关键词： 励磁变压器   冷却系统   改进技术  

摘要： 励磁变压器是电网系统的重要组成部分，它能否正常运行对安全用电起到至关重要的作用。励磁变压器在运行过程中因材质结构、投运年限等诸多因素，会造成损耗，从而导致温度升高，加速变压器的绝缘劣化，引发故障甚至起火爆炸等重大事故。冷却系统作为变压器上的一个重要附属设备，对变压器的正常运行有着重要影响。本文以紧水滩水力发电厂1号主变压器为研究对象，分析其存在的问题，对冷却系统进行改进，从根本上消除设备设计上的不足之处，从而建立一个安全、可靠的电网系统。

关键词： Computer vision   Cross-view action recognition   Deep learning   Human mechanics   Machine learning   Pose estimation  

摘要： Cross-view action recognition (CVAR) seeks to recognize a human action when observed from a previously unseen viewpoint. This is a challenging problem since the appearance of action changes significantly with the viewpoint. Applications of CVAR include surveillance and monitoring of assisted living facilities where it is not practical or feasible to collect large amounts of training data when adding a new camera. In this thesis, we propose a method to perform cross-view action recognition from 2D skeleton data using Transformers. First, we understand the interpretability of the baseline network and its submodules by visualizing the saliency map. Next, we integrate Transformers at different parts of the network for single-clip and multi-clip and understand the impact on the performance. In the end, we also discuss the significance of hyper-parameter tuning and their impact on the results.

关键词： 配电变压器   两股并绕   匝间短路   股间短路   故障检测  

摘要： 配电变压器是电力系统中广泛使用的重要电气设备,关系到配电网的安全稳定运行与供电可靠性。统计资料表明,配电变压器的损坏多因绕组短路故障所导致,由于变压器绕组抗短路能力不足、长期过负荷等因素的影响,引起绕组匝间绝缘劣化,导致其匝间、股间短路故障时有发生,造成了较大的经济损失和不可忽视的安全隐患,对于变压器绕组短路故障的研究也成为了国内外普遍关注的技术热点。配电变压器绕组发生轻微匝间、股间短路故障时,无法引起过电流保护动作,当故障进一步发展,电热效应将加速绕组绝缘劣化,导致绕组烧毁、变形,配电变压器绝缘遭受不可逆的损伤。近年来,尽管变压器绕组匝间短路故障检测技术的发展很快,但行之有效且价格适宜的配电变压器绕组短路检测方法及装置仍然缺失,亟需提出方便快捷、可靠性高的配电变压器绕组短路的在线检测方法。因此,研究变压器绕组短路故障特征,根据特征量的变化,提出适用于配电变压器的绕组短路故障在线检测方法,对减少设备事故发生概率,提高供电可靠性具有重要意义。首先,本文以一台型号为S13-M-200/10的配电变压器为研究对象,通过在工厂搭建实验平台,进行变压器的空载和短路试验,获取空载电流、空载损耗、短路阻抗和负载损耗等参数的实际试验值,基于“场-路”耦合原理,利用有限元软件ANSYS Maxwell建立与实际变压器尺寸一致、低压绕组为两股扁铜线并绕的配电变压器仿真模型,通过对比变压器的高低压侧电压、电流以及性能参数的仿真值、实际试验值与额定值,验证仿真模型的合理性。其次,在上述模型基础上,通过在外电路中设置某一时刻不同位置的绕组发生匝间短路、股间短路故障,展现故障前后变压器各参量的变化情况,分析配电变压器绕组发生不同故障后短路环电流、主回路电流、有功损耗、等效电阻、空间磁场、短路电磁力等参数的变化特征及分布规律,揭示配电变压器绕组短路后特征状态量的变化机理,同时研究得出变化率最为明显且易于检测的状态量,为配电变压器绕组短路检测提供理论依据。最后,结合配电变压器绕组短路故障特征,以有功损耗及等效电阻为在线检测的主要电气状态量,提出可识别故障相的变压器绕组短路故障在线检测方法,以实时感知变压器绕组的绝缘状态。同时辅助以家族缺陷和运行巡检记录,参照相关规程及技术标准,建立基于多状态量的配电变压器运行状态评估模型,通过计算各特征量的扣分值来整体判断配电变压器的运行状态,为配电变压器的运行维护及绕组状态检测提供理论参考。

