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繞組周向散熱均勻程度的評估方法。

背景技術：

1、牽引變壓器是動車組電力牽引系統的關鍵設備，用于將接觸網的高壓電能轉換為可供牽引變流器使用的低壓電能。傳統動車組牽引變壓器屬于油浸式變壓器，具有自重大的缺點。近年來，隨著動車組向著400km/h的更高速度等級發展，車載電氣設備的輕量化受到了研究人員的廣泛關注。干式牽引變壓器將傳統動車組牽引變壓器中的絕緣油、油箱、散熱器等重量占比較大的部件完全去除，通過將動車組運行時產生的走行風導入牽引變壓器風道內直接冷卻，實現了車載電器設備的大幅減重。散熱設計是變壓器設計工作中的重點，因為溫度是影響絕緣老化和劣化的首要因素。散熱設計不當將使內部絕緣快速老化甚至遭到破壞，進而引發嚴重事故，威脅旅客人身安全的同時還會造成極其惡劣的社會影響。傳統油浸式牽引變壓器的散熱依靠絕緣油在油道中的對流傳熱，絕緣油在油泵的驅動下通過夾件處的分流裝置均勻流過繞組表面，使繞組得到均勻的、穩定的冷卻性能，整體溫度較為均勻。但利用走行風直接冷卻的干式牽引變壓器，其冷卻氣流進入風道前的流動穩定性較差、隨機性較高，難以在圓周方向上均勻的分配到每一個獨立的風道，對繞組和風道的尺寸設計提出了較高的要求。不佳的設計方案導致的不均勻氣流分配將加重繞組溫度分布的不均勻程度，容易發展出局部嚴重過熱區域危害干式牽引變壓器的運行安全。因此，在干式牽引變壓器投入運行前，必須開展繞組周向散熱均勻程度的試驗來確定散熱設計是否合理。當前工程上尚無動車組干式牽引變壓器散熱設計優劣的評估手段，有必要提出一種干式牽引變壓器繞組周向散熱均勻程度的試驗方法，并提出能夠用于評估繞組在圓周方向上散熱能力以及溫度分布差異性的評價指標，進而最大程度降低試驗過程中對人力、物力的消耗，助力高速動車組的車載電氣設備輕量化及其安全運行。

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繞組周向散熱均勻程度的評估方法，能夠實現干式牽引變壓器繞組在圓周方向上散熱能力以及溫度分布差異性的有效評估。

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繞組周向散熱均勻程度試驗平臺

4、干式牽引變壓器繞組周向散熱均勻程度試驗平臺包括：大直徑圓筒式繞組(1)、小直徑圓筒式繞組(2)、撐條(3)、繞組支架(4)、大直徑圓筒式繞組引出端子1(5)、大直徑圓筒式繞組引出端子2(6)、小直徑圓筒式繞組引出端子1(7)、小直徑圓筒式繞組引出端子2(8)、短接線(9)、可調直流電源(10)、風道入口空氣風速傳感器(11)、風道出口空氣溫度傳感器(12)、數據采集終端(13)、變頻軸流風機(14)、風機出口風速傳感器(15)；

