CN107687908B - 一种获取干式空心电抗器的温升热点及温度监测的方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种获取干式空心电抗器的温升热点的方法，其包括获取实际空心电抗器结构参数和系统参数并输入处理器，处理器根据输入的电抗器端电压值作为载荷，计算出各层绕组的焦耳热；处理器以计算所得的焦耳热作为热源，利用流场‑固体传热的耦合模型，计算出电抗器包封的温度场分布，定位包封热点。基于此方法还公开了适用于干式空心电抗器温度监测方法及系统。通过利用计算出的焦耳热直接迭代算出传感器安装坐标的算法，实现了同一场景中一个阶段完成坐标定位的过程，简化了步骤。且系统中采用了低功耗的ZigBee芯片，对电路同时进行了优化，极大的减小了系统开销。

Description

一种获取干式空心电抗器的温升热点及温度监测的方法和 系统

技术领域

本发明涉及工业自动化检测技术领域，特别是涉及一种获取干式空心电抗器的温升热点及温度监测的方法和系统。

背景技术

干式空心电抗器在电力系统中运用广泛，近年来，干式空心电抗器烧毁的事件时有发生，造成了生产安全事故和财产损失。干式空心电抗器运行在自然散热的工作条件下，当系统发生过压过流、谐波含量过高或者环境温度升高时，电抗器往往发热严重。在散热条件较差的情况下，电抗器包封温度升高，长时间运行于高温会对包封绝缘产生损坏，最终发生匝间短路，引起电抗器烧毁，因此，对干式空心电抗器的包封温度进行监测至关重要。

目前适用于干式空心电抗器的温度监测系统较少，普通的温度监测系统算法上需要先进行电场-磁场的耦合，再进行流场-固体传热的耦合计算两个过程，对干式空心电抗器包封的最热点计算误差较大，因此会影响采集节点的布局。且传统温度传感器采集节点体积较大，不适于安装在狭小的包封气道中；已存在的干式空心电抗器温度监测系统，一方面采用有线通信的方式，不利于测温节点的拓展和产品的安装，并且通信容易受到干扰。另一方面，所设计的传感器功耗较高，需频繁更换电池；传感器没有安装于干式空心电抗器包封的最热点，不能准确反映电抗器包封的温升程度。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题，特别创新地提出了一种zigbee无线传感器装置，解决现有技术中无线传感器易被干扰、网络容量低、布网复杂，成本高的问题。

为了实现本发明的上述目的，本发明提供一种获取干式空心电抗器的温升热点的方法，其特征在于，包括以下步骤：S1，获取实际空心电抗器结构参数和系统参数并输入处理器，所述结构参数包括相对磁导率μ_r，径向方向坐标r、轴向方向坐标z、线圈端电压u、线圈电阻R、导热系数k、固体绝热面A_j和散热面A_s，所述系统参数包括真空磁导率μ₀；S2，处理器根据输入的电抗器线圈端电压作为载荷，计算出所述干式空心电抗器中各包封内各层绕组的焦耳热； S3，处理器以计算所得的焦耳热作为热源，计算出电抗器包封的温度场分布，定位包封热点。该实施方式直接通过“磁场-固体传热-流场”的耦合，在一个计算过程中以磁场计算过程中的焦耳热直接作为温度场计算的激励源，便可得出包封的温度分布，与现有技术中需要先进行电场-磁场的耦合，再进行流场- 固体传热的耦合计算两个过程相比，精简了计算步骤的同时精确度更高。

所述步骤S2中，焦耳热的具体计算方法为：

干式空心电抗器包含并联的多个包封绕组，每个包封绕组内包含平行的多层铝导线线圈，对于线圈绕组部分，以矢量磁位A和电流i为自由度；其它区域则以矢量磁位A为自由度；在二维轴对称坐标系下，

且满足微分方程

其中，μ₀为真空磁导率，μ_r为相对磁导率.r，

和z为方向坐标轴，

为A 在

方向的大小，

为电流密度；

电抗器的外部电路方程为：

其中，u为线圈端电压，R为线圈电阻。

联立上述方程(1)、(2)，得到场路耦合矩阵方程组，对电抗器磁场进行计算：

其中，[C^iA]为电感阻尼矩阵，[K^AA]为位劲度矩阵，[K^Ai]为磁位-电流耦合劲度矩阵，[K^ie]为电流-电动势耦合劲度矩阵，[A]为节点向量位矩阵；[J]为节点电流矩阵；[e]为节点电动势矩阵；

