直流输电换流阀阻尼系统特性研究

直流换流阀阻尼系统由饱和电抗器铁心电阻和晶闸管级阻尼电阻2部分组成。该文提出了饱和电抗器动态电感和铁心电阻分析计算方法,建立了铁心电阻与磁通密度的函数关系及饱和电抗器等值电路模型。通过对高频电压源激励下端口伏安特性理论计算结果与试验测试结果对比,验证了模型的正确性。提出了阻尼系统抑制振荡电流性能分析方法,给出了晶闸管第1个电流波谷值处于局部极限值的阻尼系统配置方案;分析了阻尼系统冲击电压下辅助限制过电压性能;提出了阻尼系统损耗计算方法,研究了换流阀不同运行状态下的损耗性能。     

一种直流换流阀饱和电抗器的改进方案

针对直流换流阀电抗器运行时因工作磁通密度大范围变化引起的电磁振动、噪声及发热问题,提出一种可控直流偏磁的改进方案,即通过控制铁心饱和程度,减小工作磁通密度变化量的方法,达到了抑制磁致伸缩引起的振动和噪声、减小铁损引起的发热、缩短电抗器电流饱和时间的目的。首先阐述了改进方案原理,然后利用基于J-A理论的非线性电感和理想变压器建立改进后阀电抗器模型,在Simulink中仿真不同直流偏磁电流下的电抗器工作状态,最后进行了实验验证,表明了该改进方案的有效性。     

±1100 kV/5455 A特高压直流换流阀饱和电抗器散热设计与研究

饱和电抗器是换流阀中保护晶闸管的关键部件,运行时饱和电抗器铁心产生的损耗导致铁心温度升高,严重情况下会导致饱和电抗器失效,从而威胁换流阀的安全运行。为降低饱和电抗器铁心温度,确保特高压直流工程可靠性,必须研究铁心散热性能并优化饱和电抗器结构。首先,研究了壳式饱和电抗器内部结构,分析了铁心散热的机理;然后,通过对饱和电抗器内外部结构的优化,为±1 100 kV/5 455 A特高压直流工程设计开发了一款螺旋结构的饱和电抗器,运行时外壳周围形成多重散热风道,优化了散热效果;最后,基于光纤测温原理,在饱和电抗器样机内部铁心表面预埋测温光纤,并在合成试验平台上对饱和电抗器进行长期连续额定负荷运行工况下的铁心测温试验。结果表明:螺旋式饱和电抗器相比于普通壳式饱和电抗器铁心温度大大降低,满足特高压直流工程对饱和电抗器运行可靠性的要求。     

基于CNN的平波电抗器声纹模式识别方法

为实现对平波电抗器运行状态的准确识别，引入一种基于CNN（卷积神经网络）的深度学习方法，建立了使用Mel时频谱的电抗器绕组声纹模式识别模型。以干式平波电抗器作为实验对象采集声音信号，使用Mel滤波器方法将采集到的声音信号转化为时频谱图，以不同的工况类型作为数据集的标签，基于CNN算法识别不同信号所对应的工况类型。结果表明，CNN可用于干式平波电抗器声纹模式的准确识别，优化后的神经网络对正弦激励、谐波激励和直流偏磁激励下的声纹信号识别准确率高达98.4%。研究结果为实现电网信号的智能化检测提供了潜在的技术方案。     

HVDC阳极饱和电抗器阻尼弹性体降振降噪试验研究

高压直流输电换流阀中由阳极饱和电抗器引起的振动噪声问题直接关系到系统的稳定运行和环境友好性,目前对阳极饱和电抗器的阻尼弹性体降振降噪研究较为匮乏。以锦屏—苏南±800k V/4750A高压直流输电工程使用的阳极饱和电抗器为试验对象,取出阳极饱和电抗器中一对铁心并缠绕激励线圈,测量了一对铁心在不同激励下的振动噪声。同时为降低铁心的噪声,对铁心加装阻尼弹性体降噪,并采用相同的激励对阳极饱和电抗器铁心的振动噪声进行测量,分析比较测量结果,得出阻尼弹性体对铁心的降振降噪效果十分明显。此研究结果对阳极饱和电抗器以及高频设备降振降噪研究具有参考价值。     

