【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及电力，特别是基于有限元理论的变压器铁芯松动状态下监测方法及系统。
技术介绍
1、近年来，随着新型电力系统的构建及电网智能化的提高，作为电力系统中电磁转换和变换电压的重要电气设备变压器，其安全稳定尤为重要，随着新型电力系统朝着高比例新能源发展，新增运行的变压器的数量急剧上升，变压器由于结构复杂、工作周期长、运行环境差等原因，导致变压器的大量投入给电网带来了巨大的安全隐患，保障变压器安全工作是电网工作者的重要任务之一，充分保证电力系统的安全稳定运行。
2、目前随着电力系统对变压器运行状态的监测要求越来越高，尝试应用有限元理论来模拟变压器铁芯的工作状态，有限元理论通过将连续体离散化为有限单元，在每个单元上建立控制方程，求解各单元的物理量，最终合成整体的近似解，这种数值计算方法可以精确描述变压器铁芯的应力和变形状态，但现有的有限元理论监测变压器铁芯松动状态的研究还不够深入，还需要进一步加强变压器铁芯有限元建模，求解算法等方面的工作，以提高监测的精度，利用有限元理论监测变压器铁芯松动状态仍处于探索阶段，还需进一步的优化。
技术实现思路
1、鉴于现有的基于有限元理论的变压器铁芯松动状态下监测方法及系统中存在的问题，提出了本专利技术。
2、因此，本专利技术的目的是提供基于有限元理论的变压器铁芯松动状态下监测方法及系统，能够在无法监测变压器铁芯松动状态下，通过铁芯预紧力的弹性模量变化反应松动程度。
3、为解决上述技术问题，本专利技术提供如下技术方案
4、第一方面，本专利技术实施例提供了基于有限元理论的变压器铁芯松动状态下监测方法，其包括，根据变压器铁芯的实际尺寸建立二维几何模型，对铁芯材料属性进行设置，施加二维几何模型边界网格化限制；利用comsol求解二维几何模型，计算变压器铁芯振动内部磁通分布；针对变压器铁芯松动状态下振动内部磁通分布，通过铁芯预紧力的弹性模量变化反应松动程度，对变压器铁芯实时监测。
5、作为本专利技术所述基于有限元理论的变压器铁芯松动状态下监测方法的一种优选方案，其中：所述根据变压器铁芯的实际尺寸建立二维几何模型包括根据变压器铁芯的实际尺寸建立二维等效模型，所述变压器铁芯包括铁芯铁轭、中心柱和绕组，在变压器铁芯周边添加物理场，根据变压器铁芯振动原理，选择物理电磁场、固体力学场和多物理场下的磁致伸缩。
6、作为本专利技术所述基于有限元理论的变压器铁芯松动状态下监测方法的一种优选方案，其中：所述对铁芯材料属性进行设置包括根据变压器铁芯材料和变压器油材料确定属性值，所述变压器铁芯材料包括电导率、相对介电常数、杨氏模量、泊松比、密度、饱和磁化强度、初始磁化率以及饱和磁致伸缩系数，所述变压器油材料包括电导率、相对介电常数和相对磁导率，根据物理场对模型中的铁芯材料和变压器油材料进行自定义。
7、作为本专利技术所述基于有限元理论的变压器铁芯松动状态下监测方法的一种优选方案，其中：所述施加二维几何模型边界网格化限制包括根据铁芯磁致伸缩进行边界条件设置，在磁场物理场下将变压器的油箱选择磁绝缘，限制磁通流出变压器箱体，在固体力学物理场下，对铁芯的底部施加固定约束，对铁芯的边界设定自由，对变压器铁芯区域采用“超细化”网格大小，对变压器油区域进行自由三角形网格剖分，当网格剖分单元过大时，计算结果误差较大，当网格剖分单元过小时，计算结果误差越准确。
8、作为本专利技术所述基于有限元理论的变压器铁芯松动状态下监测方法的一种优选方案，其中：所述利用comsol求解二维几何模型包括采用全耦合求解器和分离式求解器进行求解，所述全耦合求解器采用线性方程求解未知变量，所述分离式求解器按照物理场进行分离，采用线性方程求解未知变量，所述采用线性方程求解包括直接算法和迭代算法，所述利用comsol求解二维几何模型还包括物理场控制和用户控制，对铁芯振动加速度进行位移。
