阻力，在油流速度在预设范围内时，在所述仿真模型中设置所述微型泵循环系统。

作为一种优选实施方式，所述油流阻力通过水利学方法进行计算。

作为一种优选实施方式，所述第一预设条件为：所述仿真模型对应气体继电器内气体达到一定含量值，或采集的气体浓度达到一定值；

所述第二预设条件为：所述修正模型对应气体继电器内气体达到一定含量值，或采集的气体浓度达到一定值。

作为一种优选实施方式，所述预设的发生故障的位置包括套管均压球绝缘结构处、均压球引线处和均压球内部引线连接处。

作为一种优选实施方式，所述微型泵循环系统的扬程和流量的关系式包括：

其中，H为扬程，ρ为绝缘油密度，g为重力加速度，V为油流速度，h为进出口高度差，Δp为进出口处液体的压力差。

作为一种优选实施方式，所述油色谱数据通过油色谱取样装置进行采集，所述油色谱取样装置设置在所述升高座的顶部，且包括引下管结构。

作为一种优选实施方式，所述预警装置还包括扩散模块，所述扩散模块用于在需要采集油色谱数据时，根据所述第二时间确定所述微型泵循环系统的开启时间，从而控制所述电力变压器的气体扩散。

作为一种优选实施方式，所述微型泵循环系统的开启时间为所述第二时间的两倍。

相比于现有技术，本发明实施例具有如下有益效果：

本发明提供了一种基于气液两相流体仿真的电力变压器预警方法和装置，所述电力变压器包括升高座和气体继电器；所述预警方法包括：根据所述升高座的内部结构、预设的发生故障的位置和故障类型，建立电力变压器的气液两相流体仿真模型；通过所述仿真模型，确定所述仿真模型对应气体继电器内气体累积直至符合第一预设条件时所需的第一时间；在所述仿真模型中设置微型泵循环系统，获得修正模型；并获取所述修正模型对应气体继电器内气体累积直至符合第二预设条件时所需的第二时间；根据所述第一时间和第二时间计算气体扩散速度提高倍数；在所述气体扩散速度提高倍数符合条件时，利用所述修正模型进行预警；其中，所述气体扩散速度提高倍数为所述第一时间除以所述第二时间。在本实施例中，根据电力变压器升高座的内部结构，预设的故障位置和故障类型，建立电力变压器的气液两相流体仿真模型，并通过设置微型泵循环系统获得修正模型，可以加强油流不畅区域的气体扩散速度，加强整个区域的油流循环，使得气体扩散更均匀；从而，在利用修正模型进行预警时，避免不同气体扩散速度不同造成的采集信息差，利于预警过程中对故障的响应速度。

附图说明

图1：为本发明基于气液两相流体仿真提供的电力变压器预警方法的一种实施例的流程示意图。

图2：为本发明提供的电力变压器的一种实施例的结构示意图。

图3：为本发明基于气液两相流体仿真提供的电力变压器预警装置的一种实施例的结构示意图。

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作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。

实施例一:

请参照图1和图2，图1为本发明实施例提供的一种基于气液两相流体仿真的电力变压器预警方法的一种实施例的流程示意图，图2为本发明提供的电力变压器的一种实施例的结构示意图。所述电力变压器包括升高座和气体继电器；

所述预警方法包括步骤S1至步骤S3；其中，

步骤S1，根据所述升高座的内部结构、预设的发生故障的位置和故障类型，建立电力变压器的气液两相流体仿真模型；通过所述仿真模型，确定所述仿真模型对应气体继电器内气体累积直至符合第一预设条件时所需的第一时间。

在本实施例中，可以根据升高座内部的详细具体结构，建立流体仿真模型。并且预先设置故障的发生位置和故障的类型，仿真计算气体扩散至所述气体继电器的过程。

其中，所述预设的发生故障的位置包括套管均压球绝缘结构处、均压球引线处和均压球内部引线连接处。气体的组分可以按照国家标准规范的含量进行预设。

作为一种优选实施方式，所述第一预设条件为：所述仿真模型对应气体继电器内气体达到一定含量值(L

步骤S2，在所述仿真模型中设置微型泵循环系统，获得修正模型；并获取所述修正模型对应气体继电器内气体累积直至符合第二预设条件时所需的第二时间。

在本实施例中，所述在所述仿真模型中设置微型泵循环系统，包括：

根据加装微型泵循环系统后所述升高座的内部结构计算油流阻力，在油流速度V在预设范围内时，在所述仿真模型中设置所述微型泵循环系统。

本实施例中，选择的微型泵的扬程以及流量之间的关系式包括：

其中，H为扬程，单位为m，ρ为绝缘油密度(可以取870kg/m

其中，加装微型泵前，油流阻力可以根据升高座的结构，采用水利学方法进行计算。作为本实施例的一种举例，可以初选微型泵的流量以及扬程，然后对微型泵加装后的油流速度进行校核，使油流速度V控制在一定范围内，从而使该区域油流带电，优选地，V可以小于0.5m/s。