联立上述方程(3)解出自由度矢量磁位A和电流i，则焦耳热为

Q＝i²R (4)。

该实施方式提供了简便的电磁热的计算方法，易于实现。

所述步骤S3中，计算出电抗器包封的温度场分布，定位包封热点，具体方法为：每个包封绕组的温度分布，受到周围流体的影响，流体满足连续性方程、动量守恒方程以及能量守恒方程，分别为：

连续性方程具体为：

动量守恒方程为：

由(5)、(6)和(7)求出流体速度场和压力分布；能量守恒方程具体为：

结合速度场和压力分布由(8)式求出流体温度分布T_l；式中，ρ是空气密度μ指粘度系数，p指压力，c指给定热量，T_l指流体的温度，v_r和v_z指分别在 r和z方向的速度，Q是铝导线中单位体积的焦耳热；电抗器稳态温度场控制方程具体为：

其中，k是导热系数；Q是铝导线中单位体积的焦耳热；r为径向方向，z 为轴向方向；T_s是固体温度，h是对流散热系数，Aj和As为固体绝热面和散热面；由已算出的流体温度T_l，联立式(9)、(10)、(11)，得出电抗器固体温度分布T_s，由固体温度分布T_s寻出温度Tmax为温度最高热点，由此作为第一温度传感器安装坐标。

该实施方式提供了利用计算出的焦耳热直接迭代算出传感器安装坐标的算法，实现了同一场景中一个阶段完成坐标定位的过程，简化了步骤。且由于中间迭代过程不需要人手工录入焦耳热参数，而是处理器实时采集运算，得出的安装坐标精度更高，减小了误差，为传感器准确安装提供了更可靠的依据。通过提高精度一方面避免传感器没有获取电抗器温度最高点造成无法正确评估电抗器温升，另一方面可以避免因未知包封热点而过多传感器布置造成浪费。

一种利用上述获取干式空心电抗器的温升热点的方法的温度监测方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：A1、获取干式空心电抗器的温升热点，根据获取的温升热点对温度传感器进行布置与安装；A2、温度传感器与数据终端控制器使用Zigbee组网，进行温度数据采集和数据无线传输；A3、数据终端控制器与现场上位机通信，还通过无线网络发送数据到云服务器，当温度数据出现异常时，云服务器发出告警通过邮件通知工作人员，同时云服务器通过移动网络发送短信至相关人员手机进行通知。

该实施方式提供了一种干式空心电抗器的温度检测方法，由于该方法基于本发明中所提及的温升热点的定位方法，所以能有效的对干式空心电抗器起到监测作用，且利用了互联网和移动网络即使通知相关人员，实现了可靠的远程监控。

在本发明的一种优选实施方式中，步骤A2中温度数据采集和实现无线传输的具体步骤为：A21、Zigbee芯片开机后自动加入网络，初始化，配置Zigbee 芯片所有IO口为开漏模式；A22、初始化温度传感器所用时钟引脚和数据引脚为弱上拉模式，设置唤醒引脚于下降沿中断输入；A23、按照数字串行通讯协议驱动传感器，设置传感器工作的采样频率；A24、初始化完毕后设置所述ZigBee 芯片进入深度睡眠模式，等待唤醒；A25、节点电路使用系统定时器及看门狗电路，定时时间到后输出一个脉冲到ZigBee芯片唤醒引脚，ZigBee芯片收到脉冲后从睡眠模式唤醒，并回复看门狗信号，若ZigBee芯片死机未回复看门狗信号，一个定时周期后定时芯片输出一个复位信号复位ZigBee芯片；A26、ZigBee芯片唤醒后读取温度计参数，然后打包数据，通过自定义数据格式将打包数据发送到数据终端控制器，完成一次数据发送后再次进入PM3睡眠模式，所述打包数据包括网络id，设备id，温度数据，校验码。

