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： 电力变压器   短路故障   热累积效应   抗短路能力  

摘要： 老旧变压器由于短路故障发生损坏,从而影响电力系统可靠运行。电力变压器作为输配电环节中必不可少的电力设备,其在长期运行下,绕组、铁心等持续散发热量。在热累积效应的作用下,变压器各部件机械性能下降,导致长期运行的电力变压器抗短路能力下降。同时,短路故障作为变压器中最常见的一种故障形式,老旧变压器遇到短路故障而发生损坏的现象频发,故对计及热累积效应的电力变压器抗短路能力研究具有重要意义。本文首先对电力变压器温度、油流特性以及短路电磁特性进行分析。基于油浸式电力变压器的流体及热场理论,给出变压器损耗计算方法及变压器油流控制方程。以一台40000k VA/110k V型油浸式电力变压器为例,通过建立三维等效物理模型,利用温度-流体场耦合仿真,获取变压器运行温度及油流分布情况,重点分析了绕组区域温度特性及油流规律。通过有限元仿真软件对三相短路工况电磁场进行求解,获得绕组短路电流及磁场分布,重点对主空道区域漏磁进行分析。其次,针对变压器抗短路能力进行分析评估。对油浸式电力变压器短路电磁力进行分析,分别通过解析公式及数值分析两种方法获取变压器短路后最大辐向力并进行比验,通过数值分析获取中压绕组端部线饼短路后轴向力分布。建立中压绕组三维模型,对电力变压器短路后的结构场进行有限元仿真分析,获取中压绕组最大应力及位移曲线,对变压器短路强度进行校核。最后,本文对计及热累积效应的电力变压器短路强度进行分析。对热累积效应作用机理进行分析,分别从变压器长期运行产生的热量对绕组短路强度的影响及发生短路故障引起温度升高对绕组短路强度的影响两方面进行分析,对变压器短路后流体-温度场进行仿真,获得绕组短路后温度分布。获取变压器绝缘纸板在120℃下加速老化后的弹性模量随温度变化曲线,计及热累积效应对变压器中压绕组短路后最大位移进行分析,获取不同热累积效应下绕组短路9ms后位移云图及短路一周期内绕组最大位移曲线,给出绕组最大位移及最大位移增加比随加速老化时间的变化趋势。

关键词： 变压器故障诊断   声音信号   预测性维护   代表性特征   运行状态  

摘要： 传统的变压器故障诊断方法早已不能满足大幅增长的用电需求,先进技术的发展让预测性维护成为时代的宠儿,越来越多的工程师将机器学习算法应用于此。得益于机器学习良好的数据处理技术,预测性维护有较好的前景,但与此同时,特征的优劣也影响着机器学习模型的好坏,进而影响预测性维护的质量。本文从代表性特征出发,以预测性维护为主要目的,选取不同类型的变压器运行实录音频为主要研究数据,利用分数傅立叶算法和ESPRIT算法提取特征,针对以上问题开展一系列相关工作。主要包括以下内容:(1)针对研究数据的特性开展数据预处理研究,包括选取最优消噪方法、选取最优加窗方法、确定最优帧长和窗长;(2)对现有的基于聚集性的代表性特征评价模型进行各项优化,建立出可比性更高、客观性更强的特征评价模型,主要包括寻找更优的离散度计算方法、优化模型评价标准,提出聚集度的计算方法;(3)提出一种异常音的判定与调整算法,消除变压器运行中的特殊噪音,并验证其对提高特征代表性程度的有效性;(4)通过观察不同时长下的特征折线图和主成分特征的分布情况,验证特征截取法对提高特征代表性程度的可行性;(5)以英春变压器音频数据为主,其他变压器类型如安兜、磁瑶等音频数据为辅,分析日粒度平稳度的变化规律,借助RLS自适应跟踪优势,定位变压器运行状态转变,为预测性维护提供一种新型的检测技术;(6)整理分析研究所得算法,拆分算法所需输入参数,设计并实现该算法的简单系统,实现人机交互。本文围绕代表性特征和运行状态转变进行了一系列探索研究。以数据预处理为基准进行特征优化目的,特征集故障诊断准确率可达99.09%。以变压器运行状态为出发点开展预测性维护检测技术研究,实验表明结合日粒度平稳度和RLS的状态转变判定方法具有一定的可行性和普遍适用性。以算法可视化为目的,建设简单算法系统,对今后深入研究有一定的指导价值。

