关键词： 变压器故障   绝缘油   荧光光谱   多元计算  

摘要： 为解决广泛用于绝缘油状态检测的油中溶解气体分析DGA(Dissolved Gases Analysis,DGA)技术存在的不足:(1)检测灵敏度不够,低能故障下溶解气体量少或无溶解气体时失效;(2)检测周期长,无法做到快速及时响应,本研究提出一种基于荧光多元计算的变压器故障诊断方法。一方面荧光具有高灵敏度,而芳香烃作为绝缘油中强荧光成分,可用于对故障定性定量的诊断,另一方面多元计算将多元回归模型硬件化,可以大大缩短计算时间。 以三种常用绝缘油:克拉玛依油、尼纳斯油(无添加剂NL)和尼纳斯油(有添加剂NG)为研究样本,搭建绝缘油故障模拟装置,开展热老化故障模拟、间隙放电故障模拟和沿面放电故障模拟试验,采集并分析故障模拟油样荧光光谱特性,掌握绝缘油荧光光谱特征及其最优采集参数,对系统进行定标,排除荧光光谱仪长时间运行产生的误差以及环境温度变化产生的影响,确立最优激发波长,芳香烃作为绝缘中最主要的荧光成分,荧光强度的下降本质上是芳香烃发生氧化分解反应导致浓度下降,关联芳烃浓度变化速率与故障类型,建立基于多元校正的光谱波段优选方法,并分析定性诊断故障下芳烃相对浓度变化速率的阈值范围,接着构建芳烃浓度与故障程度(时间)多项式拟合模型,完成故障定量诊断。 通过故障模拟油样荧光光谱分析实验,确定三种绝缘油最优固定激发波长分别为:275nm、280nm、280nm,开展三种绝缘油芳香烃浓度与荧光光谱多元回归校正。以三种绝缘油稀释油样为例,偏最小二乘回归(Partial Least Squares Regression,PLSR)模型决定系数分别为0.9572、0.9433、0.9494,采用方差膨胀系数(Variance Inflation Factor,VIF)、间隔偏最小二乘法(Interval Partial Least Squares Regression,IPLSR)对数据集进行精简,结果表明VIF-IPLSR效果最好,三种故障油样精简率分别为75.2%、74.1%、69.2%,在此基础上建立的PLSR模型决定系数分别达到了0.9908、0.9887、0.9897。根据芳烃浓度变化速率完成故障定性诊断,三种绝缘油准确率分别为90.5%、95.2%、90.5%,对每种绝缘油的三种故障类型建立芳烃浓度与故障时间三次多项式拟合完成故障定量诊断,9种油样均达到了0.99左右。 本研究方法的提出,为搭建便携性诊断设备提供理论依据,为实现在线实时监测系统提供研究基础。

关键词： 配电网   电力电子变压器   无功调节   下垂控制   一次调频  

摘要： 基于电力电子的新能源发电在配电网中的占比越来越高,而这些新能源发电装置存在间歇性、波动大、惯量低等特点,对配电网的安全稳定运行提出了挑战。同时,随着电力电子变压器(Power Electronics Transformer,PET)的大量示范应用,其在配电网中的电能质量治理、柔性电能传输、故障隔离等优势逐渐显现,未来有望替代传统变压器。为了提升配电网的稳定性,本文提出利用配电网关键节点设备——电力电子变压器对配电网的电压和频率进行调节,针对电力电子变压器的拓扑、建模以及配电网稳定调节方法展开研究,主要研究内容如下: 1.介绍三级式PET的拓扑及基础控制方法。按照其三级式结构分别建立每级的数学模型,并根据其数学模型给出其基本控制方式。其中根据输入级数学模型给出了输入级的电压电流双闭环控制;根据隔离级的数学模型及要实现的控制目标给出了隔离级单电压闭环移相控制;根据输出级的数学模型并参考输入级的控制方式给出了输出级电压电流双闭环控制。 2.研究三级式PET输入级对母线电压进行调节的控制方法。首先分析配电网电压与无功功率之间的关系,类比静止同步补偿器研究了PET输入级在配电网中无功补偿的作用。其次针对输入级运行方式进行研究,通过输入级进行无功补偿稳定配电网母线电压,并设计了母线电压控制器。进一步研究了母线电压下垂控制方法,引入无功电流反馈,并根据反馈增益的正负分为正向下垂控制和反向下垂控制。综合了下垂控制和反向下垂控制方式,使母线电压在基准电压的基础上略升高,提高了电压质量。 3.研究三级式PET输出级参与一次调频的控制方法。分析电力系统中有功功率与频率的关系,建立频率响应模型。其次研究使用PET对其负载进行电压灵敏度检测,通过负载电压灵敏度精确控制PET的输出电压改变负载的有功功率。当系统频率发生波动时,通过有功功率的平衡实现对频率稳定的控制,支持系统一次调频,避免频率偏差过大引起的系统失稳。并研究了PET的在系统中的占比以及负载电压灵敏度对调节效果的影响。 通过Typhoon半实物仿真对基于配电网PET的调压调频控制方法进行实验验证。所提出的控制策略能够改善配电网电压和频率质量,有效地提升了配电网的稳定性,为智能配电网的发展提供了参考。