HVDC整流侧阀饱和电抗器铁损仿真研究

建立了用以研究直流输送电流对饱和电抗器铁心损耗影响的,包含带反向恢复特性的晶闸管模型与非线性饱和电抗器模型的12脉动高压直流输电换流阀仿真模型,其中饱和电抗器模型是由非线性电阻模型与受控电流源并联构成的。以锦屏—苏南±800 kV/4 750 A高压直流输电工程整流侧使用的A5000换流阀为例,仿真了3组不同直流线路电流条件下饱和电抗器铁心损耗,仿真结果与现场实测数据相符。饱和电抗器的铁损不仅包括换流阀开通时产生的铁损,在换流阀关断以及断态时也会产生铁损。饱和电抗器铁损随直流电流的升高而增加。     

一种方形壳体式新型饱和电抗器研制与工程应用

饱和电抗器作为晶闸管换流阀的核心部件，主要用于抑制电流变化率、在高频电压冲击下分摊硅堆电压以及均衡换流阀电压分布的作用。西门子技术饱和电抗器结构复杂、水路接口多，随运行时间增加，工程中已多次出现漏水、二次电缆磨损、铁心硅钢片脱落、母排发热等问题，严重影响了直流系统安全稳定运行。文中以解决上述问题为目标，提出了一种用于工程改造替换进口电抗器的方形壳体式饱和电抗器设计方案，从饱和电抗器的关键参数设计、结构设计、水路设计和试验4方面，介绍了新型饱和电抗器的技术特点、性能指标和试验情况。该型饱和电抗器已在中国贵广和向上等直流工程中实现进口电抗器的批量替换，性能稳定，运行情况良好。同时也为后续新的高压直流工程换流阀设计提供了一种新的电抗器方案。     

基于箱体振型特征的油浸式电抗器绕组松动识别方法

通过分析高压并联电抗器油箱表面振动加速度信号可以得到电抗器内部机械状态信息,从而有利于避免电抗器事故的发生。本文针对一台500 kV油浸式铁心电抗器搭建了振动实验平台,首先对油箱表面均匀分布测点的振动加速度信号进行相位校准并获取运行变形振型(ODS)图像,通过升压实验分析了电抗器表面振型分布与电压之间的关系,借助灰度共生矩阵提取电抗器在不同机械状态下的ODS图像纹理特征并进行对比分析。研究结果表明：运行电压下电抗器ODS分布不变,当绕组发生松动时,电抗器表面ODS图像的纹理特征发生变化,其灰度共生矩阵的能量增大,相关性减小,逆差距增大,从而验证了本文绕组松动识别方法的有效性,为高压并联电抗器故障诊断提供了参考。     

高压直流输电系统逆变侧阀饱和电抗器电气应力研究

为分析特高压直流输电工程中,逆变侧换流阀饱和电抗器的电气应力及损耗特性,建立了带反向恢复特性晶闸管模型和非线性饱和电抗器模型的高压直流输电逆变侧12脉动换流阀仿真模型。以锦屏—苏南±800kV/4 750 A直流输电工程使用的A5000换流阀为基础,计算了A5000换流阀工作在逆变状态时的电气应力和饱和电抗器损耗。结果表明,逆变侧换流阀承受较高的开通电压,电抗器的开通损耗远高于整流侧。但由于逆变侧换流阀承受较低的关断应力与断态应力,逆变侧的饱和电抗器损耗与整流侧总体相当。A5000换流阀可以在逆变状态下安全运行。     

基于BP神经网络的电抗器铁心柱轴向松动诊断∗

油浸式高压并联电抗器是电力系统中重要的设备之一,而铁心柱轴向松动是高压并联电抗器常见的机械故障,可以通过测试振动信号对其进行有效诊断.探讨了高压并联电抗器振动机理,分析了并联电抗器振动信号的频谱特征.以油浸式高压并联电抗器模型为研究对象,提出了借助BP神经网络预测油浸式高压并联电抗器振动信号,将预测信号与实测信号相对比,诊断并联电抗器铁心柱松动的方法.研究结果表明,所提方法可以有效诊断油浸式高压并联铁心电抗器铁心柱轴向松动.     

