【技术领域】
本发明涉及电力技术领域,尤其涉及电抗器寿命自动评估方法及装置。
背景技术:
干式电抗器的安全运行和使用寿命很大程度上取决于电抗器绕组绝缘的安全可靠。绕组温度超过绝缘材料的耐热极限而使绝缘材料破坏是导致电抗器不能正常工作的主要原因之一,因而对电抗器的运行温度进行实时监测、分析及控制是十分必要的。
常规的干式电抗器虽然都有监测其温度的带电显示器,但仍需要工作人员根据其温度的变化人工推断干式电抗器的受影响情况,从而估算干式电抗器的剩余寿命。
然而,这种推断方式极不精确,经常面对令人措手不及的干式电抗器故障。
因此,如何高效准确地检测出电抗器的寿命,成为目前亟待解决的技术问题。
技术实现要素:
本发明实施例提供了电抗器寿命自动评估方法及装置,旨在解决相关技术中电抗器的寿命评估不精确的技术问题。
第一方面,本发明实施例提供了电抗器寿命自动评估方法,包括:获取电抗器工作参数;将所述电抗器工作参数输入电抗器温度场模型,通过所述电抗器温度场模型输出电抗器温度分布信息;在所述电抗器温度分布信息中选择绝缘材料所处位置处的最高温度信息;将所述最高温度信息所属的绝缘材料的老化寿命确定为所述电抗器的剩余寿命。
在本发明上述实施例中,可选地,所述电抗器为干式电抗器。
在本发明上述实施例中,可选地,在所述获取电抗器工作参数的步骤之前,还包括:获取训练样本,所述训练样本包括历史工作参数和所述历史工作参数对应的历史电抗器温度分布信息;初始化初始电抗器温度场模型的工作参数;将所述历史工作参数输入所述初始电抗器温度场模型,并通过所述初始电抗器温度场模型输出预测电抗器温度分布信息;根据所述预测电抗器温度分布信息和所述历史电抗器温度分布信息的差异,调整所述初始电抗器温度场模型的工作参数,得到所述电抗器温度场模型。
在本发明上述实施例中,可选地,所述获取电抗器工作参数的步骤,包括:每隔第一时长获取所述电抗器工作参数;将所述电抗器工作参数存储至指定位置;所述将所述电抗器工作参数输入电抗器温度场模型的步骤,包括:每隔第二时长获取所述指定位置存储的所述电抗器工作参数,其中,所述第二时长大于所述第一时长。
在本发明上述实施例中,可选地,所述第二时长是所述第一时长的整数倍,所述整数大于1。
在本发明上述实施例中,可选地,还包括:判断所述电抗器的所述剩余寿命是否小于预定寿命的指定百分比大小;基于所述剩余寿命小于所述预定寿命的所述指定百分比大小的情况,发出寿命不足预警。
第二方面,本发明实施例提供了电抗器寿命自动评估装置,包括:工作参数获取单元,用于获取电抗器工作参数;模型计算单元,用于将所述电抗器工作参数输入电抗器温度场模型,通过所述电抗器温度场模型输出电抗器温度分布信息;最高温度选择单元,用于在所述电抗器温度分布信息中选择绝缘材料所处位置处的最高温度信息;剩余寿命确定单元,用于将所述最高温度信息所属的绝缘材料的老化寿命确定为所述电抗器的剩余寿命。
在本发明上述实施例中,可选地,所述电抗器为干式电抗器。
在本发明上述实施例中,可选地,还包括:样本获取单元,用于在所述工作参数获取单元获取所述电抗器工作参数之前,获取训练样本,所述训练样本包括历史工作参数和所述历史工作参数对应的历史电抗器温度分布信息;初始化单元,用于初始化初始电抗器温度场模型的工作参数;模型训练单元,用于将所述历史工作参数输入所述初始电抗器温度场模型,并通过所述初始电抗器温度场模型输出预测电抗器温度分布信息;模型调整单元,用于根据所述预测电抗器温度分布信息和所述历史电抗器温度分布信息的差异,调整所述初始电抗器温度场模型的工作参数,得到所述电抗器温度场模型。
在本发明上述实施例中,可选地,所述工作参数获取单元用于:每隔第一时长获取所述电抗器工作参数;所述模型计算单元用于:每隔第二时长获取所述指定位置存储的所述电抗器工作参数,其中,所述第二时长大于所述第一时长。
在本发明上述实施例中,可选地,所述第二时长是所述第一时长的整数倍,所述整数大于1。