关键词： 气泡   动力学特征   场强   局部放电   气泡效应  

摘要： 在油浸式电力变压器运行过程中,由于内部故障或者水分及气体含量的累积,气泡可能会在油纸绝缘中产生并随着油流在油隙中运动。由于变压器内油道结构多样,可能导致气泡在油隙中积聚,很大程度会引发绝缘放电甚至失效等严重后果。因此,开展变压器油隙中气泡动力学特性及其对绝缘影响的研究,对于变压器的安全稳定运行具有重要意义。首先,为了研究气泡在高压绕组端部等场强较为集中的区域内的运动特性及其对绝缘的影响,本文建立气液两相流模型,对交流电压下变压器高压绕组与角环油隙中气泡动力学特性进行了仿真。考虑电场和流场的共同作用,计算获得了场强比较集中的T型和L型油道内气泡的运动轨迹。同时,对气泡内部及其周围的电场分布进行了分析,讨论了气泡增大角环油隙发生局部放电的可能性,以及在不同油流速度情况下,气泡在油隙内可能的积聚位置。基于仿真模型,本文建立了变压器绕组端部油隙内气泡运动试验平台,观测了自然油循环状态下变压器油隙中气泡的运动和聚集特征,验证了仿真结果。试验中观察到的气泡轨迹与仿真轨迹相似,气泡在油隙顶部聚集。此外,部分气泡会发生融合现象,且外施电压越高,气泡抖动形变的程度越剧烈,气泡发生融合的时间越早,且融合过程越短。气泡融合现象会增强角环区域的最大场强,容易导致该区域发生局部放电。在气泡局部放电起始放电电压实验中观测到,气泡聚集后随着其数量的增多,起始放电电压发生显著的下降,进而引起油纸的绝缘性能的下降。研究结果对于更好地理解气泡致变压器绝缘失效的机理具有重要意义。

关键词： 技改工程   质量管理   成熟度模型   层次分析法   模糊综合评价  

摘要： 随着我国用电需求持续快速增长,电网规模不断扩大,新能源接入比例持续升高,电力行业进入了新的发展时期。随之而来的是,老旧变电站设备无法满足不断增长的负荷和高可靠性安全运行的要求,许多电力企业需要对设备进行技术改造。相较于新建变电站的基建工程项目质量管理,技改工程施工风险更高、工期要求更严格。诸多电力企业在技术改造工程管理方面普遍缺乏先进的管理模式和制度,以及高效的管理体系和安全培训,在全过程、全生命周期管理以及精益化管理方面也存在明显的不足。质量管理成熟度作为项目管理的有效评价方法,能够综合反映电网企业的变电设备技术改造项目质量管理能力和水平。开展质量管理成熟度评价研究及应用将在电力企业技改工程项目实施过程中起到重要作用。为了找到更适合电力设备技术改造的质量管理模型,本研究通过综合研究大量文献,分析国内外成熟度模型在项目质量管理中的研究现状和特点。结合技改工程管理现状,提出了变电技改质量管理成熟度模型。建立了科学合理的评价指标,并利用层次分析法和模糊综合评价法对工程管理质量进行评价,从而综合评估工程管理质量的成熟度水平。通过分析和评价结果,可以发现存在的不足并引导电力企业有针对性地改进,从而不断提升工程管理能力和水平。基于此,本研究以变电站核心设备变压器为研究对象,选取WH市供电公司一台220kV变压器技改工程项目进行实例分析,主要从质量规划、质量保证、质量控制和质量改进四个维度,对其质量管理成熟度水平进行评价,结果显示其处于标准级水平。通过对评价结果的分析,针对该项目质量管理中存在的问题,提出了质量管理改进措施,为后续变电站技改工程项目的质量管理提供参考。