基于典型振动规律的干式变压器机械状态诊断

干式变压器在运行中受到电、热、机械等应力的共同作用,可能导致铁心松动和绕组变形等异常故障。振动分析法可以灵敏地反映铁心和绕组的机械状态,适用于干式变压器机械故障的检测。文中构建了干式变压器的有限元模型,仿真探究了干式变压器的振动机理与振动特性,发现干式变压器的绕组振动远小于铁心振动,正常运行状态下振动主要来源于铁心的磁致伸缩效应。文中搭建了干式变压器实验平台,采集并对比分析了正常工况和铁心松动状态下干式变压器表面的振动信号。发现随着铁心逐渐饱和,振动信号不再随电压平方呈线性关系增长,总振动信号峰值增长变快,基频振动信号幅值增长变慢。根据实验得到不同工况下干式变压器的振动信号频谱,发现可将振动信号的基频占比、高低频比作为诊断干式变压器机械状态的特征参量。     

基于在线监测系统与声振特征预测模型的高压并联电抗器运行状态评估方法

高压并联电抗器的声振信号特征是评估其运行状态的重要参考依据.当油箱内部重要结构件因长期振动出现松动,油箱振动形态发生改变,而油箱外部的声振特征变化程度也反映了重要结构件的缺陷程度.该文采用电抗器声振信号在线监测系统,对高压并联电抗器油箱表面振动信号和噪声信号进行持续监测.基于历史声振数据和时间序列预测模型,对未来一段时...     

高压断路器声纹及振动熵特征联合的GWO-KFCM故障诊断

针对复杂环境下高压断路器故障诊断算法的准确率和泛化性问题，提出一种声纹及振动熵特征联合的GWO-KFCM故障诊断算方法。首先，对声音信号进行广义S变换，提取反应声纹的盒维数、方向度和对比度纹理特征；对振动信号进行变分模态分解（VMD），计算信号的排列熵。最后，构造联合特征向量送入模糊核C—均值聚类（KFCM）学习训练，利用灰狼优化（GWO）算法优化KFCM初始聚类中心，对训练样本进行预分类后输入SVM，辨识操动机构运行状态。结果表明，声纹及振动熵特征联合的GWO-KFCM故障诊断方法充分利用声振信号互补优势，对实验样本总体诊断准确率达到了100%，并且有较好的泛化能力。     

巴西美丽山Ⅱ期直流工程用饱和电抗器铁心损耗优化与特性分析

巴西美丽山II期直流工程在工作频率、换流器拓扑、环境温度等方面与国内直流工程存在较大差异,若直接套用国内工程用饱和电抗器存在铁心损耗大、温升过高等问题。此外,饱和电抗器运行时温度较高一直是影响换流阀可靠性的潜在隐患。因此,亟需开展饱和电抗器的损耗优化研究,保证工程长期运行的可靠性。以巴西直流工程为切入点,开展了饱和电抗器铁心损耗研究,给出了一种通过调整铁心气隙减小铁心损耗的优化方法,分析了损耗降低机理,研制了饱和电抗器样机,结合仿真和试验分析手段,研究了调整电感值后饱和电抗器电气特性,验证了该方法的有效性。该优化方法不会影响饱和电抗器的外部结构和阀塔的整体结构设计,因此具有工程兼容性高、成本低的优点。同时,提供的优化思路不仅适用于巴西直流工程,也为不同直流工程用饱和电抗器的可行性分析提供理论指导,支持特高压直流工程换流阀前期设计以及技术改造。     

基于变压器声纹Mel语谱图-ResNet的铁心松动故障诊断

为实现变压器铁心松动故障的识别,提出基于变压器声纹的ResNet卷积神经网络(CNN)用作铁心松动故障的识别,分别比较了相同卷积神经网络ResNet在交叉熵损失函数(SE-ResNet-Dense)和特征表达的角度空间中最大化分类界限的加性角度裕度损失函数(SE-ResNet-ArcLoss)不同表现效果。通过变压器空载试验采集变压器铁心在额定预紧力、松动20%、松动40%时的噪声信号,通过离散傅里叶变换将采集的声纹信号生成时频矩阵,并使用Mel滤波器对时频矩阵降维生成尺寸大大缩小的Mel-语谱图。将采集的噪声信号制作成数据集后输入到两种模型中训练,最终测试集在模型SE-ResNet-Dense上的预测结果为90.753%,在模型SE-ResNet-ArcLoss上的预测结果为97.541%。结果验证SE-ResNet-ArcLoss最适用于变压器铁心松动故障识别。     

