变压器局部放电UHF信号传播特性的仿真分析

特高频(UHF)技术通过检测局部放电辐射电磁波信号来实现对设备局部放电的检测,抗干扰能力强,检测灵敏度高,是一种基于空间电磁场耦合的局部放电测试技术,能够实现真正意义上的局部放电在线检测,因此在变压器局部放电检测领域取得了日益广泛的关注及研究。由于变压器内部结构复杂,各种金属结构件都会对辐射电磁波的传播产生影响,因此变压器局部放电UHF检测技术有必要研究变压器内部电磁波的传播规律。为此在对变压器内部结构进行合理简化的基础上完成了变压器典型结构的计算机建模,以高斯电流元模拟局部放电源,合理设置各类仿真参数,利用时域有限差分法(FDTD)对特高频电磁波在变压器内部的传播特性进行了仿真分析。仿真结果给出辐射电磁波信号在铁心绕组之间的传播特点,铁心对电磁波传播造成的衰减和畸变作用,并通过时域及频域波形的对比给出不同脉宽、不同幅值电磁波信号在铁心绕组结构中传播的特点。     

电力变压器局部放电超高频检测仿真分析

局部放电作为变压器的常见故障,若能及时发现处理并将其恢复到正常运行状态,将大大减少损失,提高供电可靠性。本文通过超高频检测法与时域有限差分法,分析了局部放电引起的超高频电磁波在变压器箱体中的传播特性,以及变压器箱体结构和铁芯绕组对电磁波信号的传播影响。在软件XFDTD上对局部放电辐射的电磁波在变压器内部的传播情况进行仿真,预测障碍物引起的PD信号到达时延,计算其与理论时延的差值,以此来评估对变压器PD定位精度的影响,并对其进行分析。仿真结果显示,从两个模型输出的数据结果中发现,在障碍物的存在下,引入的PD信号到达会出现估计微分时延。结论为变压器箱体对电磁波有衰减作用,所以传感器应放置于变压器内部;铁芯对电磁波也有畸变与衰减作用。     

变压器局部放电超高频信号的外部检测

电力变压器局部放电超高频检测法中一般将传感器安装于箱体内部,这对已投入运行的变压器来说是有潜在危害的。为此,先分析了变压器箱体对局部放电超高频电磁波传播的影响,探讨了接收天线外部检测超高频信号的可行性,再实验研究了局放超高频电磁波的外传播特性。结果表明,超高频电磁波可以透过变压器箱体夹缝衍射出来,外部检测到的超高频信号强度随着变压器箱体缝宽增大而增大;变压器套管附近安装接收天线也能检测到超高频信号。     

变压器局部放电超高频电磁波的传播特性

分析了变压器中局部放电激发的超高频电磁波在油 -隔板复合绝缘中的传播特性 ,讨论了变压器箱体对电磁波传播的影响 ,实验室研究结果表明 ,超高频局放电磁波在油 -隔板复合绝缘中传播时会产生一定的衰减 ,但对电磁波的接收影响不大 ;变压器箱体可引起电磁波的严重衰减 ,大大降低检测灵敏度 ,因此实测时超高频传感器应内置     

变压器内置式超高频传感器安装位置选择仿真研究

在变压器局部放电超高频（UHF）检测中,局部放电检测灵敏度和有效性受到传感器安装位置的影响。为了确定传感器安装位置的影响程度和给出合理的安装建议,采用有限差分方法（FDTD）,以一台220 kV变压器为例,对不同位置局部放电源激发的电磁波在变压器内部结构中的传播特性进行仿真研究,并对内置式传感器的合理安装位置进行分析和讨论。结果表明：由变压器内部局部放电产生的电磁波具有较为复杂的传播特性;安装于变压器箱体正面及背面的传感器能够更好的检测发生在调压、低压、中压及高压绕组之间以及相间的局部放电。通过仿真研究,证明了变压器仿真模型能够有效指导实际变压器UHF传感器安装位置的选择。     

直流偏磁下变压器铁心搭迭区域电磁振动的分析

取向硅钢片的磁致伸缩特性是引起变压器铁心振动的主要原因,同时叠片铁心拐角搭迭区域的电磁力也会影响铁心振动,另外,直流偏磁会加剧铁心的振动。本文考虑直流偏磁工作状态的影响,针对铁心搭迭区域的电磁振动进行了分析。以定制的方圈铁心为研究对象,建立了包含搭迭缝隙的三维仿真模型,通过仿真计算得到了直流偏磁条件下不同时刻的应力和位移分布,进而分析了直流偏磁条件下由磁致伸缩力和电磁力引起的铁心振动。最后对实验室中的方圈铁心展开了直流偏磁下的振动实验,实验结果证明了仿真结果的正确性。研究结果表明,在直流偏磁条件下,对搭迭区域进行振动分析需要建立包含搭迭缝隙的三维仿真模型,同时也应该考虑电磁力对铁心振动的影响,此外,直流偏磁会使励磁电流发生畸变,铁心磁场周期分布不对称,变压器铁心搭迭区域振动增强,振动的高次谐波和奇次谐波含量增加。     