关键词： 电力变压器   声学特征   信号去噪   特征选择   故障识别  

摘要： 电力变压器是整个电力系统中很重要的一部分,为了解决电力变压器绕组短路故障识别准确率低的问题,本文研究了电力变压器在正常运行和短路时绕组的声信号频谱特性,建立了电力变压器多物理场耦合仿真模型,设计一套电力变压器声信号采集方案,对信号去噪、特征选择方法进行了研究,并建立了相关绕组短路声纹识别模型。主要研究如下:(1)分析了电力变压器绕组和铁芯的发声机理。在理论分析的基础上,建立了电力电压器多物理场耦合仿真模型,结合频谱分析了变压器在正常运行和短路时绕组声信号的频率特性,后续针对电力变压器声信号的特性进行了声信号采集方案的设计。(2)针对传统去噪方法不能有效滤除电力变压器瞬时干扰和冷却风机噪声的问题,提出了一种改进变分模态分解和快速独立成分分析相结合的噪声滤除方法。该方法首先用鲸鱼优化算法对变分模态分解进行改进,然后用改进后的方法对变压器声信号进行分解得到不同的固有模态分量,通过快速独立成分分析对各模态分量进行变换,以最大程度的保留变压器声信号的有用信息,最后用改进模糊熵阈值判别法将各分量中的噪声信号归置为零,完成了对电力变压器瞬时干扰和冷却风机噪声的同时消除并对变压器声信号进行了逆变换重构。(3)针对电力变压器绕组短路故障识别准确率低的问题,提出了一种基于混合特征的改进鹈鹕优化算法和卷积神经网络相结合的电力变压器绕组短路声纹识别方法。首先,在特征选择方面,提出了基于小波包能量谱-梅尔频率倒谱系数的特征选择方法,再通过改进核主元成分分析方法对混合特征进行降维,选择出能够代表变压器声信号的主要特征,然后用Sobol序列对鹈鹕优化算法的初始种群进行优化得到改进鹈鹕优化算法,用改进后的方法对卷积神经网络的卷积核进行优化,不断寻优迭代得到卷积神经网络的最优卷积核,将混合后变压器声信号的主要特征作为卷积神经网络的输入,最后建立了电力变压器绕组短路的声纹识别模型。

关键词： 下料问题   变压器硅钢片   整数规划   遗传模拟退火算法   排样系统  

摘要： 下料问题是一类具有高复杂度的组合优化问题,被广泛应用于金属零件切割、玻璃切割、印刷排版等领域中。下料方案优化是企业节省原材料、降低生产成本的重要方法之一。硅钢片是制造变压器铁心的主要材料,硅钢卷料的昂贵价格使得硅钢片下料方案的优劣对变压器生产成本有着重大影响。人工下料存在效率低、卷料利用率不高、易造成库存积压等问题,研究硅钢片下料的适用算法、实现计算机辅助排样对提高变压器企业的生产效益有重要意义。针对硅钢片下料问题,主要做了以下研究和工作:(1)设计和实现硅钢片下料优化的整数规划算法。首先枚举出宽度方向上所有可行的排样组合,按规则计算每种排样组合对应的最佳段长度,从而得到排样方式候选集;然后以消耗原材料最少为目标函数建立整数规划模型,使用分支定界算法求解模型,得到每种排样方式的使用次数,生成下料方案。使用MATLAB实现该算法,并进行实验计算,结果发现算法对小规模问题的求解效果较好,可以在合理时间内求得较优的下料方案。(2)考虑到整数规划算法存在求解复杂度高的问题,设计基于遗传模拟退火算法的硅钢片下料算法。遗传算法采用自然数编码,染色体序列为片型排样顺序,通过染色体解码操作生成排样方式,将模拟退火算法融入遗传算法中以提高算法的全局搜索能力。算法根据剩余需求片型生成当前最优排样方式,循环调用直到需求片被排完。算法使用MATLAB实现,通过实验发现,当排样片型种类丰富且需求量大时算法可以生成利用率较高的下料方案,且计算速度快。(3)为进一步提高工作效率,开发一款下料管理系统实现计算机辅助排样,系统具备用户管理、库存管理、订单管理和下料方案生成等功能。系统采用Visual Studio2017编程实现,MATLAB中的下料算法经过封装成动态链接库文件实现调用。