在本发明上述实施例中,可选地,还包括:判断单元,用于判断所述电抗器的所述剩余寿命是否小于预定寿命的指定百分比大小;寿命预警单元,用于基于所述剩余寿命小于所述预定寿命的所述指定百分比大小的情况,发出寿命不足预警。
第三方面,本发明实施例提供了一种电力设备,包括:至少一个处理器;以及,与所述至少一个处理器通信连接的存储器;其中,所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令,所述指令被设置为用于执行上述第一方面中任一项所述的方法。
第四方面,本发明实施例提供了一种计算机可读存储介质,存储有计算机可执行指令,所述计算机可执行指令用于执行上述第一方面中任一项所述的方法流程。
以上技术方案,针对相关技术中电抗器的寿命评估不精确的技术问题,可通过预设的电抗器温度场模型自动检测电抗器的剩余寿命。
具体来说,可通过大量训练样本训练电抗器温度场模型,训练样本包括历史工作参数和所述历史工作参数对应的历史电抗器温度分布信息,因此,训练得到的电抗器温度场模型体现了电抗器工作参数与电抗器温度分布信息按照大量历史数据总结出的关联关系。因此,可将实时检测到的电抗器工作参数输入电抗器温度场模型,通过电抗器温度场模型输出此时的电抗器温度分布信息。而在此时的电抗器温度分布信息中,由于绝缘材料最容易损坏,绝缘材料之中,绝缘材料温度越高,其损坏几率越大,当其损坏时,会影响整个电抗器的正常工作,因此,可选择绝缘材料所处位置处的最高温度信息,即温度最高的绝缘材料,将其老化寿命作为电抗器的剩余寿命。
通过以上技术方案,高效准确地进行了电抗器寿命的自动评估,减少了人力成本和时间成本,提升了电抗器寿命评估的准确性和高效性,有助于提升电力工作的效率。
【附图说明】
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案,下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1示出了根据本发明的一个实施例的电抗器寿命自动评估方法的流程图;
图2示出了根据本发明的一个实施例的训练电抗器温度场模型的流程图;
图3示出了根据本发明的另一个实施例的电抗器寿命自动评估方法的流程图;
图4示出了根据本发明的一个实施例的电抗器寿命自动评估装置的框图;
图5示出了根据本发明的一个实施例的电力设备的框图。
【具体实施方式】
为了更好的理解本发明的技术方案,下面结合附图对本发明实施例进行详细描述。
应当明确,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例,都属于本发明保护的范围。
在本发明实施例中使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的,而非旨在限制本发明。在本发明实施例和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式,除非上下文清楚地表示其他含义。
图1示出了根据本发明的一个实施例的电抗器寿命自动评估方法的流程图。
如图1所示,根据本发明的一个实施例的电抗器寿命自动评估方法的流程包括:
步骤102,获取电抗器工作参数。
所述电抗器为干式电抗器。其中,电力电抗器按绝缘介质分为油浸式电抗器和干式电抗器两类。而干式电抗器由于其结构简单、重量轻、无饱和现象等特点,在电网中正逐步取代油浸式电抗器,所以研究干式电抗器的寿命特性很有必要。干式电抗器外绝缘主要采用环氧树脂固化成型工艺,运行中由于局部放电、外部环境等因素往往会产生间断性异常发热现象。因为绝缘材料寿命在较高温度下会持续降低,所以干式电抗器极易出现局部老化现象,从而缩短电抗器寿命,影响电网安全运行。因此,需要对干式电抗器的剩余寿命进行评估和监控。
步骤104,将所述电抗器工作参数输入电抗器温度场模型,通过所述电抗器温度场模型输出电抗器温度分布信息。
