基于振动信号的高压并联电抗器故障诊断方法与监测系统研制

通过研究高压并联电抗器表面振动信号的幅频与分布特性,结合斯皮尔曼相关性分析,寻找并验证能够表征高压并联电抗器机械故障状态的特征参数,将振动信号的分段离散功率谱、主成分系数等参数组成特征向量,综合K-临近算法、支持向量、神经网络等多种机器学习方法实现对高压并联电抗器机械故障的诊断。在此基础上研发了一套在线监测系统,具有信号采集分析、故障诊断预警、数据智能采样存储、特征观察分析等功能。经实验测试表明,该系统诊断准确、性能稳定、方便智能,具有一定的实用价值。     

基于多物理场耦合的高压电抗器温度场仿真与分析

为研究干式空心电抗器整体及包封内部各层绕组温度分布特性,根据电磁热流多物理场耦合方法,建立了干式空心电抗器电磁-流体-温度三维温升计算模型。首先,基于场-路耦合的电磁学理论,采用有限元法求取电抗器各层电流,计算各层绕组损耗。然后,基于流体-温度耦合的传热理论,以各层绕组损耗为热源,采用有限体积法求解电抗器温度分布。最后,采用稳态热学分析法验证了结果的准确性。研究结果表明:电抗器温度分布呈现上区域大于下区域、中间包封大于两侧包封的变化趋势,各层绕组温升热点位于电抗器轴向高度约85%到90%。研究结果为电抗器结构优化、温度的在线监测提供了理论依据。     

基于振动感知的油浸式电抗器松动故障检测方法EI北大核心CSCD

高压并联电抗器的振动信号含有丰富信息,可以反映电抗器内部机械状态。针对一台10 kV高压并联电抗器搭建振动测试平台,首先,应用最小二乘法对不同电压等级下的振动主频率进行曲线拟合,以R-square描述拟合曲线与实测值之间的线性度,从而确定最佳测点;然后,在最佳测点选择的基础上,提出了基于多参量融合的电抗器故障检测与诊断方法。研究结果表明,电抗器振动频率以100 Hz及其倍频为主,振动大的区域主要集中于油箱四个边角,中部区域线性拟合度较高,振动特征矩阵可以反映松动故障变化规律,诊断方法具有较高的正确率。所提方法可以作为检测高压并联电抗器机械状态的手段以及为高压并联电抗器长期振动在线监测提供诊断依据。     

10kV配电变压器自动调压的研究以及试验分析

针对配电变压器机械式有载调压装置复杂、调压不方便等问题,提出一种基于电力电子开关的5档自动调压技术方案。采用启动保护电路,避免电力电子开关承受合闸电压和励磁涌流冲击,保证电力电子开关退出时变压器的正常运行;考虑变压器高压侧绕组不同接线方式,分析开关器件两端承受的电压以及分接头对地电压的分布情况,为电力电子开关器件的参数选择提供参考。结果表明高压侧为星形接线的中性点调压方式更加有利于电力电子器件的工作,高压侧为三角形接线的中部调压方式对于电力电子器件的工作电压以及隔离电压均有较高的要求。在完成电路设计与器件选型的基础上,研制了基于电力电子开关的自动有载调压变压器,并安装于现场试运行。理论研究、仿真分析、样机试验以及上网试运行均表明所提方案具有可行性与可靠性。     

高压电抗器振动特性及实验分析

为进一步研究高压电抗器振动机理及特性,针对一台油浸式并联电抗器,根据其结构特点和受力情况,建立了绕组与铁心的振动数学模型,理论分析了电抗器振动特性;对油浸式并联电抗器进行振动实验,研究了不同测点的振动特性、最佳测点的选择、不同电压下振动变化规律与振动信号特征频率。研究结果表明:电抗器振动频率以100 Hz为主,内部铁心饼表面振动幅值最大,在油箱外部采集的振动信号与内部具有相同的振动特性,可以反映电抗器内部运行状态。研究结果为电抗器减振降噪以及基于振动法分析电抗器故障提供了有效信息与有效依据。     

高压电抗器匝间短路三维模型计算与分析

为了研究干式空心电抗器匝间短路电流、磁场和电动力随匝间短路故障位置变化的分布规律,基于磁场-电路耦合电磁学理论,建立了外电路约束条件下干式空心电抗器匝间短路故障的三维磁场-电路计算模型。采用有限元法计算正常状态下该模型的电感与各层电流,将计算结果与解析法所得结果、实测数据进行对比,验证了该模型的准确性。建立匝间短路故障模型,精确计算匝间短路电流。研究结果表明:当电抗器发生匝间短路故障时,短路电流较正常电流急剧增加,不同位置的匝间短路故障的短路电流呈现出端部向中心位置、内层向外层增大的趋势;匝间短路故障处的磁场与电动力迅速增大,短路层的磁场与电动力方向发生改变。     

基于多物理场耦合的特高压并联电抗器振动噪声仿真分析与实验研究

为全面研究特高压并联电抗器振动噪声特性及预测大小,考虑电抗器振动噪声产生机理,建立了基于多物理场耦合的电磁-结构-噪声全过程仿真电抗器模型。基于场-路耦合的电磁学理论,采用虚位移原理计算了电抗器电磁力;基于电磁-结构耦合的动力学理论,以电磁力为载荷,求取电抗器振动特性与振动速度;基于结构-噪声耦合的声学理论,以电抗器振动速度为载荷,分析了电抗器噪声分布;通过实验验证了模型的准确性。研究结果表明:油箱表面振动信号可反映电抗器内部运行状态,送电瞬间电抗器从暂态过渡到稳态需1.5个电流周期,电抗器振动以100 Hz为主振频率,噪声集中于100 Hz为中心频率的1/3倍频带,最大噪声为83.2 dB。分析研究结果为电抗器的减振降噪提供了理论支持。     

基于电致噪声频响函数的多谐波工况下换流变压器噪声等效评估方法

现行变压器噪声测试标准仅规定工频试验条件，使得换流变压器实际运行的噪声远超过测试水平。因此在规划换流站前，需要准确评估换流变压器的出厂噪声。该文以等效实际多谐波运行工况为目标，提出单频叠加和降容量两种换流变压器噪声等效评估方法。单频叠加试验是利用单一频率激励加载噪声试验结果，通过叠加定理来评估复合频率激励加载下换流变压器噪声水平；降容量试验是在多频谐波电源容量不能满足直接加载情况下的一种替代加载方案，降容量试验结果加上40 lgm(m为降容比例)得到全容量下的噪声水平，并通过分析比较实测和评估的噪声频率特性及声场分布验证所提方法的有效性和准确性。结果表明，单频叠加试验得到的噪声误差均在1.8 dB以内，降容量加载试验得到的噪声误差均在1.6 dB以内，相比以往工频加载方式大幅度提升了换流变压器噪声评估的准确性。所提等效评估测试方法为换流变压器制造厂家掌握产品运行噪声性能提供了有效方法，同时能够为换流站噪声设计与治理提供有力支撑。