关键词： 电力电子变压器   混合储能   DC/DC变换器   恶劣工况  

摘要： 电力电子变压器不但拥有基本的电压等级变换和电气隔离的功能,而且能方便各种分布式电源及储能装置接入,有望成为未来构建智能电网的重要设备。针对电力电子变压器难以应对电网中存在的电压中断、电压跌落/骤升的问题,提出将混合储能装置应用于电力电子变压器中,利用混合储能装置的充放电来稳定电力电子变压器低压直流母线电压,使得电力电子变压器能够有效应对电网恶劣工况。首先,通过对电网中影响电能质量的工况进行分析,选取具备改善电能质量能力的三相四线制电力电子变压器作为研究对象。分别对混合储能装置中蓄电池和超级电容的充放电特性进行分析,利用这两种储能元件特性上的互补,来平抑电网出现恶劣工况下低压直流母线的电压波动。结合常见的混合储能电路结构,提出采用一种高增益的双向DC/DC变换器与蓄电池和超级电容构成有源式电路结构,接于电力电子变压器的低压直流母线处,以更好地应对电网恶劣工况。其次,对所采用的电力电子变压器各级变换器提出相应控制策略,并对各级变换器在所提控制策略下的性能进行仿真分析。为使混合储能装置中蓄电池和超级电容能够进行充放电配合,以应对电网中的恶劣工况,稳定电力电子变压器低压直流母线电压,对混合储能装置设计了9种工作模式。并根据电网实际的恶劣工况,对混合储能装置的容量进行配置。最后,对带混合储能装置的电力电子变压器的主电路及控制系统进行设计,并对所设计的电力电子变压器进行了仿真实验。分别对电力电子变压器在电网电压跌落、骤升、中断等工况条件下,进行了带混合储能装置和不带混合储能装置两种情况下仿真对比,仿真实验结果显示,带混合储能装置的电力电子变压器可保持低压直流母线电压稳定,使得输出端三相电压波形完整。因此,该带混合储能装置的电力电子变压器在应对电网恶劣工况方面具有一定的实用价值。图[92]表[2]参[82]

关键词： 电气试验   变压器   故障检测  

摘要： 变压器故障检测处理成为保障电力系统正常运行的关键点，因此需要寻找一种更加科学有效的电气试验方案。本文立足电气试验技术，在了解变压器常见故障类型之后，介绍了不同电气试验技术的应用方法，最后根据某次变压器故障现象，进一步阐述了电气试验方法在检测变压器故障中的可行性。根据案例项目的实际情况可知，通过电气试验技术可以提升变压器故障检测质量，对于发现变压器潜在质量缺陷的意义重大，值得推广。

