基于“场-路”耦合有限元分析法的变压器短路电抗仿真的研究

短路电抗法是检测电力变压器绕组变形的有效方法之一,开展变压器短路电抗的仿真计算研究,对于获取各种绕组变形故障时的特征信息具有重要意义。基于实验室中一台模型变压器的结构参数,分别建立了绕组正常及存在匝间短路故障时的有限元仿真模型,利用"磁-路"耦合的方法对变压器的漏磁场和漏感参数进行了计算,分析了绕组变形位置与变压器漏磁场之间的关系,并与在模型变压器上的实验结果进行了对比,结果表明:绕组内部发生匝间短路故障时,在径向中部的匝间短路对漏磁场的影响较大,而在轴向中层绕组的匝间短路对漏磁场的影响较小。研究成果对于指导短路电抗法的现场应用和绕组故障的检测提供了一定的理论依据。     

变压器绕组变形在线监测算法的改进

国内外的研究和统计表明,变压器绕组变形是电力系统安全运行的一大隐患,通过测量变压器绕组短路电抗来判断变压器绕组是否变形是一种有效方法。利用在线测量变压器原、次边的电压和电流量,采用递推最小二乘法(RLS)辨识变压器的短路阻抗的方法来进行变压器绕组变形在线监测。通过仿真测试结果表明,该方法能有效监测变压器绕组变形。     

用三维有限元法计算分裂式变压器短路阻抗

为准确计算出分裂变压器高、低压绕组间的短路阻抗,首先采用ANSYS的三维静态磁标势法数值计算得出高压多并联支路与单个低压绕组间的多绕组电感矩阵,并依据电路理论将其简化为等效双绕组电感矩阵,进而得到短路阻抗百分比,并推导了高压各并联支路电流分配,最后给出一个概念设计的分裂式高温超导变压器算例。计算结果表明,低压各分裂绕组分别单独运行时,高压绕组的各并联支路电流分配不均,主要集中在与运行的低压分裂绕组紧耦合的高压支路中,故高压绕组与低压各分裂绕组间的短路阻抗主要由紧耦合的高压支路与低压分裂绕组间的漏磁路决定。     

漏电感参数辨识技术在线监测变压器绕组变形

电力变压器运行过程中发生绕组变形将会导致绕组漏感参数发生变化,为了实现变压器绕组的在线监测和预知性维修,以变压器回路方程作为参数辨识模型,提出了一种利用最小二乘算法进行绕组漏电感参数实时辨识从而实现绕组变形在线监测方法,推导了用于变压器漏电感参数辨识的方程,分析了辨识结果产生误差的原因,并对忽略励磁电流带来的误差进行了补偿。动模试验数据及仿真数据验证了参数辨识结果具有较高的精度,且不受负荷变化及功率因数变化的影响,同时利用绕组模拟变形数据验证了绕组变形在线监测实现的可行性。     

一种适用于Y/△接线变压器的励磁电感计算方法

现有的励磁电感计算方法需要使用变压器各侧绕组电流,按照典型的电流互感器配置方案,Y/△接线方式变压器△侧绕组电流未知,故不能直接利用现有方法求得励磁电感。提出了一种适用于Y/△接线变压器的励磁电感计算方法,不需要测量绕组电流,直接利用△侧线电流,在分相列写回路方程的基础上,消去绕组环流的影响,计算各相的励磁电感。EMTP仿真验证了该算法的正确性。结果表明,基于该算法得到的励磁电感能准确、有效、灵敏地识别励磁涌流和内部故障状态,在超高压大容量变压器及220 kV以下电力变压器的保护方面具有较好的工程应用前景。     

Scott变压器绕组变形在线监测研究

通过对Scott变压器的理论分析,提出利用在线监测原、次边电压和电流,实时计算绕组的短路电抗来判断Scott变压器绕组变形的方法。仿真计算表明,变压器运行条件和外部因素的变化对短路电抗测量影响甚小。该方法可以为运行中的Scott变压器绕组提供准确的监测信息。     

应用于绕组变形检测的电力变压器漏电感参数有限元计算方法研究

针对电力变压器运行过程中绕组变形导致绕组漏电感参数发生变化的基本特征，提出利用有限元软件ANSYS对电力变压器铁心和绕组进行建模，仿真计算变压器漏电感参数；同时提出通过改变绕组的基本几何尺寸模拟绕组变形，为电力变压器绕组变形检测的变形判据研究提供一定的理论基础。     

应用于绕组变形检测的电力变压器漏电感参数有限元计算方法研究

针对电力变压器运行过程中绕组变形导致绕组漏电感参数发生变化的基本特征,提出利用有限元软件ANSYS对电力变压器铁心和绕组进行建模,仿真计算变压器漏电感参数;同时提出通过改变绕组的基本几何尺寸模拟绕组变形,为电力变压器绕组变形检测的变形判据研究提供一定的理论基础。     