通过大量训练样本训练电抗器温度场模型,训练样本包括历史工作参数和所述历史工作参数对应的历史电抗器温度分布信息,因此,训练得到的电抗器温度场模型体现了电抗器工作参数与电抗器温度分布信息按照大量历史数据总结出的关联关系。因此,可将实时检测到的电抗器工作参数输入电抗器温度场模型,通过电抗器温度场模型输出此时的电抗器温度分布信息。
步骤106,在所述电抗器温度分布信息中选择绝缘材料所处位置处的最高温度信息。
步骤108,将所述最高温度信息所属的绝缘材料的老化寿命确定为所述电抗器的剩余寿命。
在此时的电抗器温度分布信息中,由于绝缘材料最容易损坏,绝缘材料之中,绝缘材料温度越高,其损坏几率越大,当其损坏时,会影响整个电抗器的正常工作,因此,可选择绝缘材料所处位置处的最高温度信息,即温度最高的绝缘材料,将其老化寿命作为电抗器的剩余寿命。
针对相关技术中电抗器的寿命评估不精确的技术问题,可通过预设的电抗器温度场模型自动检测电抗器的剩余寿命。通过以上技术方案,高效准确地进行了电抗器寿命的自动评估,减少了人力成本和时间成本,提升了电抗器寿命评估的准确性和高效性,有助于提升电力工作的效率。
图2示出了根据本发明的一个实施例的训练电抗器温度场模型的流程图。
如图2所示,根据本发明的一个实施例的训练电抗器温度场模型的流程,包括:
步骤202,获取训练样本,所述训练样本包括历史工作参数和所述历史工作参数对应的历史电抗器温度分布信息。
训练样本为基于此成功估算出了准确的电抗器剩余寿命的数据,包括大量电抗器的历史工作参数,以及所述历史工作参数对应的历史电抗器温度分布信息。
步骤204,初始化初始电抗器温度场模型的工作参数。
步骤206,将所述历史工作参数输入所述初始电抗器温度场模型,并通过所述初始电抗器温度场模型输出预测电抗器温度分布信息。
预测电抗器温度分布信息为初始电抗器温度场模型计算得到,与实际的历史电抗器温度分布信息有差别,因此,可对初始电抗器温度场模型的工作参数进行调整,直至工作参数调整后的模型可输出历史电抗器温度分布信息为止。
步骤208,根据所述预测电抗器温度分布信息和所述历史电抗器温度分布信息的差异,调整所述初始电抗器温度场模型的工作参数,得到电抗器温度场模型。
通过大量训练样本训练电抗器温度场模型,训练样本包括历史工作参数和所述历史工作参数对应的历史电抗器温度分布信息,因此,训练得到的电抗器温度场模型体现了电抗器工作参数与电抗器温度分布信息按照大量历史数据总结出的关联关系。因此,可将实时检测到的电抗器工作参数输入电抗器温度场模型,通过电抗器温度场模型输出此时的电抗器温度分布信息。
由此,通过电抗器温度场模型可自动高效地进行电抗器寿命的评估,提升了电力工作的效率。
图3示出了根据本发明的另一个实施例的电抗器寿命自动评估方法的流程图。
步骤302,每隔第一时长获取电抗器工作参数。
第一时长可根据实际检测需求进行设置,比如,设置第一时长为1min。
步骤304,将所述电抗器工作参数存储至指定位置。
步骤306,每隔第二时长获取所述指定位置存储的所述电抗器工作参数,其中,所述第二时长大于所述第一时长。
第二时长可根据实际检测需求进行设置,比如,设置第一时长为5min,也就是说,不停地检测电抗器工作参数,并将其存储至指定位置,而每隔第二时长获取所述指定位置存储的多次电抗器工作参数用以电抗器温度分布信息的计算。
可选地,所述第二时长是所述第一时长的整数倍,所述整数大于1,比如,将整数设置为5。
步骤308,通过所述电抗器温度场模型输出电抗器温度分布信息。
通过大量训练样本训练电抗器温度场模型,训练样本包括历史工作参数和所述历史工作参数对应的历史电抗器温度分布信息,因此,训练得到的电抗器温度场模型体现了电抗器工作参数与电抗器温度分布信息按照大量历史数据总结出的关联关系。因此,可将实时检测到的电抗器工作参数输入电抗器温度场模型,通过电抗器温度场模型输出此时的电抗器温度分布信息。