在加装微型泵循环系统后，对所述仿真模型进行改进，获得所述修正模型。然后重新计算各类故障下的气体扩散速度，并与所述第一时间对比。

其中，所述第二预设条件为：所述修正模型对应气体继电器内气体达到一定含量值(L

步骤S3，根据所述第一时间和第二时间计算气体扩散速度提高倍数；在所述气体扩散速度提高倍数符合条件时，利用所述修正模型进行预警；其中，所述气体扩散速度提高倍数K为所述第一时间除以所述第二时间，即t

优选地，在需要采集油色谱数据时，可以按照第二时间开启油泵，具体的开始时间为第二时间的两倍(即2t

作为一种优选实施方式，所述油色谱数据通过油色谱取样装置进行采集，所述油色谱取样装置设置在所述升高座的顶部，且包括引下管结构。这样，可以方便数据的采集，提高操作的便捷性。

优选地，针对各类标准规范中关于气体扩散速率提示的故障类型的发展程度，可以根据第一时间以及第二时间进行进一步的调整。本实施例的气体扩散速度提高倍数K用于判断该微型泵的流速是否合适。

例如，以I EEE产气速率导则为例，该导则是在未加强油流或者说是在变压器正常发热散热的情况下制订的。如果在某些区域实施了基于微型泵的加强油流循环，应根据在加装微泵前后的时间差异(第一时间和第二时间的差异)，对导则的取样周期和增长速率提示的问题进行修正，可以继续采用导则推荐的处理和应对措施。

假设所述气体扩散速度提高倍数K为2，产气速率修正值可以参照下表：

相应的，参照图3，本发明实施例还提供了一种基于气液两相流体仿真的电力变压器预警装置，所述电力变压器包括升高座和气体继电器；所述预警装置包括仿真模块101、修正模块102和预警模块103；其中，

所述仿真模块101，用于根据所述升高座的内部结构、预设的发生故障的位置和故障类型，建立电力变压器的气液两相流体仿真模型；通过所述仿真模型，确定所述仿真模型对应气体继电器内气体累积直至符合第一预设条件时所需的第一时间；

所述修正模块102，用于在所述仿真模型中设置微型泵循环系统，获得修正模型；并获取所述修正模型对应气体继电器内气体累积直至符合第二预设条件时所需的第二时间；

所述预警模块103，用于根据所述第一时间和第二时间计算气体扩散速度提高倍数；在所述气体扩散速度提高倍数符合条件时，利用所述修正模型进行预警；其中，所述气体扩散速度提高倍数为所述第一时间除以所述第二时间。

作为一种优选实施方式，所述修正模块102在所述仿真模型中设置微型泵循环系统，包括：

所述修正模块102根据加装微型泵循环系统后所述升高座的内部结构计算油流阻力，在油流速度在预设范围内时，在所述仿真模型中设置所述微型泵循环系统。

作为一种优选实施方式，所述油流阻力通过水利学方法进行计算。

作为一种优选实施方式，所述第一预设条件为：所述仿真模型对应气体继电器内气体达到一定含量值，或采集的气体浓度达到一定值；

所述第二预设条件为：所述修正模型对应气体继电器内气体达到一定含量值，或采集的气体浓度达到一定值。

作为一种优选实施方式，所述预设的发生故障的位置包括套管均压球绝缘结构处、均压球引线处和均压球内部引线连接处。

作为一种优选实施方式，所述微型泵循环系统的扬程和流量的关系式包括：

其中，H为扬程，ρ为绝缘油密度，g为重力加速度，V为油流速度，h为进出口高度差，Δp为进出口处液体的压力差。

作为一种优选实施方式，所述油色谱数据通过油色谱取样装置进行采集，所述油色谱取样装置设置在所述升高座的顶部，且包括引下管结构。

作为一种优选实施方式，所述预警装置还包括扩散模块，所述扩散模块用于在需要采集油色谱数据时，根据所述第二时间确定所述微型泵循环系统的开启时间，从而控制所述电力变压器的气体扩散。

作为一种优选实施方式，所述微型泵循环系统的开启时间为所述第二时间的两倍。

相比于现有技术，本发明实施例具有如下有益效果：

本发明提供了一种基于气液两相流体仿真的电力变压器预警方法和装置，所述电力变压器包括升高座和气体继电器；所述预警方法包括：根据所述升高座的内部结构、预设的发生故障的位置和故障类型，建立电力变压器的气液两相流体仿真模型；通过所述仿真模型，确定所述仿真模型对应气体继电器内气体累积直至符合第一预设条件时所需的第一时间；在所述仿真模型中设置微型泵循环系统，获得修正模型；并获取所述修正模型对应气体继电器内气体累积直至符合第二预设条件时所需的第二时间；根据所述第一时间和第二时间计算气体扩散速度提高倍数；在所述气体扩散速度提高倍数符合条件时，利用所述修正模型进行预警；其中，所述气体扩散速度提高倍数为所述第一时间除以所述第二时间。在本实施例中，根据电力变压器升高座的内部结构，预设的故障位置和故障类型，建立电力变压器的气液两相流体仿真模型，并通过设置微型泵循环系统获得修正模型，可以加强油流不畅区域的气体扩散速度，加强整个区域的油流循环，使得气体扩散更均匀；从而，在利用修正模型进行预警时，避免不同气体扩散速度不同造成的采集信息差，利于预警过程中对故障的响应速度。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步的详细说明，应当理解，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限定本发明的保护范围。特别指出，对于本领域技术人员来说，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。