该实施方式给出了具体的温度采集和数据传输方式，且可通过选取低功耗的芯片，如Zigbee芯片解决了传感器数据采集和组网功能，而类似的产品则采用单片机+模块的方案，与之比较，本文所设计的采集节点体积更小，能够方便安装于电抗器狭小的气道间，对电抗器气流的通散影响微乎其微；同时利用时钟和看门狗信号让电路闲时处于休眠状态，极大程度的降低了电路开销。

在本发明的另一种优选实施方式中，步骤A2中温度节点及数据终端控制器通过上位机写入配置参数，在同一地点建立一个或两个个以上局域网，一个终端管理一个局域网下面多个节点，具体方式为每个终端设备设置一个PAIN ID，作为网络的ID；为每个入网设备都分配一个System ID作为在局域网下识别每个设备的标志；入网的温度节点和数据终端控制器配置和终端一致的PAIN ID 以及全部设备一致的统一安全秘钥即可加入相应局域网。

该实施方式让各局域网之间互不干扰，保证了温度节点采集数据的准确性。同时有唯一ID便于对温度节点进行准确定位和相关信息查询。

在本发明的另一种优选实施方式中，步骤A3中当数据终端控制器收到了数据后，读取当前RTC时间，同时测量室外温度，将时间信息和所有温度数据一起存入SD卡，然后按照和温度节点相同的格式将数据通过无线网络发送至云服务器和上位机，数据终端控制器单元的通过测量正常的室外的温度和测量电抗器的温度进行对比，其差值超过设定的阈值后数据终端控制器单元触发警报信息，并且云服务器通过移动网络以短信方式和/或电子邮件发送出警报信息。

该实施方式为温度监控的标准提供了量化的参考依据和具体告警的实施方式，且实施方式简单。

基于上述适用于干式空心电抗器的温度监测方法，本发明还公开了一种适用于干式空心电抗器的温度监测系统，其特征在于，包括云服务器、PC上位机、设置于电抗器气道间的数据终端控制器单元，所述数据终端控制器单元通过总线连接位于监控室的所述PC上位机，所述数据终端控制器单元通过无线网络和基站连接所述云服务器，所述云服务器通过以太网与所述PC上位机进行通信；所述数据终端控制器单元包括电源模块、数据终端控制器、多个温度采集节点；所述电源模块的电源输入端与控制器电源端相连，所述数据终端控制器与温度采集节点连接进行信息交互。

该系统用硬件实现了基于干式空心电抗器的温升热点获取方法而进行对干式空心电抗器的温度监控，并且且通过总线结合网络云技术，使警告信息通过上位机和互联网均可以通知到相关工作人员，便于远程监测，提高了安全保障。

本实施例的一种优选实施方式中，所述温度监测系统还包括环境温度传感器和/或电流电压检测模块，所述环境温度传感器位于干式空心电抗器外部，所述环境温度传感器的输出端与所述控制器连接，所述电流电压检测模块的输出端通过无线通信模块与数据终端控制器连接。该实施方式通过对外部室温进行监测，有了比较对象，为异常情况的参数设置提供了更可靠的依据。

在本发明的另一种优选实施方式中，所述温度采集节点包括电池、电源管理模块、系统定时器、主控芯片、温度传感器；所述电池与所述电源管理模块相连，所述电源管理模块第一输出端连接所述系统定时器，所述电源管理模块第二输出端连接所述主控芯片，所述电源管理模块第三输出端连接所述温度传感器；所述温度传感器通信端连接所述主控芯片通信端，所述系统定时器信号接收端连接所述芯片信号输出端。该实施方式给出了温度采集节点的具体组成方式，其电源管理模块起到了稳压作用，保证了温度采集节点各器件工作的稳定性，主控芯片空闲引脚都设置于开漏状态，并通过加入定时器进行唤醒和休眠可以大幅度降低系统开销。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是本发明一种获取干式空心电抗器的温升热点的方法流程图；

图2是本发明一种适用于干式空心电抗器的温度监测方法的流程图；

图3是本发明一种适用于干式空心电抗器的温度监测系统的系统结构图；

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，除非另有规定和限定，需要说明的是，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

