变压器绕组的疲劳寿命确定方法、装置、设备及存储介质

本技术涉及电力变压器，更具体地，涉及一种变压器绕组的疲劳寿命确定方法、装置、设备及存储介质。

背景技术：

1、电力变压器作为电力传输系统中的重要设备，保证其稳定运行至关重要。在大量的变压器故障案例统计中，短路故障占很大的比例。当变压器发生短路故障时，远大于正常运行值的电流会通过变压器绕组，使得变压器内部的电磁线和绝缘结构承受很大的短路电动力冲击。并且，相关研究表明，变压器的损坏大多并非一两次的短路冲击作用造成，其中存在着多次短路冲击累积效应的影响。在单次和多次短路冲击累积效应的作用下，会引发变压器绕组形变，甚至导致变压器损坏。

2、目前对变压器绕组形变的诊断方法主要采用频响分析法，频响分析法主要是通过检测变压器各个绕组的幅频响应特性，根据检测到的幅频响应特性的变化程度，判断变压器可能发生的绕组变形。但是，这种方法很难检测出由于短路冲击累积效应而造成的变压器绕组的材料性能变化，无法用于评估变压器绕组的疲劳寿命。

3、事实上，已有研究表明，当金属导体材料受到反复的应力(拉力、推力、剪切力或扭转力)时发生的渐进的局部损伤，在经过一定数量的重复之后(重复次数与应力强度成反比)，材料屈服强度下降，将发生断裂。以电力变压器最常使用的铜导线为例，退火铜线具有循环硬化材料的特性。这种材料在循环载荷的作用下，会发生两种不同的变化。其中之一是铜线会受到损伤，即当铜线受到小于其屈服强度(屈服极限)的应力作用时，微观下会产生微小的裂纹，并且随着循环载荷加载次数的累积，铜线的金属疲劳损伤也逐渐累积，这些裂纹也会逐渐发展扩散。而第二种变化是铜线的强化，即内部晶体结构发生变化，晶体缺陷密度增大。宏观上表现出铜线变硬趋势。在以上两种变化的共同作用之下，铜导线在部分位置产生永久性累积损伤，严重时出现裂纹或突然断裂。即使是用量较少的铝导线也存在类似问题。由于金属性能的差异，铝导线导电性能和机械性能比铜导线差，因而耐受短路冲击力能力弱于铜导线，更容易断裂。

4、因此，如何确定电力变压器遭受多次短路冲击后变压器绕组的疲劳寿命，是解决定量评价电力变压器遭受多次短路冲击后的累积效应影响的一个核心问题，亟需行之有效的方法。

技术实现思路

1、针对现有技术的至少一个缺陷或改进需求，本发明提供了一种变压器绕组的疲劳寿命确定方法、装置、设备及存储介质，能够评估在短路冲击累积效应下运行的变压器绕组的疲劳寿命。

2、为实现上述目的，按照本发明的第一个方面，提供了一种变压器绕组的疲劳寿命确定方法，该方法包括：

3、获取预设时间段内变压器绕组在各次短路冲击下承受的短路电动力；

4、根据短路电动力划分出多个连续的应力区间，统计各短路电动力所对应的应力水平在每个应力区间中出现的频数；

5、根据变压器绕组的应力疲劳寿命曲线，确定各应力区间的平均值所对应的疲劳寿命；

6、将最大平均值所对应的疲劳寿命、各平均值、以及与各平均值分别对应的频数，输入非线性疲劳累积损伤模型，确定变压器绕组的疲劳寿命。

7、进一步地，根据短路电动力划分出多个连续的应力区间，统计各短路电动力所对应的应力水平在每个应力区间中出现的频数，包括：将短路电动力转换为应力水平，确定最大应力水平；按照各应力水平与所述最大应力水平的比值，将应力水平划分为多个连续的应力区间，统计在各应力区间内的应力水平的频数。

8、进一步地，上述变压器绕组的疲劳寿命确定方法还包括：将最大平均值所对应的疲劳寿命、各平均值、以及与各平均值分别对应的频数，输入非线性疲劳累积损伤模型，分别确定在预设时间段内变压器绕组在短路冲击下的单次损伤和多次损伤累积，单次损伤和多次损伤累积用于定量评估变压器在短路冲击下的短路冲击累积效应的影响。

9、进一步地，短路电动力包括轴向电动力和辐向电动力中的至少一种。

10、进一步地，短路电动力包括轴向电动力和辐向电动力，轴向电动力和辐向电动力组成一个载荷循环，上述变压器绕组的疲劳寿命确定方法还包括：在短路电动力为轴向电动力的情况下，确定与轴向电动力对应的变压器绕组的第一疲劳寿命；在短路电动力为辐向电动力的情况下，确定与辐向电动力对应的变压器绕组的第二疲劳寿命；根据第一疲劳寿命和第二疲劳寿命，确定变压器绕组的目标疲劳寿命。

