直流扰动下变压器励磁电流—振动关系研究

针对直流扰动下Y/Δ接线电力变压器,研究励磁电流与铁心振动之间的关系。基于三相组式变压器直流扰动电路,计算动态电感与时域电流两个状态变量,并利用变压器端口量测信息辨识励磁电流,利用励磁电流表征变压器励磁饱和状态。利用电磁耦合方法对不同直流扰动下的变压器电磁特性进行仿真模拟,计算其交直流混杂模式下的励磁电流与铁心振动加速度,研究励磁电流与铁心振动特性之间的关系。搭建220 V三相变压器直流扰动实验平台,在不同直流扰动下采集变压器励磁电流、铁心振动数据,并将仿真结果与实验数据进行对比,验证仿真模型的正确性。     

单相变压器匝间短路电磁特性研究

针对变压器匝间短路导致的内部电流剧增与励磁问题,研究变压器匝间短路时电流、主磁通及漏磁通特性。建立变压器匝间短路模式下的时域微分电路方程,基于能量扰动原理计算绕组电流,仿真模拟原、副边绕组不同匝间短路位置、不同短路比例及不同负载下的绕组电流和铁芯磁通及绕组漏磁通。研究电流及磁通变化规律,并分析其主要影响因素,利用铁芯磁通表征变压器励磁饱状态。结果表明,变压器额定运行原边绕组发生匝间短路(匝数比例为0～10%)时,原边端口电流增大到0～4倍,短路电流约增为正常原边端口电流的23倍;副边绕组发生同比例匝间短路时,原边端口电流增大到0～3倍,短路绕组电流约增为正常副边端口电流的14倍。同时,铁芯励磁局部饱和,绕组漏磁增大;伴随负载率降低,铁芯励磁饱和程度加深;短路比例升高,绕组漏磁通增大。搭建变压器匝间短路试验平台,量测相关电流参数,并与仿真所得电流数据比对,验证所得结论正确性,从而为变压器匝间短路的保护设计与整定提供依据。     

交直流混杂环境下Y/?变压器铁芯振动研究

针对三相Y/Δ变压器遭受直流扰动时的励磁饱和与铁芯振动问题,提出了一种励磁-振动谐响应分析方法。建立直流入侵状态方程,通过电磁耦合迭代辨识励磁电流,以表征直流偏磁下变压器的饱和程度,同时建立振动谐响应模型分析铁芯振动。仿真计算变压器在交直流混杂环境下的电磁特性,研究不同直流水平下励磁电流的变化情况及铁芯振动特性,同时将三相组式变压器与三相三柱式变压器在直流扰动下的励磁-振动特性进行对比并总结规律。搭建Y/Δ变压器动模实验平台,利用励磁电流辨识模块监测电流波形,利用振动监测模块采集振动信号,通过实验数据验证仿真结果的正确性。     

基于变压器励磁电流辨识的直流失稳与抑制策略

为进一步提高电力变压器抗直流扰动性能,针对电力变压器偏磁失稳问题开展其判别与抑制策略研究。根据变压器基本电磁机理构建直流扰动状态方程,利用端口电气信息研究变压器励磁电流参数的识别方法,并提出变压器在交直流混杂环境下的偏磁失稳判据。基于电路-磁场耦合模型仿真研究变压器在交直流混杂环境下的电磁特性,将励磁电流作为关键电磁参数反映变压器遭受(准)直流扰动时的异常,总结励磁电流在不同情况下的变化规律,通过分析不同偏磁失稳判据在(准)直流扰动下的适用性,研究基于励磁电流辨识的电力变压器交直流混杂异常判别方法。开展220V三相组式变压器交直流混杂实验验证该方法的正确性;结合现场10k V变压器试验分析其直流扰动励磁特性,进一步说明该文方法的有效性。最后,结合变压器直流扰动异常判别方法提出一种新型直流扰动抑制策略,仿真和实验结果验证了抑制策略的有效性。     