关键词： GIC监测   变压器   地磁暴   数字孪生  

摘要： 地磁暴产生的地磁感应电流(简称GIC)会引起变压器偏磁饱和,使变压器温度升高,次生谐波和无功损耗增加等有害干扰,威胁变压器和电网的安全稳定运行,如何监测电网中的GIC是需要研究的问题。目前已有的技术是通过霍尔传感器从变压器中性点采集GIC,这种监测方法需要为霍尔传感器提供供电电源,存在将中性点高压通过电源线耦合到变电站二次系统的风险,从而导致该方法在电网中的应用不够广泛,因此需要采用新的监测方法对GIC进行监测。本文研发了基于变压器高压进线的GIC监测装置,提出了基于数字孪生模型计算GIC的方法,以提高电网GIC在线监测的水平。主要研究内容及成果如下:(1)研发了一种基于变压器高压进线的GIC监测装置,将GIC监测装置独立安装在变压器高压进线的两根分裂导线之间,监测装置不承受高电压。通过在单根导线上采集电压信号,采用无线方式向监测后台传输信息并计算流过变压器绕组的GIC电流,实现了 GIC监测后台与高电压、大电流系统的电气隔离,消除了从中性点监测GIC时将中性点高压通过电源线耦合到变电站二次系统的隐患,解决了低压监测设备的绝缘水平不能满足相关标准要求的问题,实现了对电网GIC的安全在线监测。(2)采用改进小波阈值法对采集的GIC信号进行消噪处理,实现了装置GIC的峰值误差为±0.2%。监测装置于2021年9月在蒙东500kV阿拉坦站完成安装并投入使用,目前已经获得了大量的GIC实测数据,选择三次典型中小地磁暴的GIC实测数据,通过计算地磁数据水平分量的变化率和电流数据之间的相关系数,得出二者之间的相关系数均大于0.85,为高度相关,验证了监测装置的可靠性;同时发现了中小地磁暴的GIC会出现二次峰值特征。(3)在监测站点有限的情况下,提出利用数字孪生模型来对大量的变电站点进行GIC计算的方案。该方案通过建立电网GIC的拓扑模型、求解相关站点的孪生系数、利用远处节点向近处节点数据外推的方式,实现对电网其余站点的GIC进行计算。利用该模型对蒙东电网阿拉坦地区进行GIC计算,得到了蒙东阿拉坦地区各个中心站点的GIC孪生数据,评估了不同站点的风险程度,并针对不同地区的电网提出了监测装置的选点思路。本文针对从变压器中性点监测GIC存在的问题,研发了基于高压导线的GIC监测装置,提出了基于数字孪生的GIC监测方法,为GIC监测提供了新的思路。研发的装置和提出的方法已在蒙东电网应用,对超特高压大电网的GIC监测具有重要意义和应用价值。

