基于数字孪生的变压器局部放电定位方法技术

本发明专利技术公开了一种基于数字孪生的变压器局部放电定位方法，属于变压器故障检测领域，包括以下步骤：基于数字孪生技术建立变压器数字孪生模型；根据变压器数字孪生模型进行局部放电模拟，分析局部放电时的超声波分布，获得超声波分布数据；建立对比数据库，将超声波分布数据存入到对比数据库中；测量局部放电变压器的超声波信号，获得超声波测量数据，将超声波测量数据与超声波分布数据进行比较，根据超声波波形相似度得到局部放电位置

【技术实现步骤摘要】
基于数字孪生的变压器局部放电定位方法


[0001]本专利技术属于变压器故障检测领域，尤其涉及一种基于数字孪生的变压器局部放电定位方法
。

技术介绍

[0002]当下对于变压器局部放电位置的确定的方法主要包括特高频法和超声波检测法
。
[0003]特高频法是针对局部放电激发的
300MHz
以上电磁波进行分析，其优点在于可以对局部放电位置进行定位，且检测频带很高，可以有效避开环境中的电磁干扰，但其对于检测硬件要求较高
。
超声波检测法是通过在变压器本体上安装超声波传感器，收集变压器内部发生局部放电时产生的超声信号来进行分析，该方法最大的优点是现场电磁干扰不会对超声波信号产生干扰，在空间定位时较为方便，缺点是超声波的传播受介质性质的影响较大，会使其测量灵敏度降低
。
以上两种方法在进行变压器局部放电检测定位时，均需要在变压器器身上装设多个传感器，多个传感器要实现信号的同步测量，基于局部放电信号到达各个传感器的时间建立空间方程，从而确定局部放电位置，由于多个信号需要时间同步导致装置接线安装复杂
。

技术实现思路

[0004]为解决上述问题，本专利技术提供了如下方案：一种基于数字孪生的变压器局部放电定位方法，包括以下步骤：
[0005]基于数字孪生技术建立变压器数字孪生模型；
[0006]根据所述变压器数字孪生模型进行局部放电模拟，分析局部放电时的超声波分布，获得超声波分布数据；
[0007]建立对比数据库，将所述超声波分布数据存入到对比数据库中；
[0008]测量局部放电变压器的超声波信号，获得超声波测量数据，将所述超声波测量数据与超声波分布数据进行比较，根据超声波波形相似度得到局部放电位置
。
[0009]优选地，所述获得超声波分布数据的方法包括：通过声波方程得到声波在变压器内部的传播规律，并生成变压器油箱上测点声压数据，根据所述传播规律和测点声压数据得到超声波分布数据
。
[0010]优选地，所述声波方程包括连续性方程
、
运动方程和能量方程；
[0011]所述连续性方程为：
[0012][0013]式中，
ρ
表示液相密度，
u、v、w
分别表示
x、y、z
轴方向上的速度分量
。
[0014]优选地，所述运动方程为：
[0015][0016][0017][0018]式中，
u
表示液相粘度，
f
x
，
f
y
，
f
z
分别表示
x、y、z
轴方向上外力的分量，
P
表示流体的压力
。
[0019]优选地，所述能量方程为：
[0020][0021]式中，
K
eff
表示有效导热系数，
v1表示速度矢量，
h
j,q
表示物质
j
在
q
相中的焓，表示物质
j
在
q
相中的扩散通量，
S
表示体积源项
。
[0022]优选地，所述获得超声波测量数据的方法包括：通过
F
‑
P
传感器采集局部放电产生的超声波，超声波作用在光纤薄膜上使薄膜振动，通过计算得到振动数据，基于所述振动数据得到超声波测量数据
。
[0023]优选地，所述振动数据通过振动方程得到，所述振动方程为：
[0024][0025]式中，
η
表示偏移量，
σ
表示薄膜的面密度，表示极坐标下的拉普拉斯算符，
r
表示极坐标系中的径向坐标，
p
表示动态声压，其中
T
表示膜上张力
。
[0026]优选地，所述相似度的计算公式为：
[0027][0028]式中，
x(n)
表示数据库中已有数据，
y(n)
表示实际对应测量点位测得的数据
。
[0029]与现有技术相比，本专利技术具有如下优点和技术效果：
[0030]本专利技术建立变压器局部放电数字孪生模型，通过数字孪生模型获取变压器内任一点发生局部放电后在变压器器身表面的超声分布规律以及相应的特高频分布规律，建立相应的数据库，后通过检测点源收集到局放信号与数据库内已有的波形图进行对比，从而实现定位，解决了现有技术中多个信号需要时间同步导致装置接线安装复杂的问题
。
附图说明
[0031]构成本申请的一部分的附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实
施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定
。
在附图中：
[0032]图1为本专利技术实施例的变压器局部放电定位方法流程图
。
具体实施方式
[0033]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
。
下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请
。
[0034]需要说明的是，在附图的流程图示出的步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行，并且，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤
。
[0035]实施例一
[0036]如图1所示，本专利技术所提供了一种基于数字孪生的变压器局部放电定位方法，包括以下步骤：
[0037]基于数字孪生建立数据库，通过对在变压器内部的不同位置模拟各种局部放电
。
使用此数字孪生模型分析超声波传播
。
在变压器油箱上和变压器绕组内布置光纤，形成外部和内部联合的局部放电检测系统
。
[0038]在变压器内部发生局部放电时，会产生振荡衰减的超声波
。
因此局部放电的电信号可以利用超声信号进行分析
。
[0039]描述声音在流体中传播的方程称为声波方程，包括公式
(1)
连续性方程，公式
(2)
‑
(4)
运动方程，公式
(5)
能量方程，
[0040][0041]其中
ρ
是液相密度，单位是
kg/m3；
u
，
v
，
w
，表示
x
，
y
，
z
方向上的速度分量，单位是
m/s。
公式
(1)
反映了流体力学中质量守恒定律
。
[0042][0043][0044][0045]其中
u
是液相粘度；
f
x...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
基于数字孪生的变压器局部放电定位方法，其特征在于，包括以下步骤：基于数字孪生技术建立变压器数字孪生模型；根据所述变压器数字孪生模型进行局部放电模拟，分析局部放电时的超声波分布，获得超声波分布数据；建立对比数据库，将所述超声波分布数据存入到对比数据库中；测量局部放电变压器的超声波信号，获得超声波测量数据，将所述超声波测量数据与超声波分布数据进行比较，根据超声波波形相似度得到局部放电位置
。2.
根据权利要求1所述的基于数字孪生的变压器局部放电定位方法，其特征在于，所述获得超声波分布数据的方法包括：通过声波方程得到声波在变压器内部的传播规律，并生成变压器油箱上测点声压数据，根据所述传播规律和测点声压数据得到超声波分布数据
。3.
根据权利要求2所述的基于数字孪生的变压器局部放电定位方法，其特征在于，所述声波方程包括连续性方程
、
运动方程和能量方程；所述连续性方程为：式中，
ρ
表示液相密度，
u、v、w
分别表示
x、y、z
轴方向上的速度分量
。4.
根据权利要求3所述的基于数字孪生的变压器局部放电定位方法，其特征在于，所述运动方程为：所述运动方程为：所述运动方程为：式中，
u
表示液相粘度，
f
x
，
f
y
，
f
z
分别表示
x、y、z
轴方向上外力的分量，
P
表示流体的压力
。5.
...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨定乾，张维宁，詹仲强，周利兵，
申请(专利权)人：国网新疆电力有限公司电力科学研究院，
类型：发明
国别省市：