9、作为本专利技术所述基于有限元理论的变压器铁芯松动状态下监测方法的一种优选方案，其中：所述计算变压器铁芯振动内部磁通分布包括采用空载计算变压器铁芯内部磁通，绘制变压器铁芯振动加速度波形，利用matlab进行傅里叶变换分析加速度波形特征。
10、作为本专利技术所述基于有限元理论的变压器铁芯松动状态下监测方法的一种优选方案，其中：所述针对变压器铁芯松动状态下振动内部磁通分布，通过铁芯预紧力的弹性模量变化反映松动程度包括铁芯材料弹性模量与应力应变的关系为：
11、
12、其中，δ和ε为应力与应变，c为线性常数，d为硬化系数，e为铁芯的弹性模量；
13、所述对变压器铁芯实时监测包括通过改变铁芯弹性模量，利用comsol软件来模拟变压器铁芯松动故障，当变压器出现重度松动故障时，变压器铁芯振动加速度幅值增高，当变压器中度松动时，变压器铁芯振动加速度幅值处于正常水平，当变压器轻度松动时，变压器铁芯振动加速度幅值下降。
14、第二方面，本专利技术实施例提供了基于有限元理论的变压器铁芯松动状态下监测系统，其包括：建立模块，其根据变压器铁芯的实际尺寸建立二维几何模型，对铁芯材料属性进行设置，施加二维几何模型边界网格化限制；计算模块，其利用comsol求解二维几何模型，计算变压器铁芯振动内部磁通分布；监测模块，其针对变压器铁芯松动状态下振动内部磁通分布，通过铁芯预紧力的弹性模量变化反应松动程度，对变压器铁芯实时监测。
15、第三方面，本专利技术实施例提供了一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，其中：所述处理器执行所述计算机程序时实现上述的基于有限元理论的变压器铁芯松动状态下监测方法的任一步骤。
16、第四方面，本专利技术实施例提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其中：所述计算机程序被处理器执行时实现上述的基于有限元理论的变压器铁芯松动状态下监测方法的任一步骤。
17、本专利技术有益效果为：通过建立二维几何模型，利用comsol求解二维几何模型，计算变压器铁芯振动内部磁通分布，针对变压器铁芯松动状态下振动内部磁通分布，通过铁芯预紧力的弹性模量变化反应松动程度，对变压器铁芯实时监测。本方案精确计算铁芯内部的磁通分布，反映铁芯的实际工作状态，通过比较不同预紧力下的磁通分布变化，可以监测铁芯松动程度，实现对铁芯松动的实时监测，建立了一个结合有限元计算与参数比较的新方法，可以持续监测铁芯状态，有效弥补了现有技术间歇性和精度不高的缺点，更适合变压器的在线实时监测。
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1.基于有限元理论的变压器铁芯松动状态下监测方法，其特征在于：包括，
2.如权利要求1所述的基于有限元理论的变压器铁芯松动状态下监测方法，其特征在于：所述建立二维几何模型包括根据变压器铁芯的实际尺寸建立二维等效模型，所述变压器铁芯包括铁芯铁轭、中心柱和绕组，在变压器铁芯周边添加物理场，根据变压器铁芯振动原理，选择物理电磁场、固体力学场和多物理场下的磁致伸缩。
3.如权利要求2所述的基于有限元理论的变压器铁芯松动状态下监测方法，其特征在于：所述对铁芯材料属性进行设置包括根据变压器铁芯材料和变压器油材料确定属性值，根据物理场对模型中的铁芯材料和变压器油材料进行自定义。