步骤310,在所述电抗器温度分布信息中选择绝缘材料所处位置处的最高温度信息。
步骤312,将所述最高温度信息所属的绝缘材料的老化寿命确定为所述电抗器的剩余寿命。
在此时的电抗器温度分布信息中,由于绝缘材料最容易损坏,绝缘材料之中,绝缘材料温度越高,其损坏几率越大,当其损坏时,会影响整个电抗器的正常工作,因此,可选择绝缘材料所处位置处的最高温度信息,即温度最高的绝缘材料,将其老化寿命作为电抗器的剩余寿命。
针对相关技术中电抗器的寿命评估不精确的技术问题,可通过预设的电抗器温度场模型自动检测电抗器的剩余寿命。通过以上技术方案,高效准确地进行了电抗器寿命的自动评估,减少了人力成本和时间成本,提升了电抗器寿命评估的准确性和高效性,有助于提升电力工作的效率。
需要补充的是,在图1至图3示出的任一实施例中,还包括:判断所述电抗器的所述剩余寿命是否小于预定寿命的指定百分比大小;基于所述剩余寿命小于所述预定寿命的所述指定百分比大小的情况,发出寿命不足预警。
也就是说,一旦电抗器的所述剩余寿命低于预定寿命的指定百分比大小,就要发出寿命不足预警,以提示工作人员及时进行处理,维护电力设备或者电力系统的稳定工作。指定百分比可选为10%。
下面具体介绍电抗器温度场模型的内部工作过程,其中涉及的各参数即为电抗器工作参数。
因为干式电抗器由铝导线和周围绝缘的环氧树脂与玻璃纤维组成,所以当电抗器处于交流电工作下,总阻抗包含匝间和层间的容抗、本身的感抗和阻抗。本文只考虑电抗器生热,因为容抗和感抗不会生热,所以只需考虑铝导线电阻生热情况,即直流电阻损耗和涡流损耗。
直流电阻损耗公式如下:
式中:q—直流损耗;i—电流有效值;ρ—电阻率;l—铝导线长度;s—铝导线截面。
涡流损耗主要由集肤效应和邻近效应引起。集肤效应是因为导线在自身产生的交变磁场中产生涡流造成电流趋近导体表面,一般用集肤深度△来表示有效截面的减少程度:
式中:f—频率;γ—电导率;μ—磁导率。
将电抗器参数导入得△≈11.9mm,远大于铝导线线径3.2mm,所以集肤效应不是主要的涡流损耗影响因素。
邻近效应是由于交流电下相邻导体感应出涡流产生热,根据前人研究一般是直流产热的0.8~1倍,而电抗器采用利兹线作绕组可以有效降低涡流损耗,所以本文取直流损耗的0.8倍当做邻近效应产生的涡流损耗。
正常工作的电抗器散热方式主要是热传导、热辐射和热对流。电抗器导体生热并通过热传导传至封包内外表面,表面具有一定温度后,会产生热辐射,热辐射量满足斯蒂芬—玻尔兹曼方程:
式中:qw—单位面积热辐射量;ε—物体表面的灰度系数,本文取0.9;δ—玻尔兹曼常量;t—物体温度;t∞—空气温度。
电抗器封包周围同时会和空气进行热对流,满足牛顿冷却定律:
q=hδt
式中:q—单位面积热流密度;h—对流传热系数;△t—空气与封包温差
对流系数h直接反应对流传热的剧烈程度,它受物体表面尺寸、形状、流体特性等因素影响,下面进行讨论。
当流体与温度不同的固体通过其表面进行对流传热时,温差只存在于固体表面很薄的一层流体中,这层流体称为温度边界层。因为垂直于温度边界层方向温度梯度远大于其他方向梯度,且温度边界层以外的区域温差很小,所以本文对对流传热模型进行简化,只考虑温度边界层对流传热,并将温度边界层分成层流流动和紊流流动。一般空气受热流动的初步阶段是层流流动,即层流间不会有气体扩散,中后部阶段是紊流流动,层流间存在气体扩散,两阶段间有很短的一层过渡层。
在电抗器底部,封包表面空气受热膨胀,密度变小向上移动,层流层厚度从下向上逐渐增加,散热越来越困难,对流系数h慢慢减少;过渡层中紊流增多,散热自下而上变得容易,对流系数h慢慢增加;紊流层中散热能力近似相等,对流系数h不变。工程中,一般用瑞利判据来判定流态:
式中:g—重力加速度;β—气体膨胀系数;l—电抗器高度;v—空气的运动粘度;c—空气比热;p—空气密度;λ—空气的热传导系数;t—物体温度;t∞—空气温度。