5、大直徑圓筒式繞組(1)位于試驗裝置最外側，小直徑圓筒式繞組(2)同軸套裝于大直徑圓筒式繞組(1)內部，大直徑圓筒式繞組(1)與小直徑圓筒式繞組(2)之間插入撐條(3)用于將小直徑圓筒式繞組(2)穩定固定在大直徑圓筒式繞組(1)內部，并形成多個位于大直徑圓筒式繞組(1)與小直徑圓筒式繞組(2)之間的且相互獨立的繞組風道，其中面對變頻軸流風機(14)的風道口為風道入口，位于另一端的風道口為風道出口；每一個風道入口均安裝有一個風道入口空氣風速傳感器(11)，每一個風道出口均安裝有一個風道出口空氣溫度傳感器(12)，所有風道入口空氣風速傳感器(11)和風道出口空氣溫度傳感器(12)均與數據采集終端(13)相連用于采集所有風道入口的空氣風速和所有風道出口的空氣溫度；大直徑圓筒式繞組(1)與小直徑圓筒式繞組(2)內部均為繞組導體單匝、單方向繞制而成，大直徑圓筒式繞組(1)的繞組導體兩端分別引出大直徑圓筒式繞組引出端子1(5)、大直徑圓筒式繞組引出端子2(6)，小直徑圓筒式繞組(2)的繞組導體兩端分別引出小直徑圓筒式繞組引出端子1(7)、小直徑圓筒式繞組引出端子2(8)；可調直流電源(10)用于使大直徑圓筒式繞組(1)與小直徑圓筒式繞組(2)在直流電流的作用下發熱，模擬干式牽引變壓器運行時的繞組銅損，大直徑圓筒式繞組引出端子1(5)與可調直流電源(10)的負極輸出相連，小直徑圓筒式繞組引出端子1(7)與可調直流電源(10)的正極輸出相連，大直徑圓筒式繞組引出端子2(6)與小直徑圓筒式繞組引出端子2(8)之間通過短接線(9)相連，使大直徑圓筒式繞組(1)與小直徑圓筒式繞組(2)之間構成串聯關系；大直徑圓筒式繞組(1)下方設置繞組支架(4)用于支撐大直徑圓筒式繞組(1)與小直徑圓筒式繞組(2)構成的試驗平臺繞組部分，繞組部分的長度均為l，單位為m；變頻軸流風機(14)的扇葉中心高度與試驗平臺繞組部分的中心高度保持一致，用于提供干式牽引變壓器冷卻所需的、速度可變的氣流；變頻軸流風機出口處設置風機出口風速傳感器(15)，并與數據采集終端(13)相連用于監控風機出口的風速；

6、第二步、獲取低風速下的風道入口風速與風道出口溫度數據

7、啟動變頻軸流風機(14)，根據風機出口風速傳感器(15)的風速監測數據將風機出口風速設置為vlow，vlow∈(1,5]，單位為m/s；啟動可調直流電源(10)，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；撐條(3)的數量記為n，由此構成的風道數量、風道入口數量和風道出口數量均為n個，風道入口空氣風速傳感器(11)、風道出口空氣溫度傳感器(12)的數量亦均為n個；通過數據采集終端(13)獲取所有風道入口空氣風速傳感器(11)所監測到的n個風速數據，記為vin-low-n，其中n為1、2、3、…、n；當所有風道出口空氣溫度傳感器(12)的監測溫度數據波動程度均小于1℃/h時，通過數據采集終端(13)獲取n個溫度數據，記為tout-low-n，其中n為1、2、3、…、n；

8、第三步、獲取高風速下的風道入口風速與風道出口溫度數據

9、保持可調直流電源(10)的輸出不變，使繞組損耗值的施加大小與第二步中相同，在此基礎上提高變頻軸流風機(14)的轉速，根據風機出口風速傳感器(15)的風速監測數據將風機出口風速提高至vhigh，vhigh∈(5,10]，單位為m/s；通過數據采集終端(13)獲取所有風道入口空氣風速傳感器(11)所監測到的n個風速數據，記為vin-high-n，其中n為1、2、3、…、n；當所有風道出口空氣溫度傳感器(12)的監測溫度數據波動程度均小于1℃/h時，通過數據采集終端(13)獲取n個溫度數據，記為tout-high-n，其中n為1、2、3、…、n；

10、第四步、計算低風速下的周向散熱均勻系數cl

11、

12、第五步、計算高風速下的周向散熱均勻系數ch

13、

14、第六步、計算繞組周向散熱均勻程度評估系數s

15、s＝(cl+ch)2/3

16、第七步、評估干式牽引變壓器繞組周向散熱均勻程度

17、若s<5，則該干式牽引變壓器繞組的周向散熱均勻程度良好，該設計方案能夠滿足工程需求；若s≥5，則該干式牽引變壓器繞組的周向散熱均勻程度不良，該設計方案過熱風險較大，有待進一步改進。

18、本發明的有益效果在于，一種干式牽引變壓器繞組周向散熱均勻程度的評估方法具有以下優點：

19、1)本發明首次提出了同時考慮高速、低速風速冷卻作用下，利用風道入口風速為切入點的繞組周向散熱均勻程度評價指標，能夠實現干式牽引變壓器繞組在圓周方向上散熱能力以及溫度分布差異性的有效評估，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；

20、2)相比傳統變壓器繞組熱性能試驗的盲目性和重復性，本發明所提方法能夠有效提高變壓器繞組結構設計階段的工作效率，減少人力物力的消耗。