新型换流变压器绕组电磁力的分析计算

为充分了解新型换流变压器的内部漏磁场分布和各绕组受力情况,基于边单元法建立了新型换流变压器的三维有限元模型,采用非线性求解,精确分析了变压器在稳态和短路条件下的三维漏磁场分布,并获得各绕组两种工况下的轴向和径向漏磁感应强度的分布情况;采用电磁力计算方法分析计算了新型换流变压器在稳态和短路条件下的各绕组的电磁力。该方法可完全避开传统电磁力计算方法的局限性,适用于同心式、交错式和矩形等多种绕组结构,可为变压器的绕组及垫块设计和制造、绕组承受短路的稳态、动态特性分析和绕组故障分析提供科学数据,具有一定的理论和工程应用价值。     

用于内部故障分析的变压器电感参数计算模型

针对电力变压器内部故障分析和保护的需要,详细分析了现有模型中确定电抗参数或电感参数存在的问题,指出问题的关键是没有考虑到发生内部短路故障之后,变压器内部的漏磁场分布发生了变化,因而用变压器没有故障时的漏电抗或漏电感推算发生故障后的模型参数是不正确的。在此基础上,提出了一种满足磁势平衡关系并且适用于具有任意截面形状和大小的线圈的漏电感计算模型。     

高频变压器分布参数分析

随着单端反激电源工作频率的提高,高频变压器分布参数的影响不可忽视,但在实际设计中一般考虑漏感而忽略了分布电容的影响。高频变压器分布电容可分为绕组匝间电容、绕组层间电容、绕组间电容。文章给出了高频变压器数学模型及各类分布电容的理论计算方法,并分析了不同绕制方法和空间布局对高频变压器分布电容的影响,最后通过实验验证了理论分析的正确性。     

Implementation of an interleaved pulse‐width modulation converter for renewable energy conversion

This paper presents an interleaved soft switching converter to achieve the features of zero voltage switching (ZVS) turn‐on for power switches, zero current switching turn‐off for rectifier diodes at full load, less transformer secondary winding with full‐wave diode rectifier topology, and balance primary currents with series connection of the transformer secondary windings. Two circuit modules are adopted in the proposed circuit, and they are operated with an interleaved pulse‐width modulation. Thus, ripple currents at the input and output sides are reduced. In each module, two ZVS converters using the same switches are operated with interleaved half switching cycle. The secondary windings of transformers are connected in series in order to ensure that the primary side currents are balanced. The full‐wave diode rectifier topology is used on the output side such that the voltage stress of rectifier diodes equals output voltage, rather than being two times the output voltage as in a conventional center‐tapped rectifier topology. Laboratory experiments with a 1000‐W prototype are provided to describe the effectiveness of the proposed converter. Copyright © 2011 John Wiley & Sons, Ltd.     

漏电抗的参数辨识技术在线监测变压器绕组变形的研究

短路电抗法是检测电力变压器绕组变形的有效方法之一,在线检测变压器短路电抗变化对随时获取绕组的健康状况具有重要意义。为了实现变压器绕组的在线监测,基于一台模型变压器,以变压器回路方程作为参数辨识模型,利用递推的最小二乘算法对绕组漏电感参数进行实时辨识。分析和计算了测量系统产生的误差,提出了采用类似模糊神经网络的方法对PT和CT进行补偿。通过对比在线测量值与离线测量值的结果,表明该测量系统具有良好的准确性与稳定性,变压器的运行状态对测量结果影响很小,能够为实际运行中的变压器的绕组状况提供实时准确的指示。     

基于MODWT的变压器绕组轻微故障检测及分类研究

本文基于变压器在不同运行工况下的等效瞬时励磁电感的差异,利用最大重叠离散小波变换 (MODWT) 提取有效故障特征参数,实现对变压器绕组轻微匝间故障以及匝间电弧放电故障的检测。首先提取变压器在各种工况下的电气量,求取等效瞬时励磁电感,选取基于db4小波函数的最大重叠离散小波变换进行分析,提取特征量。将故障特征量作为决策树的训练集和测试集,从而实现变压器绕组轻微故障的识别以及分类。最后通过仿真证明,所提出的算法能够准确检测以及区分励磁涌流、轻微匝间短路故障以及匝间电弧放电故障。     