关键词： 数据中心   供电系统   移相变压器   交错并联   线性自抗扰控制  

摘要： 全球数字化经济的大发展,使数据业务与日俱增,作为处理、存储、交换的数据中心也在朝着大型化,规模化的方向前进。传统数据中心供电系统的效率低,可靠性差等自身局限性问题,成为制约数据中心高效运行的关键问题之一。在该背景下,考虑更加高效,可靠性更高的供电系统,为数据中心提供更稳定的高质量电能具有重要的研究意义。本文基于“巴拿马”电源结构中的移相变压器,设计一种新型的数据中心直流供电系统。对于现有的基于“巴拿马”电源结构的供电系统,提出了供电系统的简化方案,将多级变换器简化为一级三相桥式整流和一级直流变换器。针对多相输出的特点,对直流变换器输入直流母线的并联方式进行优化设计。根据实际需求,选用合适的绕制方法。通过矢量图计算移相变压器各绕组的匝比,并分析各绕组的移相角度,得到移相变压器的绕制方法。在此基础上,基于安匝平衡定律,计算移相变压器在不同相数下,原边绕组的电流总谐波畸变,综合经济性和实际效果,选用12相移相变压器。分析了交错并联buck变换器的交错相数与输出电流纹波,输出电压纹波和损耗的关系。并结合移相变压器的相数,选择6路交错并联buck。分析了多相变换器并联运行的均流技术,并选用数字控制的均流方法。针对系统特点和负载特点,选用线性自抗扰(Linear Active Disturbance Rejection Control,LADRC)控制算法,并在该控制算法中加入均流控制。采用状态空间平均法建立系统的小信号模型,从而整定控制算法参数。搭建了一个5k W的供电系统样机验证所设计系统及控制方法的有效性。实验结果表明,LADRC控制算法响应速度约为传统PI控制的1/5,输入电流的总谐波畸变约为2.5%,6路buck变换器交错并联相较单路,纹波降低约85%,各项指标均满足设计要求。

关键词： 纳米沸石   变压器油   击穿电压   宽频介电特性   分子动力学  

摘要： 变压器在电力系统中起到了重要的作用,而其中的变压器油是最关键的绝缘介质,变压器的良好运行依赖于其绝缘强度的好坏。沸石作为一种多孔中空骨架结构的材料,较大的比表面积和大孔径结构使其提升材料绝缘能力的同时与材料有更好的相容性。本文选用NaY纳米沸石作为研究对象,探究其对变压器油电性能的影响规律。为了提高纳米沸石颗粒在变压器油中的分散性,在原有沸石的基础上,分别利用油酸(OA)和硅烷偶联剂(KH550)对纳米沸石表面进行修饰,得到油酸修饰NaY纳米沸石(NaY-OA)和硅烷偶联剂修饰NaY纳米沸石(NaY-KH550)。通过红外光谱分析仪和扫描电子显微镜证明了纳米沸石改性成功并具有较好的分散性。通过磁力搅拌和超声震荡制备了三种纳米沸石改性变压器油。自然静置实验和粒径分析仪的测试结果表明三种纳米沸石在油中均有较好的分散稳定性。对比研究了NaY、NaY-OA和NaY-KH550三种纳米沸石对变压器油击穿和电导特性的影响。结果表明纳米沸石使变压器油的击穿电压得到提高,NaY-KH550对变压器油的直流击穿电压提升幅度更高,NaY-OA对变压器油的交流击穿电压的提升效果更稳定。温度对纳米沸石改性变压器油电导率的影响作用明显,高温下其电导率随纳米粒子掺杂浓度的增加呈指数性增长。应用频域介电谱研究了三种纳米沸石改性变压器油的宽频介电常数和介质损耗角正切值。结果表明纳米沸石改性变压器油的介电常数与纯油相差较小,且其介电常数受温度条件变化的影响不大。而纳米沸石对变压器油介质损耗有一定影响,在低频下,纳米沸石改性变压器油的tanδ值比纯油明显增大,且温度越高其tanδ值增幅越明显。定量分析知纳米沸石改性变压器油的tanδ值随纳米粒子掺杂浓度的升高而增加,且随温度的升高呈指数性增长。基于Materials studio仿真软件对纳米沸石改性变压器油进行建模和分子动力学模拟。相互作用能计算结果表明沸石与油分子的两相界面有更好的相容性;分析计算水分子扩散系数和质心运动轨迹,结果表明沸石可以降低水分子的扩散系数,并利用其表面孔道结构对其捕捉,证实了沸石对油中水分的吸附作用。

关键词： 电力电子变压器   均压控制   模型预测   功率均衡   准比例谐振控制  

摘要： 随着新型电力系统的构建,高比例的新能源和分布式电源接入电网,其电力电子装置的非线性特征为电网电能质量治理带来了新的挑战。相比于传统变压器,电力电子变压器因其能实现电能变换、隔绝故障传递、控制潮流方向等优点成为了新一代电力系统中的重要设备。本文以输入串联输出并联结构的级联型电力电子变压器为研究对象,深入分析其各部分的工作原理和功率传输特性,建立了数学模型并介绍了相应的控制策略,并从动态性能和功率均衡等方面进行优化。首先对级联型H桥整流器进行分析研究,根据工作状态对其数学模型进行推导并阐述了基本调制方法,介绍了基于dq坐标轴的双闭环控制策略和直流电流控制策略,对两者的动态性能进行了比较。考虑网侧电流的电能质量受电网波动影响较大,以SOGI滤波器为基础,设计了一种级联结构的CDSOGI作为单相频率自适应锁相环,提高了对电网相角与频率的检测精度,具有较好的电网谐波畸变抑制能力。其次分析了多模块并联输出型DAB的拓扑结构、工作原理以及传输特性,介绍了功率前馈PI控制策略和功率反馈PI控制策略,以及这两种策略下的功率均衡方法。为解决功率均衡效果和动态响应速度的优化问题,利用DAB模块化的特点设计了模型预测控制策略,搭建了预测模型并确定了最优代价函数,实现了功率均衡控制的同时提高了系统动态性能。然后对三相LCL并网逆变器进行了研究,分析逆变器在两相旋转和两相静止坐标系下的数学模型,设计了相应的PI控制器和准PR控制器,实现逆变器在两种坐标系下的无静差控制,对比仿真分析了两种控制策略的动态响应和并网电流的谐波含量,验证了准PR控制器具有较好的并网电流高次谐波抑制能力。最后搭建了两模块并联型DAB实验平台,给出了实验装置的硬件电路和软件模块设计,对所提出的模型预测控制策略进行了实物验证。