4.如权利要求3所述的基于有限元理论的变压器铁芯松动状态下监测方法，其特征在于：所述边界网格化限制包括根据铁芯磁致伸缩进行边界条件设置，在磁场物理场下将变压器的油箱选择磁绝缘，限制磁通流出变压器箱体，在固体力学物理场下，对铁芯的底部施加固定约束，对铁芯的边界设定自由区域，对变压器铁芯区域采用超细化网格大小，对变压器油区域进行自由三角形网格剖分，若网格剖分单元过大，则计算结果误差较大，
5.如权利要求4所述的基于有限元理论的变压器铁芯松动状态下监测方法，其特征在于：所述求解二维几何模型包括采用全耦合求解器和分离式求解器进行求解，所述全耦合求解器采用线性方程求解未知变量，所述分离式求解器按照物理场进行分离，采用线性方程求解未知变量，所述采用线性方程求解包括直接算法和迭代算法，所述求解二维几何模型还包括物理场控制和用户控制，对铁芯振动加速度进行位移。
6.如权利要求5所述的基于有限元理论的变压器铁芯松动状态下监测方法，其特征在于：所述确定变压器铁芯振动的内部磁通分布包括采用空载计算变压器铁芯内部磁通，绘制变压器铁芯振动加速度波形，利用MATLAB进行傅里叶变换分析加速度波形特征。
7.如权利要求6所述的基于有限元理论的变压器铁芯松动状态下监测方法，其特征在于：所述反应松动程度包括铁芯材料弹性模量与应力应变的关系为：
8.基于有限元理论的变压器铁芯松动状态下监测系统，基于权利要求1～7任一所述的基于有限元理论的变压器铁芯松动状态下监测方法，其特征在于：包括，
9.一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，其特征在于：所述处理器执行所述计算机程序时实现权利要求1～7任一所述的基于有限元理论的变压器铁芯松动状态下监测方法的步骤。
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：所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1～7任一所述的基于有限元理论的变压器铁芯松动状态下监测方法的步骤。
...【技术特征摘要】
1.基于有限元理论的变压器铁芯松动状态下监测方法，其特征在于：包括，
2.如权利要求1所述的基于有限元理论的变压器铁芯松动状态下监测方法，其特征在于：所述建立二维几何模型包括根据变压器铁芯的实际尺寸建立二维等效模型，所述变压器铁芯包括铁芯铁轭、中心柱和绕组，在变压器铁芯周边添加物理场，根据变压器铁芯振动原理，选择物理电磁场、固体力学场和多物理场下的磁致伸缩。
3.如权利要求2所述的基于有限元理论的变压器铁芯松动状态下监测方法，其特征在于：所述对铁芯材料属性进行设置包括根据变压器铁芯材料和变压器油材料确定属性值，根据物理场对模型中的铁芯材料和变压器油材料进行自定义。
4.如权利要求3所述的基于有限元理论的变压器铁芯松动状态下监测方法，其特征在于：所述边界网格化限制包括根据铁芯磁致伸缩进行边界条件设置，在磁场物理场下将变压器的油箱选择磁绝缘，限制磁通流出变压器箱体，在固体力学物理场下，对铁芯的底部施加固定约束，对铁芯的边界设定自由区域，对变压器铁芯区域采用超细化网格大小，对变压器油区域进行自由三角形网格剖分，若网格剖分单元过大，则计算结果误差较大，若网格剖分单元过小，则计算结果误差准确。
5.如权利要求4所述的基于有限元理论的变压器铁芯松动状态下监测方法，其特征在于：所述求解二维几何模型包括采用全耦合求解器和分离式求...
【专利技术属性】
技术研发人员：张英，徐龙舞，王明伟，黄杰，王为，赵世钦，
申请(专利权)人：贵州电网有限责任公司，
类型：发明
国别省市：
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