11、进一步地，根据短路电动力划分出多个连续的应力区间，统计各短路电动力所对应的应力水平在每个应力区间中出现的频数，包括：根据短路电动力划分出多个连续的应力区间；在当前应力区间的平均值不是应力区间的上限和下限的平均值的情况下，修正当前应力区间；统计各短路电动力所对应的应力水平在修正后的每个应力区间中出现的频数。

12、进一步地，短路冲击累积效应包括短路冲击力累积效应和短路冲击热累积效应。

13、按照本发明的第二个方面，还提供了一种变压器绕组的疲劳寿命确定装置，其包括：

14、获取模块，其被配置为获取预设时间段内变压器绕组在各次短路冲击下承受的短路电动力；

15、统计模块，其被配置为根据短路电动力划分出多个连续的应力区间，统计各短路电动力所对应的应力水平在每个应力区间中出现的频数；

16、确定模块，其被配置为根据变压器绕组的应力疲劳寿命曲线，确定各应力区间的平均值所对应的疲劳寿命；

17、确定模块，其还被配置为将最大平均值所对应的疲劳寿命、各平均值、以及与各平均值分别对应的频数，输入非线性疲劳累积损伤模型，确定变压器绕组的疲劳寿命。

18、进一步地，统计模块，其还被配置为将短路电动力转换为应力水平，确定最大应力水平；按照各应力水平与所述最大应力水平的比值，将应力水平划分为多个连续的应力区间，统计在各应力区间内的应力水平的频数。

19、进一步地，变压器绕组的疲劳寿命确定装置还包括损伤确定模块，其被配置为将最大平均值所对应的疲劳寿命、各平均值、以及与各平均值分别对应的频数，输入非线性疲劳累积损伤模型，分别确定在预设时间段内变压器绕组在短路冲击下的单次损伤和多次损伤累积，单次损伤和多次损伤累积用于定量评估变压器在短路冲击下的短路冲击累积效应的影响。

20、进一步地，短路电动力包括轴向电动力和辐向电动力中的至少一种。

21、进一步地，短路电动力包括轴向电动力和辐向电动力，所述轴向电动力和所述辐向电动力组成一个载荷循环，变压器绕组的疲劳寿命确定装置还包括目标疲劳寿命确定模块，其被配置为在短路电动力为轴向电动力的情况下，确定与轴向电动力对应的变压器绕组的第一疲劳寿命；在短路电动力为辐向电动力的情况下，确定与辐向电动力对应的变压器绕组的第二疲劳寿命；根据第一疲劳寿命和第二疲劳寿命，确定变压器绕组的目标疲劳寿命。

22、进一步地，统计模块，其还被配置为根据短路电动力划分出多个连续的应力区间；在当前应力区间的平均值不是应力区间的上限和下限的平均值的情况下，修正当前应力区间；统计各短路电动力所对应的应力水平在修正后的每个应力区间中出现的频数。

23、进一步地，短路冲击累积效应包括短路冲击力累积效应和短路冲击热累积效应。

24、按照本发明的第三个方面，还提供了一种变压器绕组的疲劳寿命确定设备，其包括至少一个处理单元、以及至少一个存储单元，其中，所述存储单元存储有计算机程序，当所述计算机程序被所述处理单元执行时，使得所述处理单元执行上述任一项所述方法的步骤。

25、按照本发明的第四个方面，还提供了一种存储介质，其存储有可由变压器绕组的疲劳寿命确定设备执行的计算机程序，当所述计算机程序在变压器绕组的疲劳寿命确定设备上运行时，使得所述变压器绕组的疲劳寿命确定设备执行上述任一项所述方法的步骤。

26、总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：

27、通过获取预设时间段内变压器绕组在各次短路冲击下承受的短路电动力，根据短路电动力划分出多个连续的应力区间，得到多个应力区间的平均值，各应力区间的平均值为等辐载荷，从而在各短路电动力所对应的应力水平为变幅载荷的情况下，通过将预设时间段内变压器绕组受到的各短路电动力所对应的应力水平划分为多个连续的应力区间，实现了将变幅载荷等效为多个等幅载荷的效果；进而，通过统计各短路电动力所对应的应力水平在每个应力区间中出现的频数，根据变压器绕组的应力疲劳寿命曲线，确定各应力区间的平均值所对应的疲劳寿命，并将最大平均值所对应的疲劳寿命、各平均值、以及与各平均值分别对应的频数，输入非线性疲劳累积损伤模型，得到变压器绕组的疲劳寿命，从而达到了确定在单次及多次短路冲击下运行的变压器绕组的疲劳寿命的目的，并为进一步地定量评价电力变压器遭受多次短路冲击后累积效应的影响提供了重要的参照数据。