关键词： 油浸式变压器   顶层油温测算   顶层油温预测   风险预警   重过载治理  

摘要： 配电网作为电力系统末端,其运行状况直接影响负荷用电质量,而油浸式变压器作为配电网关键设备,若发生故障将严重危害配电系统安全稳定运行。近年来,配电网扩建方案与负荷实际增长情况的不匹配导致配电网在迎峰度夏、重大节假日期间等情况下经常出现重过载现象,严重时会导致油浸式变压器温度过高甚至烧毁的现象发生,而通过无限制的增加设备容量以增强油浸式变压器抗重载能力的做法并不符合经济性的要求,因此需考虑研究油浸式变压器的运行风险预警方法以减少经济投资并指导现场提前采取措施防止事故发生。此外,针对油浸式变压器重过载严重的地区也应采取措施改善其配电网运行状况。鉴于以上需求,本文基于机器学习算法构建油浸式变压器运行风险预警模型,并以历史重过载数据为基础对油浸式变压器重过载特征进行分析,针对性地提出治理策略,研究工作及成果包括以下几个方面: (1)首先,介绍油浸式变压器的结构、产热散热过程及油循环路径,从物理角度分析油浸式变压器温升机理,结合分析结果与工程需求,将顶层油温作为反映油浸式变压器内部热状态的量化指标,并提取影响顶层油温的其他变量。利用后向欧拉公式对传统热-电类比模型进行离散线性化处理,再经变量引入、参数简化处理得到适用于拟合算法与机器学习算法的油浸式变压器顶层油温求解模型。 (2)其次,以顶层油温求解模型为基础,构建基于相似时刻与非线性最小二乘拟合法(Nonlinear Least Squares Fitting,NLSF)的油浸式变压器顶层油温测算模型。该模型以天气状况与所处小时段对数据进行两次分组,分组后同组数据中其他变量影响顶层油温的规律相似,以避免数据因气象条件、所处小时段不同拟合的模型误差较大。该顶层油温测算模型实现了不依靠油温传感器获取大量顶层油温历史工况数据,为后续训练顶层油温预测模型节约了大量经济成本。 (3)再次,对传统麻雀搜索算法(Sparrow Search Algorithm,SSA)的种群进化规则进行改进,并引入种群混沌初始化算法以及贪婪策略,构成改进后的麻雀搜索算法(Improved Sparrow Search Algorithm,ISSA),利用该算法对双层长短期记忆网络(Long Short-Term Memory,LSTM)的超参数进行优化。此外,利用同步挤压小波变换(Synchrosqueezing wavelet transform,SWT)对原始数据进行降噪处理,提高数据精度。结合上述方法构成SWT-ISSA-LSTM油浸式变压器顶层油温预测模型,对油浸式变压器顶层油温进行超短期预测。 (4)然后,根据SWT-ISSA-LSTM预测模型所得顶层油温预测值,结合油浸式变压器历史重过载数据、投入年限等固有属性对传统变压器运行预警模型进行扩展,构建多维度油浸式变压器运行风险预警模型,并依据各变压器历史重过载数据,提出一种地区变压器重过载特征分析方法,同时匹配相应的治理策略,实现油浸式变压器的风险预警及重过载治理。 (5)最后,将上述研究成果应用于系统开发,并嵌入某配电网大数据分析应用平台,实现上述功能的落地应用。

