(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202211147138.5 (22)申请日 2022.09.21 (71)申请人 广东电网有限责任公司佛山供电局 地址 528000 广东省佛山市禅城区汾江南 路1号 (72)发明人 张勇　谭泳岚　钟炜　钟斯静　 谭家勇　徐朋江　张耀煊　张健能　 朱伟华　何胜红　张哲铭　姜美玲　 郑伟钦　陈泽鑫　刘健成　陈光　 罗孝隆　杨宗炜　 (74)专利代理 机构 北京集佳知识产权代理有限 公司 11227 专利代理师 任文生 (51)Int.Cl. G06F 30/23(2020.01)G01M 13/00(2019.01) (54)发明名称 基于有限元仿真的变压器有载开关故障识 别方法及系统 (57)摘要 本发明涉及变压器技术领域， 公开了一种基 于有限元仿真的变压器有载开关故障识别方法 及系统， 其方法通过采用有限元软件构建无故障 状态下的有载开关仿真模型， 获取有载开关切换 过程中的动触头与静触头碰撞时的触头瞬间速 度， 并进行动力学计算， 得到动触头与静触头碰 撞时的模拟振动信号， 还对无故障状态下的有 载 开关仿真模 型进行更改， 得到多个故障状态下的 有载开关仿真模 型， 并计算得到多个故障状态下 的有载开关仿真模型分别对应的模拟故障振动 信号， 将预先 获取的实际振动信号分别与多个故 障状态下的实际故障振动信号进行相似度比对， 根据比对结果判断变压器有 载开关的故障状态， 提高了对 有载开关机 械特性故障判断的准确性。 权利要求书3页 说明书8页 附图2页 CN 115238560 A 2022.10.25 CN 115238560 A 1.基于有限元仿真的变压器有载开关故障识别方法， 其特 征在于， 包括以下步骤： S1、 以变压器有载开关的几何模型为基础， 设定有载开关中的各个零件的材料属性、 配 合关系和边界条件， 采用有限元 软件构建无故障状态下的有载开关仿真模型； S2、 向有载开关仿真模型的动触头加载位移激励载荷或速度载荷， 提取在有载开关切 换过程中的动触头与静触头 碰撞时的触头瞬 间速度； S3、 基于动触头与静触头碰撞时的触头瞬间速度进行动力学计算， 得到动触头与静触 头碰撞时的模拟振动信号； S4、 计算所述模拟振动信号相对预 先获取的实际振动信号的衰减系数； S5、 根据多个预设的故障状态更改无故障状态下的有载开关仿真模型中各个零件的配 合关系或材料属性， 得到多个故 障状态下的有载开关仿真模型， 重复步骤S2~S4， 计算得到 多个故障状态下的有载开关仿真模型分别对应的模拟故障振动信号； S6、 将所述模拟故障振动信号与衰减系数进行相乘运算， 得到多个故障状态下的实际 故障振动信号； S7、 将预先获取的实际振动信号分别与多个故障状态下的实际故障振动信号进行相似 度比对， 根据比对结果判断变压器有载开关的故障状态。 2.根据权利要求1所述的基于有限元仿真的变压器有载开关故障识别方法， 其特征在 于， 步骤S1具体包括： S101、 以变压器有载开关的几何模型为基础， 所述变压器有载开关的几何模型包括分 接选择器、 分接绕组、 主绕组、 弹簧、 动触头和静触头， 所述主绕组与所述分接绕组连接， 所 述分接选择器与所述分接绕组接触， 所述动触头在所述 弹簧的驱动下与所述静触头进 行闭 合或分离动作； S102、 设定有载开关中的各个零件的材料属性、 配合关系和边界条件， 所述材料属性包 括材料密度、 刚度以及泊松比， 配合关系包括各个零件之 间的连接 关系， 根据各个零件的配 合关系设定边界条件， 其中， 动触头设置为6个自由度； S103、 采用有限元 软件构建无故障状态下的有载开关仿真模型。 3.