申请/专利权人：内蒙古电力(集团)有限责任公司内蒙古电力科学研究院分公司

申请日：2022-01-25

公开（公告）日：2024-06-21

公开（公告）号：CN114429069B

主分类号：G06F30/23

分类号：G06F30/23;G06F30/27;G06N3/006;G06F111/10;G06F113/08;G06F119/08

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.06.21#授权;2022.05.20#实质审查的生效;2022.05.03#公开

摘要：本发明提供了一种干式电抗器的建模与故障预警方法、建模与故障预警系统，本发明的建模与故障预警方法包括：采用Maxwell建立干式电抗器的电磁‑电路二维分析模型，该模型包括有限元磁场模型和电路模型，通过该模型计算得到包封损耗；将所述包封损耗作为三维流体‑温度场的热源计算电抗器的温度场和流场分布，采用循环迭代算法进行多物理场模型融合建立三维流体‑温度场有限元模型；然后采用PSO‑SVM的融合算法对所述三维流体‑温度场有限元模型进行降阶；在上述模型建立的基础上进行多种匝间短路故障模拟实现故障的识别与预警判别。本发明的建模与故障预警方法提高了预警的准确性，可广泛应用于干式电抗器设备的设计、预警领域。

主权项：1.一种干式电抗器的建模与故障预警方法，其特征在于，包括如下步骤：采用Maxwell建立干式电抗器的电磁-电路二维分析模型，该模型包括有限元磁场模型和电路模型，通过该模型计算得到包封损耗；将所述包封损耗作为三维流体-温度场的热源以计算电抗器的温度场和流场分布，采用循环迭代算法进行多物理场模型融合建立三维流体-温度场有限元模型；然后采用PSO-SVM的融合算法对所述三维流体-温度场有限元模型进行降阶；在降阶后的所述三维流体-温度场有限元模型建立的基础上进行多种匝间短路故障模拟实现故障的识别与预警判别；采用Maxwell建立干式电抗器的电磁-电路二维分析模型的方法包括：按照干式电抗器的实际尺寸大小建立空气、绝缘介质以及线圈的有限元磁场模型，并利用Maxwell进行设计；将干式电抗器的各层线圈的等效电路进行并联并施加独立电源形成电路模型；将线圈的等效电路分别与对应的线圈单元相耦合，得到所述电磁-电路二维分析模型；通过所述电磁-电路二维分析模型计算得到所述包封损耗的方法包括：利用以下公式计算得到包封损耗作为三维流体-温度场的热源计算电抗器的温度场和流场分布： 其中，Pj表示绕组的第j层损耗，Paj为电阻性损耗、Pbj为涡流损耗，γ为铝导线的电导率；ω为施加激励的角频率；Dj为第j匝导线的线径；Ij为第j匝导线中流过的电流；Rj为第j匝导线电阻；1j为每匝导线的半径；Bj为第j匝导线中心处的磁感应强度；所述三维流体-温度场有限元模型建立的方法包括：先建立计算理论模型：干式电抗器周围空气视为不可压缩流体，在直角坐标下的稳态流体通用控制方程为： 上式中，ρ为流体密度；U为流体流速矢量；为流体通用变量；为广义扩散系数；为广义源项；基于传热学基本定律，干式电抗器稳态三维温度场方程及边界条件如下公式所示： 式中，Ts为固体热力学温度；λx、λy、λz为别为固体域材料x轴、y轴、z轴方向的导热系数；q为求解域的体热源密度之和；Γ1为第1类边界条件；TW为已知壁面温度；Γ2为第2类边界条件；λn为边界Γ2的法向导热系数；q0为边界的热流密度；Γ3为第3类边界条件；h为固体表面对流换热系数；然后基于下述条件满足情况下建立有限元模型：在计算域边界Γ1、电抗器固体和空气交界面Γ3上指定无滑移边界条件，即Vx＝Vy＝Vz＝0，表面辐射率取0.9；在计算域边界Γ1上指定恒温边界条件，即T|Γ1＝T0，设定电抗器周围环境温度为293.15K；设置重力加速度为9.81ms2，方向为z轴的负方向；绕组包封内的热源由电磁场计算得到的绕组损耗决定；建立三维流体-温度场有限元模型的过程中，还需对模型本身做如下假设：所述计算理论模型具有轴对称性，包封、防雨罩、星形支架对称面可视为绝热面；包封间温差较小，辐射传热比重小，电抗器内部热交换以对流和传导为主；防雨罩外表面与外冷却空气传热考虑对流和辐射，防雨罩表面发射率取值为0.9；包封视为材料同性整体，防雨罩与星形支架视为线性材料，不考虑材料参数与温度之间的非线性关系；所述计算模型的空气域为电抗器防雨罩、最外层包封、下星形支架之间的空气。

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