关键词： 纤维素绝缘纸   硅烷偶联剂接枝h-BN   热稳定性能   机械性能   电气性能  

摘要： 农村电网是农村重要的基础设施,加强农村电网建设,不断提升农村供电质量,是全力服务乡村振兴的重要保障。变压器作为配(农)网中最主要的电力设备之一,其绝缘性能是保证电网安全运行的关键,因此变压器内部绝缘纸的重要性不言而喻。绝缘纸在变压器的长期运行中往往会因为其内部的热应力、机械应力和电磁场影响出现劣化,影响变压器的运行。因此需要使用具有优异热稳定性能、机械性能和电气性能的绝缘纸以延长其寿命,从而延长变压器使用寿命。基于纳米粒子改性技术在复合材料领域的广泛应用,以及六方氮化硼(h-BN)和硅烷偶联剂的优异性能,本文选择使用纳米h-BN和硅烷偶联剂接枝h-BN对纤维素绝缘纸进行改性。本文采用分子模拟与实验相结合的方法,首先建立了纯纤维素模型、不同质量分数h-BN改性纤维素模型和不同硅烷偶联剂接枝h-BN改性纤维素模型,然后制备了不同质量分数h-BN改性纤维素绝缘纸和不同硅烷偶联剂改性纤维素绝缘纸,对比分析了几种改性方式纤维素绝缘纸的热稳定性能、机械性能和电气性能,得到相对最优的改性方式。最后对未改性纤维素绝缘纸和2wt%KH550-h BN改性纤维素绝缘纸进行为期60天加速热老化试验,测试其性能。主要结论如下:(1)不同质量分数h-BN纳米粒子改性的纤维素热稳定性能、机械性能和电气性能均随着h-BN质量分数的增加先增大后减少,其中,2wt%改性效果相对最佳。仿真结果表明,当纳米h-BN在纤维素内部质量分数为2wt%时,纤维素的内聚能密度和导热系数分别提升了48%和40%,而均方位移和自由体积占比显著下降,这表明适量h-BN的掺杂能让纤维素内部的网络连接更加紧密,内部连接不易在高温下发生破坏,纤维素维持较好的热稳定性能。2wt%h-BN改性纤维素模型的体积模量、剪切模量、弹性模量和柯西压分别提升了11.2%、68.5%、58.7%和224.6%,而极化率降低了63.4%,而纳米粒子含量过高会在纤维素内部发生团聚,造成性能下降。对不同绝缘纸的导热系数、抗张强度、断裂伸长率、介电常数、介质损耗和工频击穿场强测试得出,h-BN改性纤维素绝缘纸的热稳定性能、机械性能和电气性能显著高于未改性纤维素绝缘纸,2wt%h-BN改性效果相对最佳,与分子动力学仿真结果一致。(2)不同硅烷偶联剂接枝h-BN纳米粒子改性的纤维素热稳定性能、机械性能和电气性能均显著提升,且KH550接枝h-BN改性效果相对最佳。仿真结果表明,表面接枝硅烷偶联剂的h-BN能够更大程度提升纤维素模型的内聚能密度、导热系数和玻璃转变温度,降低均方位移和自由体积占比。同时,硅烷偶联剂接枝后的h-BN能显著提升纤维素模型的韧性、抗变形能力和介电性能,其改性效果比hBN更显著,具体表现在柯西压比纯纤维素增加了204%,极化率降低了65.3%。三种硅烷偶联剂接枝h-BN改性纤维素模型的能力大小满足:KH550>KH570>KH560。实验结果表明,硅烷偶联剂接枝h-BN改性后得到的纤维素绝缘纸具有更好的热稳定性能、机械性能和电气性能,KH550改性效果相对最佳。(3)2wt%KH550-h BN改性纤维素绝缘纸比未改性纤维素绝缘纸的抗热老化性能更好,KH550-h BN的掺杂能有效抑制纤维素绝缘纸的劣化。在老化过程中,随着老化时间的增加,改性纤维素绝缘纸的机械性能下降趋势比未改性纤维素绝缘纸更缓慢。从两种绝缘纸的导热性能测试得出,KH550-h BN的加入使得纤维素绝缘纸保持较高的散热性能,在老化过程中,改性纤维素绝缘纸的导热系数始终明显高于未改性纤维素绝缘纸,这是因为KH550-h BN的掺杂让绝缘纸内部h-BN/纤维素链网络连接更为紧密,不易断裂,从而维持较稳定的导热性能。从两种绝缘纸的介电性能、工频击穿场强测试得出,在老化过程中,改性纤维素绝缘纸的介电常数与介质损耗始终低于未改性纤维素绝缘纸。老化后的改性纤维素绝缘纸工频击穿场强下降了23.4%,未改性绝缘纸下降了29.5%,这表明,KH550-h BN的掺杂抑制了老化过程中绝缘纸的电气性能劣化。