图1展示了获取干式空心电抗器的温升热点的方法流程，具体为：

S1，获取实际空心电抗器结构参数和系统参数并输入处理器，所述结构参数包括相对磁导率μ_r、径向方向坐标r、轴向方向坐标z、线圈端电压u、线圈电阻R、导热系数k、固体绝热面A_j和散热面A_s，所述系统参数包括真空磁导率μ₀。在本实施方式中，相对磁导率μ_r、导热系数k、真空磁导率μ₀通过查表获取；线圈端电压u、线圈电阻R可通过电抗器铭牌或说明书或通过测量获取；径向方向坐标r、轴向方向坐标z、固体绝热面A_j和散热面As在建模过程中获取。

S2，处理器根据输入的电抗器线圈端电压作为载荷，计算出所述干式空心电抗器中各包封内各层绕组的焦耳热。在本实施方式中，优选采用磁场-电路的耦合模型，根据输入的电抗器端电压作为载荷，计算出各层绕组的焦耳热；

焦耳热的具体计算方法为：

干式空心电抗器包含并联的多个包封绕组，每个包封绕组内包含平行的多层铝导线线圈，对于线圈绕组部分，以矢量磁位A和电流i为自由度；其它区域则以矢量磁位A为自由度；在二维轴对称坐标系下，

且满足微分方程

其中，μ₀为真空磁导率，μ_r为相对磁导率.r，

和z为方向坐标轴，

为A 在

方向的大小，

为电流密度；

电抗器的外部电路方程为：

其中，u为线圈端电压，R为线圈电阻。

联立上述方程(1)、(2)，得到场路耦合矩阵方程组，对电抗器磁场进行计算：

其中，[C^iA]为电感阻尼矩阵，[K^AA]为位劲度矩阵，[K^Ai]为磁位-电流耦合劲度矩阵，[K^ie]为电流-电动势耦合劲度矩阵，[A]为节点向量位矩阵；[J]为节点电流矩阵；[e]为节点电动势矩阵；

联立上述方程(3)解出自由度矢量磁位A和电流i，则焦耳热为

Q＝i²R (4)。

S3，处理器以计算所得的焦耳热作为热源，计算出电抗器包封的温度场分布，定位包封热点。在本实施方式中，优选利用流场-固体传热的耦合模型，计算出电抗器包封的温度场分布，定位包封热点。具体方法为：每个包封绕组的温度分布，受到周围流体的影响，流体满足连续性方程、动量守恒方程以及能量守恒方程，分别为：

连续性方程具体为：

动量守恒方程为：

由(5)、(6)和(7)求出流体速度场和压力分布；能量守恒方程具体为：

结合速度场和压力分布由(8)式求出流体温度分布T_l；式中，ρ是空气密度μ指粘度系数，p指压力，c指给定热量T_l指流体的温度，v_r和v_z指分别在r 和z方向的速度，Q是铝导线中单位体积的焦耳热；电抗器稳态温度场控制方程具体为：

其中，k是导热系数；Q是铝导线中单位体积的焦耳热；r为径向方向，z为轴向方向；T_s是固体温度，h是对流散热系数，Aj和As为固体绝热面和散热面；由已算出的流体温度T_l，联立式(9)、(10)、(11)，得出电抗器固体温度分布T_s，由固体温度分布T_s寻出温度Tmax为温度最高热点，由此作为第一温度传感器安装坐标。

图2展示了基于获取干式空心电抗器的温升热点的方法，而进行的一种适用于干式空心电抗器的温度监测方法的流程。具体为：

A1、获取干式空心电抗器的温升热点，根据获取的温升热点对温度传感器进行布置与安装；

A2、温度传感器与数据终端控制器使用Zigbee组网，进行温度数据采集和数据无线传输；

A3、数据终端控制器与现场上位机通信，还通过无线网络发送数据到云服务器，当温度数据出现异常时，云服务器发出告警通过邮件通知工作人员，同时云服务器通过移动网络发送短信至相关人员手机进行通知。

图3展示了一种适用于干式空心电抗器的温度监测系统的系统结构图，其包括云服务器、PC上位机、设置于电抗器气道间的数据终端控制器单元，所述数据终端控制器单元通过总线连接位于监控室的所述PC上位机，所述数据终端控制器单元通过无线网络和基站连接所述云服务器，所述云服务器通过以太网与所述PC上位机进行通信。

所述数据终端控制器单元包括电源模块、数据终端控制器、多个温度采集节点；所述电源模块的电源输入端与控制器电源端相连，所述数据终端控制器与温度采集节点连接进行信息交互。