因为过渡层很短,为简化模型,本文中ra<109,边界层处于层流状态;若ra>109,边界层处于紊流状态。
当电抗器处于层流层传热时,本文采用fujii总结的自然对流换热的准则方程和局部努塞尔数与对流传热系数的关系:
式中:nu—努塞尔数;pr—普朗特数;gr*—格拉晓夫修正值;z—高度。
以上三式得
而在紊流层中,根据churchlin的经验公式:
得到紊流层对流系数h=4.09。
在本文中,以上热传递计算中均选取第三类边界条件,即在边界处热传导热量等于对流热量。
干式电抗器按用途可分为串联电抗器、并联电抗器、限流电抗器、滤波电抗器等,但其工作原理和机构基本相似,本文对一台35kv并联电抗器进行建模,取铝导线密度p=2.79×103kg/m3,热导率k=164w/(m·k),电抗器高度h=1m,通气通道宽0.032m等,由公式(1)得,单位面积的热流密度qw=445w/m2,并做如下设置:
1、各绕组电流相等,本文取15a;
2、涡流损耗是直流损耗的0.8倍;
3、单封包产热均匀地流过该封包,且轴向对称;
4、忽略支撑件的散热,只考虑封包热辐射和对流传热
所以干式电抗器传热方程满足公式:
本文取空气温度20℃,在电抗器上部三分之一位置处是电抗器运行中的最高温度,所以研究该位置绝缘材料在运行温度下的寿命损失可以替代电抗器的寿命损失。
绝缘材料温度下的a、b值如下表:
表1
干式电抗器在实际运行中正常寿命不低于180000h。本文用180000h作为比较保守的参考值来表示老化率k,即在恒定热点温度t运行下,该电抗器每小时损失的寿命小时数:
所以在恒定热点温度t下,一段时间t小时内的寿命损失lc:
所以本文通过实时记录干式电抗器最高点温度,通过热老化率来累计干式电抗器寿命损失,从而对干式电抗器进行寿命评估。
在本发明的一种实现方式中,本文电抗器寿命评估软件采用labview进行编译,温度数据每隔1分钟存储于excel文件中,软件每隔5分钟读取一次excel文件并进行寿命评估,流程图如下所示。首先读取最新温度值,并判断是否超出极限温度,超出则立即远程警告;然后在该温度下进行5分钟寿命损失计算,并进行累计;最后,按照寿命180000h为参考值进行剩余寿命计算,剩余寿命达到10%进行远程预警。
图4示出了根据本发明的一个实施例的电抗器寿命自动评估装置的框图。
如图4所示,根据本发明的一个实施例的电抗器寿命自动评估装置400包括:工作参数获取单元402,用于获取电抗器工作参数;模型计算单元404,用于将所述电抗器工作参数输入电抗器温度场模型,通过所述电抗器温度场模型输出电抗器温度分布信息;最高温度选择单元406,用于在所述电抗器温度分布信息中选择绝缘材料所处位置处的最高温度信息;剩余寿命确定单元408,用于将所述最高温度信息所属的绝缘材料的老化寿命确定为所述电抗器的剩余寿命。
在本发明上述实施例中,可选地,所述电抗器为干式电抗器。
在本发明上述实施例中,可选地,还包括:样本获取单元,用于在所述工作参数获取单元402获取所述电抗器工作参数之前,获取训练样本,所述训练样本包括历史工作参数和所述历史工作参数对应的历史电抗器温度分布信息;初始化单元,用于初始化初始电抗器温度场模型的工作参数;模型训练单元,用于将所述历史工作参数输入所述初始电抗器温度场模型,并通过所述初始电抗器温度场模型输出预测电抗器温度分布信息;模型调整单元,用于根据所述预测电抗器温度分布信息和所述历史电抗器温度分布信息的差异,调整所述初始电抗器温度场模型的工作参数,得到所述电抗器温度场模型。
在本发明上述实施例中,可选地,所述工作参数获取单元402用于:每隔第一时长获取所述电抗器工作参数;所述模型计算单元404用于:每隔第二时长获取所述指定位置存储的所述电抗器工作参数,其中,所述第二时长大于所述第一时长。
在本发明上述实施例中,可选地,所述第二时长是所述第一时长的整数倍,所述整数大于1。
