关键词:
电力变压器
直流偏磁
振动噪声
铁芯接缝方式
神经网络
摘要:
随着我国提出加快建设全国统一电力市场体系的发展需求,特高压直流输电在电网建设中也越来越重要,其在运行过程中对附近交直流输电系统中的电力变压器产生的严重影响也日益显现。其中影响最大的就是直流偏磁引起的铁芯半周磁饱和,进而引起的铁芯磁致伸缩加剧带来的振动噪声问题。目前对于任意型号的变压器采用的铁芯接缝方式固定,而不同的铁芯接缝方式会对变压器铁芯结构特性和磁特性产生影响,从而能够在一定程度上改变变压器产生的振动噪声。因此,分析不同接缝方式下铁芯的电磁特性、固体力学特性和声学特性,研究直流偏磁的耐受能力,进而提出对于不同容量变压器最适用的接缝方式是有必要的。本文具体工作内容如下:
首先对电力变压器振动噪声产生机理和影响特征进行分析。通过麦克斯韦方程微分形式表示,研究了电磁场中能量传递过程,分析了铁芯磁性材料所具有的弹性特性和磁致伸缩等特性,研究了直流偏磁和结构改变对变压器振动噪声的影响,结合常用噪声评价方法和评价标准,为变压器接缝方式对噪声的影响分析提供理论指导。
其次建立不同接缝方式铁芯的仿真模型并进行了多物理场仿真。分析变压器结构和4种接缝方式铁芯的特点,建立型号为SBK-1000VA的4种接缝方式的变压器仿真模型,在4种接缝方式下的铁芯模型上依次加载电磁场、固体力学、声场,对比得到的仿真结果,从而得出不同铁芯接缝方式对变压器噪声的影响;结合模态分析的4种接缝方式铁芯的固有频率解释了全斜接缝在受到较小磁致伸缩力的作用下产生较大噪声的原因;通过比较4种接缝方式的直流偏磁仿真结果,得到了对于本容量尺寸变压器最适用的接缝方式为半直半斜接缝的结论。
然后通过变压器噪声实验验证仿真结果。通过选取合适的实验元器件搭建实验平台,按照设计方案进行实验,测量得到不同测点在不同程度直流偏磁入侵下的噪声声压级大小,通过数据处理后将实验结果与仿真结果进行对比,可以看出两者误差在5%以内,误差相对较小,从而验证了仿真结果的正确性。
最后通过仿真获得大量的变压器的容量和铁芯尺寸关系比例系数KP,C与变压器最优接缝方式的对应关系,再结合BP和PSO-BP神经网络进行正向学习与逆向反馈,不断调整隐含层的权值与偏置大小,直到输出误差满足要求,得到训练完成的神经网络模型,通过比较可知PSO-BP神经网络模型效果更好。最后通过一台工业变压器的仿真结果与模型预测结果进行比较,验证了该模型的可靠性。当变压器制作过程时容量和铁芯尺寸关系比例系数KP,C确定时,可以通过该神经网络求解得到其最优接缝方式,从而为选取具有更好的直流偏磁耐受能力的铁芯接缝方式提供指导。
本文通过实验和仿真探究了铁芯接缝方式与变压器振动噪声、直流偏磁的关系,并结合神经网络得出了变压器容量和铁芯尺寸关系比例系数KP,C与该变压器对应的应对直流偏磁的最优铁芯接缝方式之间的映射关系,为其它容量变压器接缝方式的选择提供理论指导和参考依据。