电力变压器热点温升的计算方法、系统、设备及存储介质技术方案

本发明专利技术公开了一种电力变压器热点温升的计算方法，包括：利用有限元法进行磁场分析，获取电力变压器的各个结构件的杂散损耗；采用热流耦合分析法计算电力变压器的各个结构件的对流换热系数；通过对各个结构件进行的磁热耦合分析，确定出各个结构件的热点温升值，其中，针对每一个结构件，利用该结构件的对流换热系数确定出磁热耦合分析时的边界条件，并利用该结构件的杂散损耗作为磁热耦合分析时的热源。应用本申请的方案，有利于提高电力变压器热点温升的计算精度。本申请还公开了一种电力变压器热点温升的计算系统、设备及存储介质，具有相应技术效果。

Calculation method, system, equipment and storage medium of hot spot temperature rise of power transformer

【技术实现步骤摘要】
电力变压器热点温升的计算方法、系统、设备及存储介质
本专利技术涉及电力变压器温度检测
，特别是涉及一种电力变压器热点温升的计算方法、系统、设备及存储介质。
技术介绍
现今，输电网中的变压器在电能的传输，分配和使用中起着重要作用，并且随着电网的不断发展，变压器的应用范围以及变压器的容量均呈现出快速增长的趋势。变压器的容量增长，也就意味着变压器具有更高的功率损耗，更容易出现过热的情况。变压器的热性能是影响变压器寿命，决定变压器是否能够正常运行的重要参数，也会影响变压器的结构设计，其中，变压器结构部件中的热点温升更是需要考虑的重要因素。在以往的研究中，对变压器结构件的热点温升的计算进行了广泛的讨论。决定变压器热点温升主要有两个特征量：电磁杂散损耗和结构件的对流换热系数，再采用磁热耦合法计算出热点温升。传统方案中，确定电磁杂散损耗以及对流换热系数的方式都较为简单，导致精确度较低。具体的，变压器结构件的不同位置对应的损耗密度不同，传统方案中通常直接利用平均损耗密度计算电磁杂散损耗。而进行对流换热系数的预测时，通常是采用经验公式进行简单粗略的计算，由于电力变压器内部的油流动的复杂性，也就使得传统方案中确定出的对流换热系数精确度较低。由于确定出电磁杂散损耗以及对流换热系数的方式都较为简单，导致精确度较低，进而便会降低计算出的热点温升的精度，也就不利于变压器的稳定运行及保障变压器的寿命。综上所述，如何有效地提高电力变压器热点温升的计算精度，是目前本领域技术人员急需解决的技术问题。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种电力变压器热点温升的计算方法、系统、设备及存储介质，以有效地提高电力变压器热点温升的计算精度。为解决上述技术问题，本专利技术提供如下技术方案：一种电力变压器热点温升的计算方法，包括：利用有限元法进行磁场分析，获取电力变压器的各个结构件的杂散损耗；采用热流耦合分析法计算所述电力变压器的各个结构件的对流换热系数；通过对各个结构件进行的磁热耦合分析，确定出各个结构件的热点温升值，其中，针对每一个结构件，利用该结构件的对流换热系数确定出磁热耦合分析时的边界条件，并利用该结构件的杂散损耗作为磁热耦合分析时的热源。优选的，所述利用有限元法进行磁场分析，获取电力变压器的各个结构件的杂散损耗，包括：利用有限元法将所述电力变压器分割为多个单元；使用T-Ω法计算出每一个结构件的涡流密度，并基于各个结构件的所述涡流密度计算出各个结构件的涡流损耗；其中，每个结构件包括一个或多个单元；利用磁滞回线计算出各个结构件的磁滞损耗；针对任意一个结构件，将该结构件的涡流损耗与该结构件的磁滞损耗的和作为该结构件的杂散损耗。优选的，所述基于各个结构件的所述涡流密度计算出各个结构件的涡流损耗，包括：基于各个结构件的所述涡流密度计算出各个结构件的涡流损耗，且计算出的涡流损耗其中，J为涡流密度，σ为电导率，v表示该结构件中的单元。优选的，所述利用磁滞回线计算出各个结构件的磁滞损耗，包括：利用磁滞回线计算出各个结构件的磁滞损耗，且计算出的磁滞损耗表示为：其中，N为该结构件中的单元数量，为第i单元的磁滞损耗，为第i单元的磁通密度峰值，ρ为钢板密度，V(i)为体积元。