根据权利要求1所述的基于有限元仿真的变压器有载开关故障识别方法， 其特征在 于， 步骤S3具体包括： S301、 基于动触头与静触头碰撞时的触头瞬间速度通过下式动力学方程计算外部荷载 为： 式中， m为质量， c为阻尼， k为刚度， P(t)为外部荷载， u(t)为位移与时间函数， 为速 度对时间高频函数， 为加速度对时间函数； S302、 将上式动力学 方程转换为矩阵形式得： 式中， M为质量矩阵， C为阻尼矩阵， K为刚度矩阵; S303、 利用隐式算法对动力学方程的矩阵形式在离散化的时间上进行积分， 求得位移 对时间的函数， 对位移对时间的函数求 导运算得到加速度对时间函数作为模拟振动信号。权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 115238560 A 24.根据权利要求1所述的基于有限元仿真的变压器有载开关故障识别方法， 其特征在 于， 步骤S4具体包括： S401、 在所述模拟振动信号和预先获取的实际振动信号分别选取多个时间点对应的振 动幅值， 构成所述模拟振动信号和预先获取的实际振动信号分别对应的模拟振动幅值集合 和实际振动幅值 集合； S402、 基于所述模拟振动幅值集合和所述实际振动幅值集合计算模拟振动平均幅值和 实际振动平均幅值； S403、 基于所述模拟振动平均幅值和所述实际振动平均幅值之比计算衰减系数。 5.根据权利要求2所述的基于有限元仿真的变压器有载开关故障识别方法， 其特征在 于， 步骤S5具体包括： S501、 根据多个预设的故障状态更改无故障状态下的有载开关仿真模型中各个零件的 配合关系或材料属性， 具体为， 当故障状态为开关滑档故障时， 将分接选择器与分接绕组之 间的接触关系 更改为非接触关系； 当故障状态为开关切换故障时， 降低所述弹簧的阻尼系 数； 当故障状态为开关工作失调故障时， 将动触头与静触头在闭合动作下进行错位设置， 得 到多个故障状态下的有载开关仿真模型； S502、 重复步骤S2~S4， 计算得到多个故障状态下的有载开关仿真模型分别对应的模拟 故障振动信号。 6.根据权利要求2所述的基于有限元仿真的变压器有载开关故障识别方法， 其特征在 于， 步骤S7 具体包括： S701、 将预先获取的实际振动信号与多个故障状态下的实际故障振动信号分别进行曲 线拟合， 得到实际振动曲线和多个实际故障振动曲线； S702、 根据多个实际故障振动曲线分别到实际振动曲线 的欧式距离， 得到相应的相似 度， 获取相似度最高的实际故障振动 曲线对应的故障状态作为变压器有载开关的故障状 态。 7.基于有限元仿真的变压器有载开关故障识别系统， 其特 征在于， 包括： 仿真模块， 用于以变压器有载开关的几何模型为基础， 设定有载开关中的各个零件的 材料属性、 配合关系和边界条件， 采用有限元 软件构建无故障状态下的有载开关仿真模型； 加载模块， 用于向有载开关仿真模型的动触头加载位移激励载荷或速度载荷， 提取在 有载开关切换 过程中的动触头与静触头 碰撞时的触头瞬 间速度； 第一计算模块， 用于基于动触头与静触头碰撞时的触头瞬间速度进行动力学计算， 得 到动触头与静触头 碰撞时的模拟振动信号； 第二计算模块， 用于计算所述模拟振动信号相对预先获取的实际振动信号的衰减系 数； 参数更改模块， 用于根据多个预设的故障状态更改无故障状态下的有载开关仿真模型 中各个零件的配合关系或材料属 性， 得到多个故障状态下 的有载开关仿真模型， 计算得到 多个故障状态下的有载开关仿真模型分别对应的模拟故障振动信号； 第三计算模块， 用于将所述模拟故障振动信号与衰减系数进行相乘运算， 得到多个故 障状态下的实际故障振动信号； 故障识别模块， 用于将预先获取的实际振动信号分别与多个故障状态下的实际故障振权　利　要　求　书 2/3 页 3 CN 115238560 A 3