本發明涉及電氣絕緣在線檢測與故障診斷領域，特別是一種干式牽引變壓器風道局部堵塞下過熱系數的計算方法。

背景技術：

1、冷卻通道是動車組牽引變壓器，乃至于所有變壓器中必不可少的結構，用于使冷卻介質在其中流通，借助流動過程中的自然或強制對流將變壓器運行過程中產生的熱量傳遞至外部環境。動車組中運用最廣泛的牽引變壓器類型為油浸式變壓器，其冷卻通道為封閉在油箱內的繞組間水平及垂直油道。絕緣油作為其冷卻介質通過油泵的驅動在封閉的油道內循環流動，很難受到外界異物的影響，油道堵塞概率較低。干式牽引變壓器作為動車組車載電氣設備輕量化背景下的新興設備，由于其取消了絕緣油、油箱、散熱器等部件，實現了牽引變壓器的大幅減重，是未來動車組牽引變壓器的發展方向。但是，干式牽引變壓器利用動車組運行時與空氣相對運動產生的走行風冷卻，在運行過程中對外界環境開放的風道被異物、灰塵等堵塞的概率較大。為了保證動車組的安全運行，避免風道局部堵塞對牽引變壓器正常工作的不利影響，在變壓器散熱設計和投入運行前需要開展風道不同程度的局部堵塞對變壓器過熱特性的考察。相比已成熟運用數十年的油浸式牽引變壓器，干式牽引變壓器在冷卻設計方面的經驗較少，缺乏能夠考慮風道堵塞個數逐漸增多過程中局部風道堵塞故障對干式牽引變壓器熱特性的影響程度以及過熱風險的大小的評估方法。因此，有必要提出一種干式牽引變壓器風道局部堵塞下過熱系數的計算方法，實現干式牽引變壓器繞組抵抗風道堵塞故障風險能力的有效評估，為利用列車走行風冷卻的圓筒式繞組的設計方案合理性評判提供新的方法，進而為繞組散熱結構優化設計、冷卻性能改善和空間結構利用率提升提供技術支持。

技術實現思路

1、針對上述技術問題，本發明的目的是提出一種干式牽引變壓器風道局部堵塞下過熱系數的計算方法，能夠有效評判風道局部堵塞故障對干式牽引變壓器熱特性的影響程度以及過熱風險的大小。

2、實現本發明目的的技術方案如下：

3、第一步、建立干式牽引變壓器風道局部堵塞下過熱試驗平臺

4、干式牽引變壓器風道局部堵塞下過熱試驗平臺包括：外側圓筒式繞組(1)、內側圓筒式繞組(2)、撐條(3)、懸吊鋼纜(4)、外側圓筒式繞組首端引出線(5)、外側圓筒式繞組末端引出線(6)、內側圓筒式繞組首端引出線(7)、內側圓筒式繞組末端引出線(8)、短接線(9)、風道風速傳感器(10)、來流風速傳感器(11)、來流溫度傳感器(12)、頂部熱成像儀(13)、底部熱成像儀(14)、數據采集裝置(15)、直流可調電源(16)、可調速軸流風機(17)、頂板(18)；

5、試驗平臺的繞組部分由外側圓筒式繞組(1)和內側圓筒式繞組(2)套裝而成，外側圓筒式繞組(1)在外側，內側圓筒式繞組(2)在內側，二者的中心線相互重合，長度均為l，單位為m；外側圓筒式繞組(1)和內側圓筒式繞組(2)之間裝設撐條(3)用于實現外側圓筒式繞組(1)和內側圓筒式繞組(2)的相互固定和位置約束，撐條總數量記為n，n≥4；試驗平臺的繞組部分由端部固定在頂板(18)的懸吊鋼纜(4)懸掛在試驗場所的空中，并保持外側圓筒式繞組(1)和內側圓筒式繞組(2)的中心線與地面平行；外側圓筒式繞組首端引出線(5)連接至直流可調電源(16)的負極輸出端子，內側圓筒式繞組首端引出線(7)連接至直流可調電源(16)的正極輸出端子，外側圓筒式繞組末端引出線(6)和內側圓筒式繞組末端引出線(8)通過短接線(9)相連；外側圓筒式繞組(1)、內側圓筒式繞組(2)和撐條(3)之間包圍的區域構成風道，其數量與撐條(3)的數量相同，均為n；每個風道中均放置風道風速傳感器(10)，所有風道風速傳感器(10)均與數據采集裝置(15)相連，風道風速傳感器(10)的數量記為nas，nas≥3；來流風速傳感器(11)和來流溫度傳感器(12)均安裝于內側圓筒式繞組(2)的中空區域內，所有來流風速傳感器(11)和來流溫度傳感器(12)均與數據采集裝置(15)相連；頂部熱成像儀(13)、底部熱成像儀(14)分別安裝于外側圓筒式繞組(1)的正上方和正下方，并使其拍攝視角能夠完全覆蓋外側圓筒式繞組(1)的上下表面，頂部熱成像儀(13)、底部熱成像儀(14)均與數據采集裝置(15)相連；可調速軸流風機(17)的中心線高度與外側圓筒式繞組(1)和內側圓筒式繞組(2)的中心線高度保持一致，放置于試驗平臺繞組部分的風道側，氣流方向與外側圓筒式繞組(1)和內側圓筒式繞組(2)的端面垂直；