优选的，所述采用热流耦合分析法计算所述电力变压器的各个结构件的对流换热系数，包括：基于热传导以及有限体积法，建立变压器内的油流模型；其中，所述油流模型中，流体的质量守恒方程为：ρ为流体密度，u，v，w依次为速度矢量U在x，y，z三个方向的分量；流体的动量守恒方程为：p为流体单元体上的压力，μ为动力粘度，Su，Sv和Sw表述为：ρ0为空气密度，g为重力加速度，γ为第二粘度；流体的能量守恒方程为：cp为流体比热容，ST为油粘性与流体内部热源共同作用下流体机械能转换成的热能，Tw为流体温度，k为传热系数；基于建立的所述油流模型，结合所述流体密度ρ和所述流体单元体上的压力p之间的状态方程，并将结构件表面温度Tb作为已知量，计算所述电力变压器的各个结构件的对流换热系数；其中，当任意一个结构件同时接触绝缘油以及空气时，计算出该结构件的外侧对流换热系数以及内侧对流换热系数且传热系数当任意一个结构件仅接触绝缘油不接触空气时，计算出该结构件的内侧对流换热系数且传热系数其中，δ为结构件的厚度，λb为结构件的导热系数，Tb为结构件表面温度，qw为单位时间的传热量，Nu为努赛尔数，λa为空气的热导率，L为交界面的长度。优选的，所述通过对各个结构件进行的磁热耦合分析，确定出各个结构件的热点温升值，包括：针对每一个结构件，在进行磁热耦合分析时的传热方程表示为：其中，ρb为该结构件的材料密度，cb为该结构件的比热容，Q为通过该结构件的杂散损耗P计算出的热源功率密度；针对每一个结构件，利用该结构件的对流换热系数确定出的边界条件表示为：其中，n为边界外法向矢量，nx，ny，nz依次表示边界外法向矢量n在x，y，z三个方向的分量，λx，λy，λz，依次表示在x，y，z三个方向的导热系数；利用确定出的所述边界条件求解所述传热方程，确定出该结构件的热点温升值。一种电力变压器热点温升的计算系统，包括：磁场分析模块，用于利用有限元法进行磁场分析，获取电力变压器的各个结构件的杂散损耗；对流换热系数计算模块，用于采用热流耦合分析法计算所述电力变压器的各个结构件的对流换热系数；热点温升计算模块，用于通过对各个结构件进行的磁热耦合分析，确定出各个结构件的热点温升值，其中，针对每一个结构件，利用该结构件的对流换热系数确定出磁热耦合分析时的边界条件，并利用该结构件的杂散损耗作为磁热耦合分析时的热源。优选的，所述磁场分析模块，具体用于：利用有限元法将所述电力变压器分割为多个单元；使用T-Ω法计算出每一个结构件的涡流密度，并基于各个结构件的所述涡流密度计算出各个结构件的涡流损耗；其中，每个结构件包括一个或多个单元；利用磁滞回线计算出各个结构件的磁滞损耗；针对任意一个结构件，将该结构件的涡流损耗与该结构件的磁滞损耗的和作为该结构件的杂散损耗。一种电力变压器热点温升的计算设备，包括：存储器，用于存储计算机程序指令；处理器，用于执行所述计算机程序以实现上述任一项所述的电力变压器热点温升的计算方法的步骤。一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质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上述任一项所述的电力变压器热点温升的计算方法的步骤。应用本专利技术实施例所提供的技术方案，包括：利用有限元法进行磁场分析，获取电力变压器的各个结构件的杂散损耗；采用热流耦合分析法计算电力变压器的各个结构件的对流换热系数；通过对各个结构件进行的磁热耦合分析，确定出各个结构件的热点温升值，其中，针对每一个结构件，利用该结构件的对流换热系数确定出磁热耦合分析时的边界条件，并利用该结构件的杂散损耗作为磁热耦合分析时的热源。本申请的方案中，将磁场分析与热流耦合分析相结合，提高电力变压器热点温升的计算精度。具体的，在进行磁热耦合分析时，作为磁热耦合分析时的热源的杂散损耗，是利用有限元法进行磁场分析而获取到的杂散损耗。由于利用有限元法进了磁场分析，有利于更为精确地确定出各个结构件在各个位置的磁场状态，从而提高计算出的杂散损耗的准确度。而由于是采用热流耦合分析法计算电力变压器本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种电力变压器热点温升的计算方法，其特征在于，包括：利用有限元法进行磁场分析，获取电力变压器的各个结构件的杂散损耗；采用热流耦合分析法计算所述电力变压器的各个结构件的对流换热系数；通过对各个结构件进行的磁热耦合分析，确定出各个结构件的热点温升值，其中，针对每一个结构件，利用该结构件的对流换热系数确定出磁热耦合分析时的边界条件，并利用该结构件的杂散损耗作为磁热耦合分析时的热源。