基于励磁阶跃法的汽轮发电机转子绕组匝间短路故障诊断

对转子绕组匝间短路故障的快速、准确检测可以缩短故障处理时间,降低停机成本。首先分析了匝间短路对励磁回路暂态阻抗参数的影响,预测当发电机出现转子绕组匝间短路后,在阶跃电压作用下,励磁电流的上升速度将变快。为了验证该设想,利用有限元分析软件建立了一台300WM汽轮发电机的仿真模型,对比了短路程度、短路位置对阶跃励磁电压作用下的励磁电流上升速度的影响,同时研究了被短路回路电流、阻尼电流以及定子绕组并联支路环流的变化规律。仿真结果验证了理论分析的正确性,最终提出了一种新型汽轮发电机转子绕组匝间短路故障检测方法。     

变压器直流扰动下励磁谐波与铁心饱和失稳研究

变压器遭受直流入侵时铁心励磁饱和程度加深,励磁电流发生畸变,谐波含量显著升高。针对该问题研究变压器励磁谐波与铁心饱和特性,并提出一种变压器直流扰动下铁心饱和失稳判据。基于电磁耦合原理构建交直流混杂模式下的变压器状态方程,利用端口电气信息研究励磁电流辨识方法,对励磁电流进行谐波分析并总结其变化规律,通过分析变压器直流扰动铁心饱和机理,研究铁心饱和失稳判别方法。通过仿真计算与动模实验深入分析变压器的电磁特性,并验证该方法的有效性。该研究为变压器直流扰动下铁心饱和失稳判别提供可行方法。     

基于漏感辨识的变压器交直流混合运行保护方法

基于变压器直流偏磁电磁耦合机理研究其保护策略,建立直流扰动下变压器回路方程,根据端口量测信息时域差分原理研究变压器动态漏电感参数辨识方法,并在此基础上提出变压器在直流扰动下的保护判据。利用时域场路耦合方法模拟分析不同条件下变压器运行的电磁特性,利用关键电磁参数表征变压器直流偏磁异常现象,归纳励磁电流、动态电感以及动态漏电感在直流偏磁时的波动情况,并总结其变化规律。通过搭建动模试验平台,研究不同判据在直流扰动下的适用性,提出一种基于单侧漏感参数辨识的变压器直流扰动保护原理,仿真分析和动模试验验证了该保护方法的准确性和可行性。     

单相变压器首端匝间短路电磁振动特性研究

针对单相变压器首端匝间短路问题,研究不同匝间短路比例下电磁振动特性,利用电磁耦合原理建立变压器匝间短路状态方程,仿真模拟不同短路比例下电磁参数及振动加速度变化,结果说明在不同比例匝间短路故障下,短路绕组电流方向改变、幅值变大,未短路绕组电流改变较小;内部漏磁增加,且短路绕组对应区域漏磁增加明显;由于电流及漏磁增加致使绕组振动加剧,随着匝间短路比例的提高,变压器电磁参数及绕组振动加速度进一步改变。最后,搭建匝间短路动模实验平台,测量变压器首端不同比例匝间短路故障下绕组电流及振动加速度,对比仿真结果与实验数据,验证了建模的有效性及所得结论的正确性。     

基于场路耦合的变压器绕组匝间短路电磁谐响应分析方法

变压器绕组匝间短路会造成绕组结构严重变形甚至烧毁,从而影响到设备乃至系统的安全稳定运行。基于场路耦合原理建立单相变压器三维有限元模型,研究变压器空载运行绕组匝间短路问题,通过分析绕组不同位置匝间短路时的电流、磁通以及受力情况,研究变压器励磁与绕组受力的对应关系,并总结其变化规律。在此基础上,搭建变压器绕组匝间短路动模实验平台,测试短路绕组振动加速度,通过对比仿真结果与实验数据,验证了本文方法的正确性与有效性。     

