变压器热点温度大小和位置快速获取方法及系统

文献发布时间：2023-06-19 10:32:14

技术领域

本发明属于电力系统变压器领域，涉及一种变压器热点温度大小和位置快速获取方法及系统。

背景技术

电力系统变压器的主要原件有铁芯和线圈，线圈有两个或两个以上的绕组，在电力系统正常运行时，变压器承担着电力变换和电能传输的任务，目前电力系统电压等级越来越高，传输功率越来越大，这对于正在运行的变压器来说，损耗也逐渐增多，从而导致变压器的温度升高，如何快速获得变压器的热点温度和位置至关重要。目前常用的测温方式均是利用红外传感器或者温度传感器采集变压器表面或者内部固定点温度大小，至于测量点的温度是否包含最高温度仍有待讨论，但最高温度的大小对变压器的绝缘状态有着重要的影响，如何获得变压器的热点温度十分重要。对于A级绝缘材料的变压器温度，每增加8摄氏度，变压器的老化速度增加一倍，当变压器绕组某一点的温度超过绝缘材料的耐热极限时，便会导致变压器运行不稳定甚至毁坏，造成巨大的经济损失。所以获取变压器运行时的最高温度点的温度及位置尤为重要。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种变压器热点温度大小和位置快速获取方法及系统，该方法及系统能够准确获取变压器运行时最高温度点的温度及位置。

为达到上述目的，本发明所述的变压器热点温度大小和位置快速获取方法包括：

构建神经网络模型；

利用仿真获取的不同状态下变压器外表面的温度点及温度点的位置和变压器热点温度的大小和位置对神经网络模型进行训练；

利用训练后的神经网络模型获取待测试变压器的最高温度点的温度及最高温度点的位置。

仿真获取的不同状态下变压器外表面的温度点及温度点的位置和变压器热点温度的大小和位置的具体过程为：

获取变压器的几何参数及材料参数；

根据变压器的几何参数及材料参数对变压器进行有限元建模，计算变压器的磁场分布及损耗分布；

根据变压器的磁场分布及损耗分布对变压器的热场仿真，获取变压器的热场分布数据；

测量变压器中绕组不同位置的温度数据，并将测量得到的变压器中绕组不同位置的温度数据与获取的变压器的热场分布数据进行比较，并根据比较结果判断热场仿真是否正确，当热场仿真正确时，则通过改变变压器仿真的边界条件获得不同状态下变压器外表面的温度点及温度点的位置和变压器热点温度的大小和位置；否则，则重新获取变压器的几何参数及材料参数。

利用训练后的神经网络模型获取待测试变压器的最高温度点的温度及最高温度点的位置的具体过程为：

获取待测试变压器外表面温度点的温度及温度点的位置，然后将待测试变压器外表面温度点的温度及温度点的位置输入到训练后的神经网络中，以获取待测试变压器的最高温度点的温度及最高温度点的位置。

利用温度传感器获取待测试变压器外表面温度点的温度及温度点的位置。

一种变压器热点温度大小和位置快速获取系统包括：

模型构建模块，用于构建神经网络模型；

模型训练模块，用于利用仿真获取的不同状态下变压器外表面的温度点及温度点的位置和变压器热点温度的大小和位置对神经网络模型进行训练；

预测模块，用于利用训练后的神经网络模型获取待测试变压器的最高温度点的温度及最高温度点的位置。

还包括：

第一获取模块，用于获取变压器的几何参数及材料参数；

计算模块，用于根据变压器的几何参数及材料参数对变压器进行有限元建模，计算变压器的磁场分布及损耗分布；

第二获取模块，用于根据变压器的磁场分布及损耗分布对变压器的热场仿真，获取变压器的热场分布数据；

验证模块，用于测量变压器中绕组不同位置的温度数据，并将测量得到的变压器中绕组不同位置的温度数据与获取的变压器的热场分布数据进行比较，并根据比较结果判断热场仿真是否正确，当热场仿真正确时，则通过改变变压器仿真的边界条件获得不同状态下变压器外表面的温度点及温度点的位置和变压器热点温度的大小和位置；否则，则重新获取变压器的几何参数及材料参数。