电力变压器绕组状态实时监测算法

为及时发现电力变压器绕组变形等潜伏性故障,需要实时监测变压器绕组的状态。建立了变压器绕组的数学模型,利用变压器原、次边的电压、电流信号对变压器的短路阻抗进行在线辨识。其方法是:实时采集模型变压器原、次边的电压、电流信号后,针对电压、电流传感器采集信号的特点,应用小波变换除去噪声,再利用基于离散傅里叶变换的高精度相位识别法辨识各正弦量间的相位差,得到各负载情况下变压器绕组等效电路的短路阻抗。利用模型三相变压器搭建的变压器绕组状态监测平台进行实验,结果表明,变压器绕组未发生状态改变时,不同负载情况下短路阻抗的辨识差别不超过0.64%;若变压器绕组发生变形及匝间短路等故障,短路阻抗的变化量达到5.6%以上,证明所提出的监测算法是有效的。     

基于高频变压器一维模型漏感产生与减少研究

通过反激变换器的拓扑结构图与等效模型得到高频变压器漏感变化对开关管耐压的影响,并以平面卧式变压器为例建立一维模型,且进行了高频变压器漏感定量计算和研究,阐述了高频变压器漏感的危害。从高频变压器的一维模型出发,通过建立匝间距离ha、透入深度δ、线圈窗口在X轴上的宽度w等因素的数学表达式,利用关系曲线确定出影响高频变压器漏感大小主要因素。经过实验与研究分析,提出了增大绕组宽度、增大绕组高宽比、增加绕组之间的耦合程度新的减少高频变压器漏感的方法,实现了减少高频变压器漏感的目的,并以实验验证了该方法的可行性。     

Analysis of short circuit and inrush transients in a current transformer using a field-circuit coupled FE formulation

The existing models based on the lumped-circuit approach consider the constant leakage inductance during transient simulations. However, leakage inductance of the current transformer (CT) may not remain constant. In fact, it may vary with the degree of saturation of the core. During severe saturation conditions, leakage inductance variation in fact may result in significant difference between the calculated and the measured secondary currents. In this work, a nonlinear, field-circuit coupled finite element model of a current transformer (CT) is presented. The model considers the variation in leakage inductance during the simulation of transient conditions. Moreover, since geometry of the transformer was taken into account, it was possible to estimate forces associated with the short-circuit current. Hysteresis characteristic of the core was taken into account by using Jiles-Atherton model in conjunction with fixed-point iteration method. The formulation was realized using a code developed in MATLAB and implemented for a 69 kV, 200/5 A current transformer. The normal operation and other cases such as short-circuit, and transformer sympathetic inrush current through the primary of the CT are presented. These cases demonstrate modeling flexibility of the field-circuit coupled formulation.     

短路条件下变压器器身轴向振动的分析

基于电力变压器绕组轴向振动的质量弹簧系统数学模型并考虑变压器绕组的轴向振动的非线性特点,简化计算模型。本文针对一台型号为DFP1-240MVA/500kV的电力变压器,建立了由铁心、绕组、垫块、夹件和拉板组成的电力变压器器身振动的仿真模型,分别计算了变压器绕组和器身在不同轴向预紧力作用下的固有频率和振动型态,得出了轴向预紧力的变化与其轴向振动固有频率变化之间的关系。同时对短路条件下绕组轴向动态短路力所产生的器身轴向振动进行了分析。分析结果表明:短路时存在以50Hz和100Hz为基频的短路力,如果变压器的固有频率接近这两种频率及其倍频,会发生谐振,使振动位移变大,降低变压器结构的稳定性。     

中心抽头变压器中并联绕组的均流设计

针对带中心抽头变压器在低压大电流场合应用时,并联绕组的布置方法对均流效果以及损耗的影响进行了研究。由于中心抽头变压器副边两个绕组是分时工作的,其并联绕组设计不同于单副边绕组变压器,不仅在并联绕组中存在电流不均分问题,而且邻近效应会在不工作绕组内产生涡流损耗。基于一维绕组模型和单副边绕组变压器并联绕组的均流方法,推导得到中心抽头变压器并联绕组的布置方法。该方法中参与工作的绕组的相对位置和单副边绕组一致,从而可使电流在并联绕组中均分,同时可减小不工作绕组由于邻近效应产生的涡流损耗。通过有限元分析和实验验证了该方法的正确性和有效性。     

单原边绕组双输入反激变换器关键问题的研究

单原边绕组双输入反激变换器结构简单,能实现多种新能源联合供电,在中小功率应用场合具有很好的应用前景。变压器只有一个一次绕组,开关器件电压应力降低,各输入源既可以单独向负载供电又可以同时向负载供电。但变换器由于变压器漏感及其他参数影响,反激变换器在开关管关断瞬间会产生很大的尖峰电压,会影响开关管的正常工作。选用吸收电路吸收漏感,实现闭环设计,最后通过仿真验证了理论分析的正确性和控制策略的有效性。