电力变压器局部放电超高频电磁波产生机理及传输特性研究

对变压器油-纸板复合绝缘中由局部放电引起的超高频电磁波的传输特性进行了分析,并对电磁波传输的影响因素进行了讨论.研究结果显示:在变压器的油-隔板复合绝缘中,局部放电导致的超高频电磁波在传输时存在衰减,但不会对电磁波的接收产生较大影响.此外,电磁波会因变压器的箱体而发生严重衰减,造成检测灵敏度受到很大程度上的影响,所以在实际测量时应将超高频传感器安装在变压器箱体内部.     

变压器局部放电UHF传感器安装方式对检测灵敏度的影响理论分析

本文中作者列出了现有的UHF传感器安装方式,依据电磁波经过金属板缝隙、圆波导管等典型结构的传播理论分析了UHF电磁波经过变压器油箱接缝、充放油管道等部件的衰减特性。     

基于COMSOL的变压器中超声波传播特性

通过建立变压器仿真模型,分别研究了在局部放电源固定的情况下,声压在空间中的传播规律及其幅值变化情况、放电源位置对信号传播特性的影响及声波在铁心、绕组和变压器油中传播时的衰减规律。仿真结果表明,局部放电声爆炸发生后的1ms内,变压器内部声压的空间分布迅速发生变化,但是1ms之后无明显变化;变压器铁心和绕组中声压的变化幅度比油中更大,局部放电声爆炸以球面波形式的波阵面向周围介质传播;观察点离局部放电源位置越近,接受到的信号幅值越大;声波在铁心、绕组和变压器油中传播时,声压幅值在三个方向上因传播路径的差异随传播距离的增加经历不同的衰减。通过试验验证了仿真结果的正确性。该分析可以为变压器中超声波局部放电检测提供依据。     

用振动法监测变压器铁心状况时加速度 传感器的最佳位置选择

铁心松动是变压器的常见故障。当铁心松动时,由硅钢片磁致伸缩引起的铁心振动信号发生变化,传递到箱体表面的振动信号也会随之发生变化,因此可通过分析箱体表面振动信号(即振动法)来监测变压器铁心状况。本文采用加速度传感器对一台空载调压器进行多测点振动特性测试,分析了典型测点振动信号的频谱特性,根据箱体上振动信号幅值与电压平方关系,找到监测铁心状况时最佳传感器的布置区域。由于调压器的结构类似一般绕线式异步电动机,且使其工作于制动状态下,故其作用原理与变压器基本原理相似。因此,本文的分析和结论可为振动法监测变压器运行状况的现场应用提供参考。     

电力变压器中局部放电声波传播的有限元仿真和理论分析

测量变压器内局部放电产生的声波能用于电力变压器的监测、诊断和故障定位。建立了局部放电声波传播的有限元分析(FEA)仿真模型。利用简化的模型,分析了声波传播的特性。局部放电声波传播仿真的结果与PZT传感器的实验室结果比较,显示了较好的一致性。     

Partial discharge location in power transformers using wideband RF detection

This paper presents a method for partial discharge (PD) source location in power transformers based on detecting electromagnetic (EM) radiation emitted from PD. The key problem of PD location by EM waves is the difficulty in getting the accurate time arrivals of the signals from the source to multiple sensors. Several measures are taken to improve the time arrival resolution. Firstly, a measuring frequency band (1 GHz-5 GHz) within RF band is proposed to accurately pick up the fast rise time of the signals. Secondly, an antenna array with diamond-shaped configuration is designed to improve the correlation coefficient of the waveforms from multiple sensors. Thirdly, two antenna arrays are proposed to eliminate the influences of the EM wave scattering caused by the iron core. Fourthly, an algorithm is proposed to increase the signal to noise ratio and to measure the time arrivals automatically through cross-correlation and averaging operation. Lastly, a hyperboloid-genetic algorithm is developed to search the PD source. Experiments on a single-phase transformer model were conducted in the laboratory. The tested results proved the validity of the proposed method and showed that the location error in 16 cm, mostly is about several cm     

基于辐射电磁波检测的电力变压器局部放电定位研究

在局部放电特高频检测技术基础上，提出一种基于天线阵列技术和时间差算法的电力变压器局放定位新方法。研究了电磁波法的定位精度与检测频率的关系，提出1~5GHz的局放定位检测频带；对铁心、线圈模型对电磁波传播的影响进行了试验探讨；提出基于4阵元天线阵列检测的方式；设计了基于多样本互相关－移位－叠加－互相关的时延测量算法；最后开发了融合遗传算法的时间差法定位技术，试验验证了该技术的定位效果。结果表明，提出的检测频带、传感器阵列技术及时延算法有效地解决了铁心对定位的不利影响，实现了时延的自动测量并将时延测量精度提高到数十皮秒；通过把遗传算法与时间差算法有机结合成功实现了对单一局放源的定位，实验中定位精度可达数厘米。     