基于电热特性融合分析的油浸式变压器匝间短路故障辨识方法

已有的变压器匝间短路辨识方法主要依据绕组电流、阻抗或者油中溶解气体等单一类型信号,难以实现对故障位置的准确诊断,特别对少量匝数短路的辨识效果较差。综合考虑绕组电流、绕组热点温度和油温等变压器电热特征参数,提出了基于电热特性融合分析的油浸式变压器匝间短路故障辨识方法。该方法的主要思路为:运用数字孪生技术建立变压器物理实体的数字孪生体,应用多物理场仿真推演数字孪生体在不同运行断面、不同匝间故障条件下的电热特性参数变化规律,选取绕组电流、绕组热点温度等电热特征参数,建立基于孪生体故障样本数据驱动的匝间短路故障诊断模型。以31.5MVA/110kV变压器为例进行了仿真分析,结果表明本文提出的基于电热特性融合分析的匝间短路辨识方法可以实现对变压器早期潜伏性匝间故障的有效诊断,整体准确率可达94%。     

基于负载特性曲线偏移实现转子匝间短路故障诊断的方法

利用励磁电流增幅计算励磁电流是实现汽轮发电机转子匝间短路故障诊断的典型方法,然而传统励磁电流计算方法的精确性往往无法满足诊断的精度要求。本文通过分析转子匝间短路的形成原因和对励磁电流的影响,比较各种励磁电流计算方法的特点和差异,提出了一种基于负载特性曲线偏移的汽轮发电机转子匝间短路故障诊断方法。该方法通过测量发电机运行电气量,采用ASA相量法计算负载情况下的励磁电流,根据测量的励磁电流对空载特性曲线进行修正,并采用禁忌搜索算法计算运行工作点,拟合得到偏移负载特性曲线。采用偏移负载特性曲线分别对正常工作和转子匝间短路故障的发电机进行励磁电流二次计算,将得到的励磁电流计算结果与实际值进行比较。以一台600MW汽轮发电机为实例进行试验,结果发现,在非匝间短路故障时,其励磁电流计算结果与实际值基本一致,匝间短路故障时故障特征明显,从而验证了该方法的正确性。     

不同励磁模式下的汽轮发电机转子绕组匝间短路故障特征分析

转子绕组匝间短路是汽轮发电机常见故障之一,早期的准确检测对电力系统的安全稳定运行具有重要意义。利用Ansoft与Simplorer软件建立同步发电机转子绕组匝间短路故障的联合仿真模型,分别在恒励磁电流和恒励磁电压两种励磁模式下,得到转子绕组匝间短路时发电机各特征量的变化规律。通过比较,分析不同励磁模式下转子绕组匝间短路时不同的故障特征,为自动电压控制(AVC)励磁调节模式下发电机转子绕组匝间短路故障的分析和诊断奠定基础。     

基于等效瞬时励磁电感时域特性判别变压器励磁涌流

从变压器励磁涌流的产生是由于变压器铁心饱和这一原理出发,提出了一种利用计算等效瞬时励磁电感平均值来区分励磁涌流与短路电流的方法。理论分析、EMTP仿真及TEQSIM混合仿真结果均表明:该算法原理清晰,不需考虑变压器参数,特征明显,能够实现轻微匝间短路的识别。     

汽轮发电机励磁绕组匝间短路多回路数学模型

为了分析汽轮发电机励磁绕组匝间短路故障机理,建立考虑转子铁心涡流影响的汽轮发电机空载时励磁绕组匝间短路多回路数学模型。用气隙磁导法推导了与汽轮发电机励磁绕组有关的单个线圈间电感系数的计算公式。采用该模型对空载时有无励磁绕组匝间短路故障2种工况分别进行仿真,得到了励磁电流、定子并联支路环流、定子电压仿真波形。通过仿真研究还得到励磁绕组匝间短路后的2个故障特征:在外加恒定励磁电压的情况下,励磁电流逐渐增大到另一个稳定值;定子并联支路间出现了环流。通过实验验证了所建多回路数学模型的正确性。为汽轮发电机励磁绕组匝间短路故障检测和诊断提供参考。     