在本发明上述实施例中,可选地,还包括:判断单元,用于判断所述电抗器的所述剩余寿命是否小于预定寿命的指定百分比大小;寿命预警单元,用于基于所述剩余寿命小于所述预定寿命的所述指定百分比大小的情况,发出寿命不足预警。
该电抗器寿命自动评估装置400使用图1和图2示出的实施例中任一项所述的方案,因此,具有上述所有技术效果,在此不再赘述。
图5示出了根据本发明的一个实施例的电力设备的框图。
如图5所示,本发明的一个实施例的电力设备500,包括至少一个存储器502;以及,与所述至少一个存储器502通信连接的处理器504;其中,所述存储器存储有可被所述至少一个处理器504执行的指令,所述指令被设置为用于执行上述图1和图2实施例中任一项所述的方案。因此,该电力设备500具有和图1和图2实施例中任一项相同的技术效果,在此不再赘述。
另外,本发明实施例提供了一种计算机可读存储介质,存储有计算机可执行指令,所述计算机可执行指令用于执行上述图1至图3实施例中任一项所述的方法流程。
以上结合附图详细说明了本发明的技术方案,通过本发明的技术方案,高效准确地进行了电抗器寿命的自动评估,减少了人力成本和时间成本,提升了电抗器寿命评估的准确性和高效性,有助于提升电力工作的效率。
应当理解,本文中使用的术语“和/或”仅仅是一种描述关联对象的关联关系,表示可以存在三种关系,例如,a和/或b,可以表示:单独存在a,同时存在a和b,单独存在b这三种情况。另外,本文中字符“/”,一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。
取决于语境,如在此所使用的词语“如果”可以被解释成为“在……时”或“当……时”或“响应于确定”或“响应于检测”。类似地,取决于语境,短语“如果确定”或“如果检测(陈述的条件或事件)”可以被解释成为“当确定时”或“响应于确定”或“当检测(陈述的条件或事件)时”或“响应于检测(陈述的条件或事件)”。
在本发明所提供的几个实施例中,应该理解到,所揭露的系统、装置和方法,可以通过其它的方式实现。例如,以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的,例如,所述单元的划分,仅仅为一种逻辑功能划分,实际实现时可以有另外的划分方式,例如,多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统,或一些特征可以忽略,或不执行。另一点,所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口,装置或单元的间接耦合或通信连接,可以是电性,机械或其它的形式。
另外,在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中,也可以是各个单元单独物理存在,也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现,也可以采用硬件加软件功能单元的形式实现。
上述以软件功能单元的形式实现的集成的单元,可以存储在一个计算机可读取存储介质中。上述软件功能单元存储在一个存储介质中,包括若干指令用以使得一台计算机装置(可以是个人计算机,服务器,或者网络装置等)或处理器(processor)执行本发明各个实施例所述方法的部分步骤。而前述的存储介质包括:u盘、移动硬盘、只读存储器(read-onlymemory,rom)、随机存取存储器(randomaccessmemory,ram)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已,并不用以限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内,所做的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明保护的范围之内。