【技术特征摘要】
1.一种电力变压器热点温升的计算方法，其特征在于，包括：利用有限元法进行磁场分析，获取电力变压器的各个结构件的杂散损耗；采用热流耦合分析法计算所述电力变压器的各个结构件的对流换热系数；通过对各个结构件进行的磁热耦合分析，确定出各个结构件的热点温升值，其中，针对每一个结构件，利用该结构件的对流换热系数确定出磁热耦合分析时的边界条件，并利用该结构件的杂散损耗作为磁热耦合分析时的热源。2.根据权利要求1所述的电力变压器热点温升的计算方法，其特征在于，所述利用有限元法进行磁场分析，获取电力变压器的各个结构件的杂散损耗，包括：利用有限元法将所述电力变压器分割为多个单元；使用T-Ω法计算出每一个结构件的涡流密度，并基于各个结构件的所述涡流密度计算出各个结构件的涡流损耗；其中，每个结构件包括一个或多个单元；利用磁滞回线计算出各个结构件的磁滞损耗；针对任意一个结构件，将该结构件的涡流损耗与该结构件的磁滞损耗的和作为该结构件的杂散损耗。3.根据权利要求2所述的电力变压器热点温升的计算方法，其特征在于，所述基于各个结构件的所述涡流密度计算出各个结构件的涡流损耗，包括：基于各个结构件的所述涡流密度计算出各个结构件的涡流损耗，且计算出的涡流损耗其中，J为涡流密度，σ为电导率，v表示该结构件中的单元。4.根据权利要求2所述的电力变压器热点温升的计算方法，其特征在于，所述利用磁滞回线计算出各个结构件的磁滞损耗，包括：利用磁滞回线计算出各个结构件的磁滞损耗，且计算出的磁滞损耗其中，N为该结构件中的单元数量，为第i单元的磁滞损耗，为第i单元的磁通密度峰值，ρ为钢板密度，V(i)为体积元。5.根据权利要求1至4任一项所述的电力变压器热点温升的计算方法，其特征在于，所述采用热流耦合分析法计算所述电力变压器的各个结构件的对流换热系数，包括：基于热传导以及有限体积法，建立变压器内的油流模型；其中，所述油流模型中，流体的质量守恒方程为：ρ为流体密度，u，v，w依次为速度矢量U在x，y，z三个方向的分量；流体的动量守恒方程为：p为流体单元体上的压力，μ为动力粘度，Su，Sv和Sw表述为：ρ0为空气密度，g为重力加速度，γ为第二粘度；流体的能量守恒方程为：cp为流体比热容，ST为油粘性与流体内部热源共同作用下流体机械能转换成的热能，Tw为流体温度，k为传热系数；基于建立的所述油流模型，结合所述流体密度ρ和所述流体单元体上的压力p之间的状态方程，并将结构件表面温度Tb作为已知量，计算所述电力变压器的各个结构件的对流换热系数；其中，当任意一个结构...

【专利技术属性】
技术研发人员：夏红军，徐红艳，陈峰，董强，张旭峰，史正方，沈峰强，
申请(专利权)人：杭州电力设备制造有限公司，国网浙江杭州市余杭区供电有限公司，国网浙江省电力有限公司杭州供电公司，
类型：发明
国别省市：浙江,33