关键词： 固态变压器   中压高频变压器   绝缘建模   局部放电   电场屏蔽   电应力缓释   物理场建模   多目标优化  

摘要： 构建以新能源为主体的新型电力系统是实现国家“双碳”目标的关键路径,而能量路由器是新型电力系统中实现新能源与负荷高效汇集和智能调控的基础装备。中压高频变压器作为能量路由器中最为核心的元件之一,与传统工频变压器相比,其在高百余倍的功率密度下需具备相同的隔离耐压能力,因而存在绝缘裕度小、电热应力高、优化设计难等问题。如何实现高功率密度约束下的多场应力柔化以确保长期可靠运行是中压高频变压器设计的关键挑战。然而现有中压高频变压器的主绝缘、出线端等核心绝缘结构难以在高功率密度约束下达到绝缘要求,且现有变压器设计方法难以计及电磁热多场强耦合下的应力柔化与性能优化。为此,本文聚焦于高功率密度约束下的中压高频变压器绝缘应力柔化与综合优化设计,着重开展主绝缘电应力束控与柔化结构、出线端峰值应力主动平抑设计和高质高效综合优化方法等研究,制备高耐压、高效率、高功率密度的中压高频变压器样机,实现中压高频变压器的性能跃升,进而助力新一代能量路由器的研发与应用。论文的主要研究内容和创新成果如下:首先,针对中压高频变压器主绝缘结构设计中的局放抑制难题,提出内外双层屏蔽的主绝缘新结构。通过对级联型固态变压器的电应力特征解耦分析,揭示出中压高频变压器主绝缘电应力的分布规律,导出基于应力束控结构的局放抑制思路,进而提出内外双层屏蔽的主绝缘新结构。在建立双层屏蔽主绝缘结构电应力分布模型的基础上,提出内屏蔽层材料关键参数的优化设计方法。并在探明所提屏蔽结构高频损耗机理的基础上,通过改进内屏蔽层结构设计来降低高频损耗。进一步通过内外屏蔽层的构型优化与电位优选,降低主绝缘结构的高低频和差共模应力。与现有单层外屏蔽结构相比,所提内外双层屏蔽新结构的主绝缘应力峰值减半,能显著提升主绝缘耐压性能并降低局部放电风险。其次,针对中压高频变压器出线端设计中的三态界面放电抑制挑战,提出基于应力缓释材料的出线端电应力平抑新结构。在探明造成出线端部电场畸变和应力陡增诱因的基础上,导出基于界面阻抗重构的出线端电应力平抑设计思路。通过对典型高介电应力缓释材料的宽频域、宽温域、宽场域介电参数进行测定,建立外附应力缓释材料的出线端电应力分布模型,验证所提出线端电应力平抑结构在工频、冲击激励下的电应力平抑效果。所提新结构能在宽温度范围内实现出线端电场的均匀分布,出线端附近空气介质的峰值场强降低至其击穿场强的一半以下,从而能有效抑制出线端部的绝缘击穿和沿面放电。再者,针对中压高频变压器多目标约束下的高质高效设计难题,提出融合解析模型和有限元模型的中压高频变压器分步综合优化设计方法。在系统分析当下应用最为广泛的解析求解法和有限元计算法优缺点的基础上,把仿真速度快的解析模型和仿真精度高的有限元模型相融合,提出中压高频变压器分步综合优化设计方法。该方法首先是建立基于损耗、漏感、温升解析模型的全局粗优化设计工具,进行变压器关键参数的全局粗寻优。随后通过建立变压器损耗、温升等参数化有限元模型,进行绕组参数、散热条件等局部精优化,从而提升局部寻优精度。所提方法在实现快速多目标优化的同时,绕组损耗降低15%,损耗和温升求解误差降低超40%,优化精度大幅提升,优化能力显著增强。最后,总结出中压高频变压器绝缘制成工艺流程和检验方法,搭建并测试10k V/100k W中压高频变压器样机。针对固态变压器应用需求,基于所提应力柔化绝缘结构和分步综合优化设计方法,并在总结中压高频变压器绝缘制成工艺流程和检验方法的基础上,提炼出变压器制备工艺的控制要素,制备出10k V/100k W中压高频变压器样机。通过综合评估中压高频变压器的电、磁、热等关键性能指标,设计样机的功率密度高达11.2k W/L,可实现42k V工频耐压、85k V冲击耐受及13k V下的无局部放电。相比国标要求,所设计变压器的绝缘裕量达15%,满载效率达99.6%,最大温升低于75℃。所设计的变压器样机还成功应用于实验室的10k V/2MW固态变压器系统,并实现满电压和全功率稳定运行。