基于稀疏自适应S变换和深度残差网络的轴承故障诊断方法

复杂滚动轴承振动信号存在非线性、非平稳等问题,传统信号处理方法难以实现故障特征的有效提取和高精度的故障分类。针对此问题,从轴承振动信号的时频特性出发,提出一种基于稀疏自适应S变换和深度残差网络的轴承故障诊断方法。首先将采集的振动信号进行稀疏自适应S变换,得到轴承不同工况下的时频图像特征;然后构建深度残差网络结构,并合理的选取优化器、初始学习率等网络参数,提出基于深度残差网络的轴承故障诊断模型。对某滚动轴承振动数据集的计算结果表明,基于稀疏自适应S变换的时频分析方法具有较高的时频分辨率,所构建的深度残差网络模型能够准确识别不同故障状态及其严重程度下的轴承运行信息,为滚动轴承的故障状态诊断提供了技术支撑。     

±1100kV特高压直流换流阀饱和电抗器样机的失效模式与加速寿命试验方法

饱和电抗器是保护晶闸管的重要设备,其失效将威胁换流阀的安全运行。为提高特高压直流换流阀的可靠性,必须研究饱和电抗器的失效模式及其平均使用寿命。首先,研究了特高压直流换流阀饱和电抗器在额定运行工况下承受的电气和热应力;然后,分析了饱和电抗器在各种应力条件下的失效模式,并且找出了决定饱和电抗器失效的主要应力形式和部件;最后,基于环氧树脂的热加速寿命试验预计了饱和电抗器的平均使用寿命。结果表明:环氧树脂是饱和电抗器的薄弱环节,铁芯发热造成环氧树脂的温升是限制饱和电抗器寿命的主要因素;±1 100 k V换流阀饱和电抗器的平均使用寿命约为48 a,满足国家电网公司对饱和电抗器产品的可靠性要求。     

基于声纹及振动的变压器故障诊断技术研究

噪声和振动包含了变压器机械状态的大量信息。基于噪声声纹成像和振动信号的分析方法是变压器机械状况带电检测的有效手段,分析声纹成像及振动信号测试结果,对变压器故障诊断具有重要意义。文中基于变压器铁心及绕组噪声及振动机理,建立振动噪声测量系统,并对1台110 kV变压器进行测量。根据声纹成像噪声源定位和振动信号特征值测试分析结果,判定该主变C相高压套管升高座存在故障,验证了该诊断技术的有效性。     

特高压换流阀用饱和电抗器的振动研究与优化方案

随着特高压直流输电技术的不断发展,输送容量又达到了新的高度,作为晶闸管换流阀核心部件之一的饱和电抗器,起到了抑制电流变化率、高频电压冲击下分摊硅堆电压以及均衡换流阀电压分布的作用。电抗器在实际运行过程中产生的振动,会引起噪音、同时造成连接水管摩擦漏水等一系列的危害。文中分析了电抗器产生振动的原因;利用Ansys仿真软件对换流阀饱和电抗器进行电磁场及谐响应仿真分析,计算出电磁力和振动位移,提出了减振优化方案,并通过试验和仿真验证其可行性,使电抗器振动有效减小,为后续的优化设计提供了参考。     

双级磁阀可控电抗器振动特性试验研究

磁致伸缩效应是变压器、电抗器铁心振动的主要原因,文中基于内能机械能守恒理论,分析了双级磁阀可控电抗器铁心正常运行和含有直流分量时的振动机理,并通过搭建振动试验测量平台,测量了电抗器正常空载情况下铁心上不同点振动加速度,分析了相应的振动特性。进一步对直流偏磁情况下的双级磁阀可控电抗器振动特性进行测量。结果表明:电抗器铁心振动随直流分量的增加而增大,波形畸变程度加剧,各次谐波都呈现增加趋势,且增幅各异。研究结果验证了双极磁阀电抗器铁心直流偏磁振动特征,同时为后续的减振降噪提供了试验基础。