关键词： IGBT驱动   隔离   变压器   保护功能  

摘要： 由于绝缘栅双极型晶体管(IGBT)兼具了输入阻抗高、导通压降低等特点,自发明以来就得到了广泛的应用。在近几年随着新能源产业的迅速发展中,IGBT起到了关键的作用。而随着光伏发电,高铁电网,尤其是新能源车的发展,对IGBT的需求将进一步增大。IGBT工作时的可靠性强烈依赖于驱动电路的可靠性,驱动电路的性能直接影响着IGBT的工作效率与安全。目前,国外有许多的IGBT隔离驱动芯片,而国内的发展远不及国外,许多厂家也只是在起步阶段,因此,研究隔离式IGBT驱动芯片在当下具有重要的意义。本文首先介绍了IGBT的结构与开关特性,在分析了IGBT的安全工作区的基础上,研究了隔离式IGBT驱动电路的几种保护类型,最终本文的设计中采用了欠压锁定电路、有源密勒钳位电路和退饱和检测电路。本文还介绍了几种常见的隔离方式,以及磁隔离的信号调制方式,同时根据IGBT的工作特性,基于微型变压器,使用了一种改进的置位复位调制方式,增加了传统置位复位方式的可靠性。本文基于华润上华0.5μm BCD工艺和已有的微型变压器模型,设计了一款隔离式IGBT驱动电路,并通过仿真和流片验证。芯片输入侧与输出侧电源电压分别为5V与15V,两片之间通过微型变压器隔离。在仿真阶段,得到的上升沿下降沿传输延时分别为145.5ns和131.2ns,在负载1n F时的上升下降时间分别为9.4ns和8.3ns,输入侧典型欠压阈值为3.8V/4.1V,输出侧典型欠压阈值为11V/12V,有源密勒钳位的开启阈值为2V,退饱和检测的阈值为9V。经过流片测试,基本达到了仿真的指标。

关键词： 电力变压器   突发短路试验   逆变器串联   闭环控制  

摘要： 电力变压器短路测试装置是检验电力变压器质量的重要手段,故障变压器将严重影响到电网的可靠供电和经济效益,针对传统变压器测试电源设备复杂、不可移动、不可模块化的缺点,本文主要研究了储能式可移动高压大电流输出电力变压器试验电源,一种小型化可移动式电力变压器突发短路测试系统。通过三相不控整流器向储能电容器充电,再将储存的能量经过电力电子变换装置输出额定试验电压实现对被测试电力变压器的短路试验。首先,研究了采用单相电源供电的三相变压器突发短路试验原理,建立电力变压器的短路暂态模型。解析了三相电力变压器的短路电流变化过程,分析了输出可满足电力变压器短路测试需要的电源内部变换器的工作原理:设计了变压器短路测试装置前级整流器,提出了基于储能的变压器短路测试变流器拓扑方案,完成了变压器短路测试装置中储能模块电解电容容量计算,设计了后级基于H桥的三个独立单相逆变模块串联构成的SPWM逆变电源,提出了基于CAN总线的正弦输出精确同步策略,分析了三个独立单相逆变模块串联构成的逆变单元调制、控制及同步工作原理,实现了三个逆变模块正弦波电压串联叠加,再经过升压变压器实现高压输出。然后,针对被测试产生的冲击电流导致串联单相全桥逆变器输出电压存在偏差问题,研究单相全桥逆变器控制策略,推导了逆变器的数学模型,闭环控制输出阻抗模型,研究了一种带有输出电流前馈的比例谐振控制的电压、电流双闭环控制策略,保证了逆变电源的稳态和动态特性。其次,研究了变压器承受短路能力测试结果的评估方法,并在变压器的抽检中进行应用。最后,为了实现多个逆变模块串联输出的电压相位和幅值的同步,提出了一种基于CAN总线的主从式逆变电源串联同步控制方案,采用了CAN总线技术来实现逆变器串联输出同步的通讯,并完成了仿真实验验证。最后,建立了由单相全桥逆变器组成的串联逆变系统试验平台,给出试验平台的软、硬件设计。在实验平台上进行了方案验证,结果表明该方案可以提供合格的试验电压,并能完成电力变压器的突发短路试验。

关键词： 变压器  

ISBN: (纸本)9787568710862

摘要： 本书结合变压器的国标、IEC标准和大型变压器试验经验, 全面地介绍了变压器以及其附件的试验的程序、方法、线路、设备及近年来变压器最新试验技术。内容有变压器及其试验的介绍、电压比测量和联接组标号检定、绕组电阻测量、绝缘特性测量、外施耐压试验等。