同步发电机励磁绕组匝间短路的仿真研究

转子绕组匝间短路故障会造成发电机励磁电流增大、输出无功减小、转子振动加剧等影响,如果不及早处理可能给机组的安全运行带来巨大威胁.近年来国内外研究主要通过实验检测及定性分析,由于不能准确计算故障电流等电气量,在实际应用中存在局限性.本文为多支路同步发电机励磁绕组匝间短路建立了改进的多回路数学模型,并提出了与励磁绕组有关的电感系数的计算方法,可以考虑气隙磁场畸变、定子绕组不平衡电流等因素的影响.针对1台4极凸极同步发电机,用该模型对不同匝数的励磁绕组匝间短路进行数字仿真,可得到短路后定、转子电流及有功功率、无功功率等.根据计算结果,本文提出励磁绕组匝间短路后定子同相不同分支之间出现分数次谐波环流、励磁电流出现基波及奇数次谐波的故障特征,并给出了物理解释,可以为转子匝间短路保护提供依据.     

基于二次谐波分量衰减特性的变压器励磁涌流识别方法

变压器空载合闸时将产生大的励磁涌流,受剩磁、合闸角、变压器参数等因素影响,涌流特性复杂,辨识困难。这一现象在包含变压器匝间短路场景下,体现尤为明显。目前尚缺少考虑匝间短路因素下励磁涌流特性的数学表征和辨识判据。本文笔者提出了一种基于二次谐波分量衰减特性的励磁涌流表征方法,采用基于变压器二次谐波分量与基波分量幅值比的涌流判定依据,可实现包含匝间短路等多场景下励磁涌流的快速辨识。     

基于等效励磁电感波形相似度的变压器绕组轻微故障检测方法研究

针对大型电力变压器绕组轻微匝间短路故障、匝间电弧放电故障在线检测困难的情况,文中提出了基于等效励磁电感波形相似度的变压器绕组轻微故障的检测方法。通过分析等效励磁电感在变压器不同工况下的特征,利用Hausdorff距离量化等效励磁电感在不同工况下波形之间的差异。与此同时,为了消除等效励磁电感的测量误差,使用小波熵阈值滤波方法对数据进行预处理,并利用余弦多项式分解重构信号的方法消除等效励磁电感的零点误差,提高了等效励磁电感的计算精度。最后搭建了变压器绕组轻微匝间故障、绕组电弧故障的仿真模型,对所提出的方法进行了仿真验证,仿真结果表明,该方案能够可靠的识别变压器绕组的轻微匝间故障和匝间电弧放电故障。     

基于电磁-机械顺序耦合的变压器直流扰动振动特性研究

电力变压器直流扰动状态下励磁电流畸变、谐波含量增加,导致内部构件振动加剧,严重危害变压器的安全稳定运行.本文针对变压器直流扰动下电磁-振动特性变化问题,研究变压器直流扰动下绕组电流、励磁电流及振动加速度变化情况.建立变压器电磁-振动模型,分析机械振动机理,基于变压器电磁-机械顺序耦合算法,仿真分析不同直流扰动状态下的绕...     

基于小波变换的变压器励磁涌流鉴别的新方法

为正确鉴别变压器励磁涌流和匝间短路电流以防止变压器保护装置的误动作,提出了一种基于小波变换鉴别励磁涌流和匝间短路电流的新方法。该法利用小波分析能准确捕捉信号突变的特征,选用B样条小波对Matlab仿真产生的样本数据进行分析,通过分解后的局部模极大值处对应的小波系数求得表征信号奇异度大小的李氏指数值,用此值的大小作为识别量来区分励磁涌流和短路电流。分析表明励磁涌流的李氏指数值较小,而短路电流的李氏指数值较大,通过对不同参数的变压器及其不同类型故障的仿真,找出了其定量参考值。结果表明该方法可在采得一个周期数据后实现正确鉴别。     

单相变压器在不同直流注入方式下的偏磁效应

利用时域场路耦合方法分析了不同直流注入方式对变压器交流励磁的影响,将变压器直流偏磁计算转换为场的耦合计算和路的耦合计算,用场模型计算动态电感,以路模型求解时域过程,通过计算耦合参数分析变压器电磁参数在直流扰动下的变化规律,对比了不同直流注入方式对变压器偏磁效应的影响。最后将仿真计算与实验结果对比,结果验证了理论分析的正确性。