关键词： 绕线机器人   模糊PID控制   多电机协作   张力控制   运动学分析  

摘要： 随着智能电网的快速发展,电力系统对变压器质量的要求也在不断提高。变压器线圈的绕制技术是生产和制造的核心工艺。目前国内广泛使用的是人工绕线机绕制变压器线圈,但是变压器绕组的绝缘性能、匝间间隙、导线压紧力等参数很难被精确地控制,这导致了变压器在运行的过程中经常出现绝缘破损、匝间短路等故障。本文针对此问题,提出了一种变压器绕线机器人工作站的设计方案,并针对工作站中关键电气控制技术进行优化研究,包括开卷机、收卷机的速度控制及张力控制策略;各电机之间的协调控制策略;工作过程中的运动轨迹及姿态控制策略。主要研究内容如下:首先,分析变压器线圈绕制的工艺过程,设计了由自动放卷机、绕组收卷机、排线机械手等设备组成的自动化机器人工作站。重点研究排线机构ABB1200,运用D-H参数法建立运动学模型,对其正逆运动学进行分析,得到关节角度与末端坐标之间的关系矩阵并进行仿真验证。其次,基于偏差耦合控制策略对多电机进行高精度协同运动控制,在MATLAB中验证控制策略的有效性。针对工作站中张力控制系统的时变非线性特点,引入模糊控制思想设计张力控制方案,并与传统PID控制策略进行仿真对比,结果表明模糊PID张力控制系统在不同的参考张力和阶跃干扰下都能保持良好的张力控制效果。最后,设计变压器绕线机器人硬件控制系统,选用正运动控制器、汇川伺服驱动器和ABB1200等搭建硬件系统,基于硬件系统完成排线和张力控制的软件设计,在Visual Studio中设计上位机管理软件,调用MATLAB中的关键算法实现绕制过程的监测和控制。

关键词： 变压器  

ISBN: (纸本)9787522911069

摘要： 本书共五章，第一章为变压器基本知识，介绍了变压器的整体结构、重要附件、分接开关等；第二章为变压器相关试验，例如绕组直流电阻试验、绝缘电阻试验、电容量和介质耗损因数等；第三章为变压器常见故障处理，包括变压器过热类缺陷处理、变压器渗漏缺陷处理、变压器温度计缺陷处理等；第四章为有载分接开关常见故障诊断分析，包括开关本体部分常见故障和动力部分故障；第五章为变压器相关标准化作业现场示范。

关键词： 变压器噪声   振动噪声   噪声治理   有源降噪  

摘要： 随着经济的不断发展,电能已然成为应用最广泛,最具发展后力的清洁能源,随着碳达峰、碳中和的提出传统能源大量转化为电能的趋势日益明显。变电站作为重要的电网设施,承担了将电能传送、分配的重要作用,在电能的发展中越来越多的变电站更加靠近居民生活区,变电站中电力设备所产生的噪音已经逐渐成为居民生活与电力配置中的矛盾点,变电站噪声控制成为电力发展与居民生活的调和点。变压器类设备所产生噪声是变电站噪声的主要组成部分,变压器类设备噪声中又以低频噪声最难控制,低频噪声不似高频噪声,其低频特性导致其噪声声波绕射难以控制,穿透力更强,对居民生活影响更大,因此对变压器类设备的低频噪声的研究与控制具有重要的现实意义。本研究从变压器铁芯振动发声出发,以低频振动噪声为对象研究变压器类设备磁致伸缩低频噪声分量,通过铁芯振动试验验证低频噪声的影响。通过对铁芯的细致建模研究变压器磁致伸缩振动所致近场噪声分布并与试验测量数据进行验证,以惠更斯定理与声波干涉现象为基础分析双变压器声源近场噪声分布,对畸变严重区域设置等效反向低频次级声源,研究近场特定区域有源降噪效果并验证其可行性。最后针对三汊湾变电站设置近场定向有源降噪措施,呈现出较好的效果,在传统噪声控制措施的基础上,对低频噪声的定向控制提供了新的思路,具有较强的现实意义。