本实施例中所述所述温度采集节点包括电池、电源管理模块、系统定时器、主控芯片、温度传感器；所述电池与所述电源管理模块相连，所述电源管理模块第一输出端连接所述系统定时器，所述电源管理模块第二输出端连接所述主控芯片，所述电源管理模块第三输出端连接所述温度传感器；所述温度传感器通信端连接所述主控芯片通信端，所述系统定时器信号接收端连接所述芯片信号输出端。

在本实施方式中，电池为3V纽扣电池或3.7V锂电池；所述主控芯片为市面上常见的CC2530 ZigBee芯片，CC2530空闲引脚都设置与开漏状态；所述主控芯片通过IIC串行方式连接到温度传感器，所述温度传感器型号为市面上常用的ADT7420,所述数据终端控制器型号为STM32L476，所述电源管理模块为 TPS70933，起稳压作用；所述定时器为TLV5010定时产生脉冲唤醒主控芯片触发指令至温度传感器进行温度采集和数据发送，完成一次操作后再次睡眠。

在工作时，通过输入模块工输入系统参数至处理器，所述系统参数包括但不限于真空磁导率μ₀、相对磁导率μ_r、径向方向坐标r、轴向方向坐标z、线圈端电压u、线圈电阻R、导热系数k、铝导线中单位体积的焦耳热Q、固体温度 T_s、对流散热系数h、固体绝热面Aj和散热面As通过磁场-电路的耦合模型，根据输入的各层电流值作为载荷，计算出各层绕组的焦耳热，以计算所得的焦耳热作为热源，利用流场-固体传热的耦合模型，计算出电抗器包封的温度场分布，定位包封热点为温度采集节点，将温度传感器安置于温度采集热点，内含RTC芯片的数据终端通过IIC自动与第一温度传感器进行交互，通过自动发出查询指令经IIC至第一温度传感器进行数据温度采集，第一温度传感器将采集到的温度信息反馈给数据终端，其具体传输方式为：Zigbee芯片开机后自动加入网络，初始化，配置Zigbee芯片所有IO口为开漏模式；初始化温度传感器所用时钟引脚P2.0和数据引脚P2.3为弱上拉模式，设置唤醒引脚于下降沿中断输入；本实施例中按照数字串行通讯协议IIC驱动传感器，设置传感器工作的采样频率，本实施例中采样频率为1sps，即一秒一次；初始化完毕后设置所述ZigBee芯片进入深度睡眠模式，等待唤醒；节点电路使用系统定时器及看门狗电路，定时时间到后输出一个脉冲到ZigBee芯片唤醒引脚，ZigBee芯片收到脉冲后从睡眠模式唤醒，并回复看门狗信号，若ZigBee芯片死机未回复看门狗信号，一个定时周期后定时芯片输出一个复位信号复位ZigBee芯片；ZigBee芯片唤醒后读取温度计参数，然后打包数据，通过自定义数据格式将打包数据发送到数据终端控制器，完成一次数据发送后再次进入PM3睡眠模式，所述打包数据包括网络id，设备id，温度数据，校验码。

本实施例中，通过ZigBee模块接收由温度采集节点中CC2530模块发送的数据，并将数据传送至数据终端控制器进行处理，数据终端控制器对数据进行处理之后，一方面将温度数据传递给SD卡进行存储，另一方面通过无线模块将数据发送至云服务器。此外，主控芯片也将温度数据通过总线直接传递给上位机进行处理。

当主控芯片发现所述温度信息异常，在本实施例中大于设定阈值则发出警报，一方面通过总线连接PC上位机发出告警信息，一方面将告警信息通过无线网络发送至云服务器，云服务器将发送邮件和短信通知工作人员，同时通过以太网将告警信息发送至PC上位机。

本实施例的一种优选方案为温度节点及数据终端控制器通过上位机写入配置参数，在同一地点建立一个或一个以上局域网，一个终端管理一个局域网下面多个节点，具体方式为为每个终端设备设置一个PAIN ID，作为网络的ID；为每个入网设备都分配一个System ID作为在局域网下识别每个设备的标志；入网的温度节点和数据终端控制器配置和终端一致的PAIN ID以及全部设备一致的统一安全秘钥即可加入相应局域网。