本发明具有以下有益效果：

本发明所述的变压器热点温度大小和位置快速获取方法及系统在具体操作时，利用仿真获取的不同状态下变压器外表面的温度点及温度点的位置和变压器热点温度的大小和位置对神经网络模型进行训练，数据来源较为方便，再利用训练后的神经网络模型获取待测试变压器的最高温度点的温度及最高温度点的位置，以实现准确获取变压器运行时最高温度点的温度及位置。

进一步，待测试变压器外表面温度点的温度及温度点的位置输入到训练后的神经网络中，以获取待测试变压器的最高温度点的温度及最高温度点的位置，数据来源较为方便。

附图说明

构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为变压器一侧面上温度点的分布图；

图2为变压器另一侧面上温度点的分布图；

图3为本发明的流程图。

具体实施方式

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

以下详细说明均是示例性的说明，旨在对本发明提供进一步的详细说明。除非另有指明，本发明所采用的所有技术术语与本申请所属领域的一般技术人员的通常理解的含义相同。本发明所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而并非意图限制根据本发明的示例性实施方式。

参考图1、图2及图3，本发明所述的变压器热点温度大小和位置快速获取方法包括：

1)构建神经网络模型；

2)利用仿真获取的不同状态下变压器外表面的温度点及温度点的位置和变压器热点温度的大小和位置对神经网络模型进行训练；

3)利用训练后的神经网络模型获取待测试变压器的最高温度点的温度及最高温度点的位置。

为验证热点数据正确性，可以选取仿真时变压器某一固定点温度和热点温度为神经网络模型的输出，进行神经网络训练，并在变压器内部使用温度传感器测量固定点温度大小，与神经网络模型的输出结果进行对比，间接证明热点温度的正确性。

仿真获取的不同状态下变压器外表面的温度点及温度点的位置和变压器热点温度的大小和位置的具体过程为：

21)获取变压器的几何参数及材料参数；

22)根据变压器的几何参数及材料参数对变压器进行有限元建模，计算变压器的磁场分布及损耗分布；

23)根据变压器的磁场分布及损耗分布对变压器的热场仿真，可以通过固体传热，层流，表面对表面的辐射多物理场仿真实现变压器的热场仿真，获取变压器的热场分布数据；

24)测量变压器中绕组不同位置的温度数据，并将测量得到的变压器中绕组不同位置的温度数据与获取的变压器的热场分布数据进行比较，并根据比较结果判断热场仿真是否正确，当热场仿真正确时，则通过改变变压器仿真的边界条件获得不同状态下变压器外表面的温度点及温度点的位置和变压器热点温度的大小和位置；否则，则重新获取变压器的几何参数及材料参数。

其中，三相变压器外表面温度点和相应位置一共36组，分别分布在绕组上、中、下、前、后、左、右，一个绕组12个温度点和位置，3个绕组共36组温度数据和位置，此36组数据为输入数据，在变压器的热点温度大小和位置为输出数据。

利用训练后的神经网络模型获取待测试变压器的最高温度点的温度及最高温度点的位置的具体过程为：

利用温度传感器获取待测试变压器外表面温度点的温度及温度点的位置，然后将待测试变压器外表面温度点的温度及温度点的位置输入到训练后的神经网络中，以获取待测试变压器的最高温度点的温度及最高温度点的位置。

实施例一

以实际运行中的干式变压器为一个实施例，干式变压器绕组经绝缘处理后裸露在空气中，使用红外传感器可以实施采集变压器外表面的温度数据，但是无法获得内部最高温度的大小和位置，而最高温度大小和位置对变压器的运行，维护都起着关键的作用。根据本发明，可以先获取变压器几何参数和材料参数，在有限元软件中建立变压器的几何模型，添加材料参数，注意由于铁芯造成的磁滞损耗可以通过损耗曲线或者经验公式得到。在有限元软件中，对变压器进行电磁热场仿真；并与实验采集变压器温度数据对比，确保变压器仿真模型正确可靠后，改变不同环境获取仿真时变压器外表面温度数据位置和变压器热点温度数据和位置，并以变压器外表面温度数据和位置作为神经网络算法的输入，以变压器热点温度数据和位置为输出，训练神经网络模型；通过红外测温仪测量变压器外表面固定点温度数据，将位置和温度数据对应输入神经网络模型，便可得到热点温度和位置。通过本发明，解决了变压器在正常运行时，以温度传感器只能采集固定点温度数据，但无法确定热点温度数据和位置的状态。