超宽带射频技术对变压器多局部放电源的定位

电力变压器局部放电故障大多是在很短时间间隔内相继出现多个放电源,因此对于多放电源的有效定位是定位技术成功的关键,为解决多点局部放电源的定位问题,采用基于最短光程原理的超宽带射频定位技术,用4阵元传感器阵列检测局部放电源激发的电磁辐射波,获取3个相对时延作为计算参量,利用时间差算法实现对局部放电源空间几何位置进行搜索定位,在实验室环境下进行了空间多点模拟局部放电源的定位试验,多放电源的定位误差控制在10cm以内。此外,还介绍了最近在现场真实设备上进行局部放电定位的探索研究,为该技术向实用化方向的发展做出了有益的尝试。     

XLPE电缆中间接头局部放电电磁波特性仿真分析

为研究XLPE电缆中间接头中局部放电激发的电磁波特性,建立了10 kV XLPE电缆接头模型,采用有限积分法对中间接头中超高频(UHF)电磁波的模式特性、衰减特性以及检测信号与局放脉冲波形之间的关系进行了仿真分析。仿真结果表明:在中间接头中,电磁波主要以准TEM模式传播,在其内部各处横向电场分量明显大于纵向分量;激励产生的电场强度和信号能量整体上随检测距离的增大迅速衰减,仅在导电硅胶附近由于电磁波反射增强而略有增大;UHF信号的能量由局放脉冲的波形决定,局放脉冲波形越陡,幅值越大,激发的UHF信号越强。     

Core lamination selection for distribution transformers based on sensitivity analysis

In this paper, the sensitivity analysis is used to select the core lamination thickness of single-phase distribution transformers rated from 5 to 50 kVA. Three different magnetic materials (M2, M3 and M4) with thicknesses of 0.18, 0.23 and 0.27 mm are considered. Transformer designs are compared based on the total owning cost as well as on the transformer bid price. The impact of the different laminations on total owning cost and bid price is calculated for a total of 144 transformers (72 for each criterion). All transformers fulfill all the operating and construction constraints. The paper considers the impact on core losses of the space factor (core-assembling pressure) and of the building factor and also describes how core losses are affected by core design parameters such as the number of laminations per step, air gap and overlap. It is concluded that for the analyzed power range, M3 lamination is the best choice since all of the studied cases have smaller bid price and 79% of the studied cases have lower total owning cost. This paper gives guidelines to select the appropriate thickness and can help transformer manufacturers to select the optimal thickness for distribution transformers.     

基于混合铁心的新型电流互感器研究

传统电流互感器铁心饱和会导致其二次电流波形发生畸变,进而可能影响电能计量的精度或引起继电保护设备错误动作,威胁电网的安全稳定运行。针对此类问题,提出了基于混合铁心的新型电流互感器(CCCT)。CCCT主要由混合铁心、二次绕组、二次电阻、磁场传感器与信号处理电路组成,其中混合铁心包含完整的内铁心与带气隙的外铁心,磁场传感器放置在外铁心的气隙中,其输出信号用于补偿发生畸变的二次电流。为验证该结构的有效性,进行了有限元仿真,制作了CCCT样机并进行了正弦交流电流、正弦半波电流、短路电流和直流电流的测量实验。有限元仿真与实验结果表明,CCCT在额定电流下的复合误差小于0.2%,稳态对称短路电流下的复合误差为2.04%,暂态短路电流下的峰值瞬时误差为4.25%,直流条件下输出与输入的拟合优度为0.999 9,既基本保留了传统电流互感器的测量精度,也具有良好的暂态响应特性与抗直流特性,可同时满足相关标准对测量、保护用电流互感器的精度要求,具备在实际工程中应用的潜力。     

Signal Propagation on Single Phase Power Distribution Lines at Power Line Carrier Frequencies

Two sets of propagation measurements were made on a 20,847 foot unenergized power distribution line in the frequency range 0 to 50 kHz. The line was configured with and without distribution transformers. From the first set of measurements a voltage transfer function was calculated for this line. In the second set of measurements the line was energized with a 25 kHz signal and the voltage, current and impedance were measured along the line. Various propagation characteristics such as attenuation, characteristic impedance, velocity of propagation, and standing wave ratios were determined from these measurements.     

Study of Partial Discharge Localization Using Ultrasonics in Power Transformer Based on Particle Swarm Optimization

The partial discharge source localization by ultrasonic measurements in power transformers is studied by the Particle Swarm optimization (PSO), and the signal parameter estimated model of ultrasonic localization has been established on the basis of the propagation properties of the ultrasonic wave. The experiment result shows that the PSO algorithm possesses high calculation efficiency and high convergence speed, and can efficiently prevent the result from falling into the local optimum, the localization error of the PSO algorithm is clearly better than that of the Least-Square algorithm obviously.