本实施例的另一种有选方案为所述温度监测系统还包括环境温度传感器和/或电流电压检测模块，所述环境温度传感器位于干式空心电抗器外部，所述环境温度传感器的输出端与所述控制器连接,所述电流电压检测模块的输出端通过无线通信模块与数据终端控制器连接。所述环境温度传感器为市面上常见的 ADT7420，通过IIC和数据终端控制器组成局域网进行交互。数据终端控制器收到了数据后，读取当前RTC时间，同时发出测量指令至环境温度传感器测量室外温度，将时间信息和所有温度数据一起存入SD卡，然后按照和温度节点相同的格式将数据通过无线网络发送至云服务器和上位机 。主控芯片通过测量正常的室外的温度和第一温度采集节点测量电抗器的温度进行对比差值，当差值超过设定的阈值后触发警报信息，一方面通过总线连接PC上位机发出告警信息，一方面将告警信息通过无线网络发送至云服务器，云服务器将发送邮件和短信通知工作人员，同时通过以太网将告警信息发送至PC上位机。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (8)

1.一种获取干式空心电抗器的温升热点的方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1，获取实际空心电抗器结构参数和系统参数并输入处理器，所述结构参数包括相对磁导率μ_r，径向方向坐标r、轴向方向坐标z、线圈端电压u、线圈电阻R、导热系数k、固体绝热面A_j和散热面A_s，所述系统参数包括真空磁导率μ₀；

S2，处理器根据输入的电抗器线圈端电压作为载荷，计算出所述干式空心电抗器中各包封内各层绕组的焦耳热；

焦耳热的具体计算方法为：

干式空心电抗器包含并联的多个包封绕组，每个包封绕组内包含平行的多层铝导线线圈，对于线圈绕组部分，以矢量磁位A和电流i为自由度；其它区域则以矢量磁位A为自由度；在二维轴对称坐标系下，

且满足微分方程

其中，μ₀为真空磁导率，μ_r为相对磁导率.r，

和z为方向坐标轴，

为A在

方向的大小，

为电流密度；

电抗器的外部电路方程为：

其中，u为线圈端电压，R为线圈电阻；

联立上述方程(1)、(2)，得到场路耦合矩阵方程组，对电抗器磁场进行计算：

其中，[C^iA]为电感阻尼矩阵，[K^AA]为位劲度矩阵，[K^Ai]为磁位-电流耦合劲度矩阵，[K^ie]为电流-电动势耦合劲度矩阵，[A]为节点向量位矩阵；[J]为节点电流矩阵；[e]为节点电动势矩阵；

联立上述方程(3)解出自由度矢量磁位A和电流i，则焦耳热为

Q＝i²R (4)；

S3，处理器以计算所得的焦耳热作为热源，计算出电抗器包封的温度场分布，定位包封热点。

2.根据权利要求1所述的获取干式空心电抗器的温升热点的方法，其特征在于，所述步骤S3中，计算出电抗器包封的温度场分布，定位包封热点，具体方法为：

每个包封绕组的温度分布，受到周围流体的影响，流体满足连续性方程、动量守恒方程以及能量守恒方程，分别为：

连续性方程具体为：

动量守恒方程为：

由(5)、(6)和(7)求出流体速度场和压力分布；

能量守恒方程具体为：

结合速度场和压力分布由(8)式求出流体温度分布T_l；

式中，ρ是空气密度μ指粘度系数，p指压力，c指给定热量,T_l指流体的温度，v_r和v_z指分别在r和z方向的速度，Q是铝导线中单位体积的焦耳热；

电抗器稳态温度场控制方程具体为：

其中，k是导热系数；Q是铝导线中单位体积的焦耳热；r为径向方向，z为轴向方向；T_s是固体温度，h是对流散热系数，Aj和As为固体绝热面和散热面，n为法向量方向；

由已算出的流体温度T_l，联立式(9)、(10)、(11)，得出电抗器固体温度分布T_s，由固体温度分布T_s寻出温度Tmax为温度最高热点，由此作为第一温度传感器安装坐标。

3.一种利用权利要求1-2之一所述获取干式空心电抗器的温升热点的方法的温度监测方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