6、第二步、開展風道無堵塞情況下的試驗并獲取相關數據

7、啟動可調速軸流風機(17)，調節可調速軸流風機(17)的轉速直至所有來流風速傳感器(11)測得風速的平均值達到vave，vave≥5m/s；啟動直流可調電源(16)，向大直徑圓筒式繞組(1)與小直徑圓筒式繞組(2)同時施加繞組的額定損耗值，記為ploss，單位為w；通過數據采集裝置(15)獲取所有來流溫度傳感器(12)的溫度數據，并將其平均值記為ta_ave；通過數據采集裝置(15)獲取所有風道風速傳感器(10)的風速數據，將其平均值記為vduct_ave_0；通過數據采集裝置(15)獲取頂部熱成像儀(13)和底部熱成像儀(14)拍攝所得的外側圓筒式繞組(1)表面溫度紅外圖像，并提取其中的溫度最大值和最小值，分別記為tmax0和tmin0，當二者波動程度均小于2℃/h后，將其記錄為風道無堵塞情況下的最終結果；

8、第三步、開展風道局部堵塞情況下的試驗并獲取相關數據

9、在n個風道中任意選取1個風道作為首先封堵的風道，將其編號為1號風道，其余風道按順時針方向依次命名為2號風道、3號風道、…、n號風道；

10、將1號風道的端部封堵，使可調速軸流風機(17)產生的氣流無法進入1號風道內部；通過數據采集裝置(15)獲取所有風道風速傳感器(10)的風速數據，將其平均值記為vduct_ave_1；通過數據采集裝置(15)獲取頂部熱成像儀(13)和底部熱成像儀(14)拍攝所得的外側圓筒式繞組(1)表面溫度紅外圖像，并提取其中的溫度最大值和最小值，分別記為tmax_1和tmin_1，當二者波動程度均小于2℃/h后，將其記錄為1號風道堵塞情況下的最終結果；

11、繼續將2號風道的端部封堵，使可調速軸流風機(17)產生的氣流無法進入1號、2號風道內部；通過數據采集裝置(15)獲取所有風道風速傳感器(10)的風速數據，將其平均值記為vduct_ave_2；通過數據采集裝置(15)獲取頂部熱成像儀(13)和底部熱成像儀(14)拍攝所得的外側圓筒式繞組(1)表面溫度紅外圖像，并提取其中的溫度最大值和最小值，分別記為tmax_2和tmin_2，當二者波動程度均小于2℃/h后，將其記錄為1號、2號風道均堵塞情況下的最終結果；

12、重復上述操作，在試驗條件不變的前提下逐漸、順次增加風道的封堵個數，直至將(n-1)號風道的端部封堵，此時可調速軸流風機(17)產生的氣流無法進入1號、2號、…、(n-1)號風道內部；通過數據采集裝置(15)獲取所有風道風速傳感器(10)的風速數據，將其平均值記為vduct_ave_(n-1)；通過數據采集裝置(15)獲取頂部熱成像儀(13)和底部熱成像儀(14)拍攝所得的外側圓筒式繞組(1)表面溫度紅外圖像，并提取其中的溫度最大值和最小值，分別記為tmax_(n-1)和tmin_(n-1)，當二者波動程度均小于2℃/h后，將其記錄為1號、2號、…、(n-1)號風道均堵塞情況下的最終結果；

13、第四步、計算過熱修正系數kpd

14、

15、第五步、計算干式牽引變壓器風道局部堵塞下過熱系數spd

16、

17、第六步、基于spd評估風道局部堵塞故障對干式牽引變壓器熱狀態的影響程度

18、若spd<0.6，則風道局部堵塞故障對該干式牽引變壓器熱狀態的影響較小，局部堵塞發生時過熱風險低，該設計方案能夠滿足工程需求；若spd≥0.6，則風道局部堵塞故障對該干式牽引變壓器熱狀態的影響較大，局部堵塞發生時過熱風險高，該設計方案有待進一步改進。

19、本發明的有益效果在于，一種干式牽引變壓器風道局部堵塞下過熱系數的計算方法具有以下優點：

20、1)本發明首次提出了考慮風道堵塞個數逐漸增多過程中局部風道堵塞故障對干式牽引變壓器熱特性的影響程度以及過熱風險的大小，能夠實現干式牽引變壓器繞組抵抗風道堵塞故障風險能力的有效評估，為利用列車走行風冷卻的圓筒式繞組的設計方案合理性評判提供新的方法，進而為繞組散熱結構優化設計、冷卻性能改善和空間結構利用率提升提供技術支持；

21、2)相比傳統變壓器繞組風道堵塞故障模擬試驗以及抵抗風道堵塞故障風險能力評估的盲目性和重復性，本發明所提方法能夠有效提高變壓器繞組結構設計及驗證階段的工作效率，減少人力物力的消耗。