A1、利用权利要求1-2之一所述的方法获取干式空心电抗器的温升热点，根据获取的温升热点对温度传感器进行布置与安装；

A2、温度传感器与数据终端控制器使用Zigbee组网，进行温度数据采集和数据无线传输；

A3、数据终端控制器与现场上位机通信，还通过无线网络发送数据到云服务器，当温度数据出现异常时，云服务器发出告警通过邮件通知工作人员，同时云服务器通过移动网络发送短信至相关人员手机进行通知。

4.根据权利要求3所述的温度监测方法，其特征在于，步骤A2中温度数据采集和实现无线传输的具体步骤为：

A21、Zigbee芯片开机后自动加入网络，初始化，配置Zigbee芯片所有IO口为开漏模式；

A22、初始化温度传感器所用时钟引脚和数据引脚为弱上拉模式，设置唤醒引脚于下降沿中断输入；

A23、按照数字串行通讯协议驱动传感器，设置传感器工作的采样频率；

A24、初始化完毕后设置所述ZigBee芯片进入深度睡眠模式，等待唤醒；

A25、节点电路使用系统定时器及看门狗电路，定时时间到后输出一个脉冲到ZigBee芯片唤醒引脚，ZigBee芯片收到脉冲后从睡眠模式唤醒，并回复看门狗信号，若ZigBee芯片死机未回复看门狗信号，一个定时周期后定时芯片输出一个复位信号复位ZigBee芯片；

A26、ZigBee芯片唤醒后读取温度传感器参数，然后打包数据，通过自定义数据格式将打包数据发送到数据终端控制器，完成一次数据发送后再次进入PM3睡眠模式，所述打包数据包括网络id，设备id，温度数据，校验码。

5.根据权利要求3所述的温度监测方法，其特征在于，步骤A2中温度节点及数据终端控制器通过上位机写入配置参数，在同一地点建立一个或两个以上局域网，一个终端管理一个局域网下面多个节点，具体方式为每个终端设备设置一个PAIN ID，作为网络的ID；为每个入网设备都分配一个System ID作为在局域网下识别每个设备的标志；入网的温度节点和数据终端控制器配置和终端一致的PAIN ID以及全部设备一致的统一安全秘钥即可加入相应局域网。

6.根据权利要求3所述的温度监测方法，其特征在于，步骤A3中当数据终端控制器收到了数据后，读取当前RTC时间，同时测量室外温度，将时间信息和所有温度数据一起存入SD卡，然后按照和温度节点相同的格式将数据通过无线网络发送至云服务器和上位机，数据终端控制器单元的程序通过测量正常的室外的温度和测量电抗器的温度进行对比取其差值，当所述差值超过设定的阈值后数据终端控制器单元触发警报信息，并且云服务器通过移动网络以短信方式发送出警报信息。

7.一种采用了权利要求4至6任一项所述温度监测方法的适用于干式空心电抗器的温度监测系统，其特征在于，包括云服务器、PC上位机、设置于电抗器气道间的数据终端控制器单元，所述数据终端控制器单元通过总线连接位于监控室的所述PC上位机，所述数据终端控制器单元通过无线网络和基站连接所述云服务器，所述云服务器通过以太网与所述PC上位机进行通信；

所述数据终端控制器单元包括电源模块、数据终端控制器、多个温度采集节点；所述电源模块的电源输入端与控制器电源端相连，所述数据终端控制器与温度采集节点连接进行信息交互；

温度监测系统还包括环境温度传感器和/或电流电压检测模块，所述环境温度传感器位于干式空心电抗器外部，所述环境温度传感器的输出端与所述控制器连接，所述电流电压检测模块的输出端通过无线通信模块与数据终端控制器连接。

8.一种根据权利要求7所述的适用于干式空心电抗器的温度监测系统，其特征在于，所述温度采集节点包括电池、电源管理模块、系统定时器、主控芯片、温度传感器；所述电池与所述电源管理模块相连，所述电源管理模块第一输出端连接所述系统定时器，所述电源管理模块第二输出端连接所述主控芯片，所述电源管理模块第三输出端连接所述温度传感器；所述温度传感器通信端连接所述主控芯片通信端，所述系统定时器信号接收端连接所述芯片信号输出端。

Images