自然冷却下干式变压器的温度场仿真分析

采用试验与仿真相结合的方法,对干式变压器在自然冷却条件下的温度场特性展开了系统的研究。首先,采用高低压绕组同时施加额定直流电流的试验方法,排除了涡流效应对高低压绕组损耗结果的影响,准确地获得了绕组损耗与温升的对应关系。同时,利用STAR-CCM+软件,分析了达到热平衡后,变压器内部温度场和流场的分布情况以及不同的湍流模型选取和绕组等效建模方法对温升模拟结果的影响规律。研究结果表明,由于空气自然对流的影响,高低压绕组的温度场分布规律基本相同,即:底端温度最低且温度随绕组高度的增加逐渐升高。此外,采用k-ε低雷诺湍流模型和柱坐标等效建模法所得到的变压器自冷温升的仿真结果与试验结果的误差最小,且具有最快的收敛速度。所提出的仿真方法能够准确、快速地对自冷条件下干式变压器的温度场特性进行分析,可为变压器的设计与优化提供一定的指导与参考。

计及边端效应的直线式移相变压器等效电路分析

直线式移相变压器是一种新型移相变压器,具有绕组结构简单、易于模块化和可任意角度移相的优点。其直线型结构导致变压器存在边端效应,进而导致气隙磁场产生畸变。为了计算出边端效应产生的影响,该文从直线式移相变压器的磁场进行深入分析,并建立计及边端效应的等效电路模型。首先,基于一维场理论对直线式移相变压器进行数学分析,根据场路复功率相等的原则,推导出等效电路二次侧参数,并计算出边端效应修正系数;然后,根据边端效应的分析结果和直线感应电机的等效电路拓扑建立计及边端效应的等效电路模型;最后,通过直线式移相变压器的二维有限元仿真模型和小功率样机的实验,验证了建模方法的合理性和等效电路模型的准确性。

无量纲最小二乘有限元法GPU实现及其在变压器绕组流场仿真中的应用研究

为了提高变压器流体场的计算效率,利用统一计算设备架构(compute unified device architecture,CUDA)实现流场的并行计算。首先基于C语言实现无量纲最小二乘有限元法的串行计算方法。然后在Visual Studio 2019+CUDA 10.2的环境下实现并行运算,对于串行程序中最耗时的线性方程组求解部分调用了CUDA自带的函数库进行优化;在大规模模型的数值计算中使用了十字链表格式存储整体刚度阵形成时的非零元素,以解决满阵存储时的内存不足问题。为验证所提方法的有效性,针对方腔模型,分析了不同剖分网格数量下的加速比,分析结果表明,数据规模越大并行效果越好,验证了无量纲最小二乘有限元并行程序的准确性和高效性。最后将该方法应用到大型变压器绕组的流体场分析中,取得了18.3倍的加速效果,为产品级变压器的流体场仿真奠定了基础。

高频变压器传导共模干扰分析与评估

为了搭建适合工程批量应用的高频变压器共模抑制特性评估平台,分析变压器的共模噪声传导机理,研究变压器通道上共模噪声的传导特性,评估变压器对共模噪声的抑制能力。首先,通过函数发生器产生高频跳变电位信号,将其施加于变压器原边绕组以模拟变压器的共模噪声传输特性;其次,采用示波器捕捉共模信号在采样电阻上产生的电压降的值,判断变压器对共模噪声的抑制效果,分析评估平台中采样电阻的阻值选取对评估结果的影响;最后,对比评估结果与传导电磁干扰频谱的测试结果,验证所提变压器共模抑制特性评估方法的有效性。

基于磁感的变压器和感应电机等效矢量磁路分析

电机学等传统电机理论对变压器和感应电机的工作机理分析多采用等效电路的方法,将实际磁量等效为电量来表示,在一定程度上让二者的分析变得复杂化。可是,传统磁路理论中仅有磁阻元件,难以定量表征磁通与磁动势之间存在的相位差和铁心中的损耗等,进而成为分析的瓶颈。为此,该文引入新的磁路参数——磁感,并利用磁阻和磁感双元件构成的矢量磁路理论,建立适用于变压器和感应电机分析的等效矢量磁路,推导了不同工况下的磁路方程,并以变压器为例,从磁路角度绘制了相量图。对变压器和感应电机在不同工况下的主要特性进行定量计算,通过实验结果验证了分析方法的有效性。相较于等效电路分析方法,该文所提的等效矢量磁路分析方法省去了匝数归算、频率归算等过程,因而概念清晰、计算简洁。该文研究不仅为电机等电磁装备的分析设计提供了全新的方法,而且有望推动《电机学》教材的改革,降低电机学相关内容的学习难度。

变压器温度和机械振动特性的仿真与分析

为了进一步分析变压器的温度场分布特性与变压器铁心振动特性,作者以一台10kV油浸变压器为样机,进行仿真分析与振动试验测试。首先建立变压器温度场仿真模型,得到变压器铁心的最大温升,最大温度区域集中在B相铁心柱和铁心窗。然后搭建电磁固多物理场耦合的变压器铁心磁致伸缩振动模型,得到铁心磁场大小和ABC三相的振动加速度。最后搭建变压器铁心磁致伸缩采集平台,对变压器进行了空载振动信号监测,由此分别得到了铁心A、B两相的振动的加速度,仿真结果和试验结果两者相互比较,数值大小相同。

配电变压器三相不平衡附加损耗量化分析

配电网变压器三相不平衡附加损耗的计算由于缺乏对铁耗等的全面分析而精度不高。考虑到损耗治理依赖于精确有效的损耗数据,故提出计及铁耗变化的配电变压器三相不平衡附加损耗计算方法。利用磁动势平衡方程式来分析励磁磁动势和主磁通的产生过程,以建立励磁电流与一、二次侧相电流的关系。根据配电变压器的绕组联结方式建立正序、负序和零序等值电路模型,给出三相不平衡下的附加损耗计算方法。仿真测试结果表明,与现有方法相比,所提附加损耗计算方法能够量化反映三相不平衡对变压器损耗产生的影响,在不同负荷率和不同励磁阻抗参数条件下均具有更低的计算误差。

磁致伸缩力对直线移相变压器电磁振动噪声的影响

直线移相变压器作为一种新型电能变换装置,具备任意角度移相、拓展性强等优点,应用前景广阔。但直线移相变压器运行时噪声较大,研究其电磁振动与噪声对变压器设计及减振降噪具有重要意义。本文从直线移相变压器噪声产生的源头之一磁致伸缩效应入手,在COMSOL Multiphysics平台建立有限元模型,对其开展电磁-结构-声场联合仿真。首先对直线移相变压器进行瞬态电磁场分析,计算其磁场分布情况;随后将瞬态电磁场计算结果与变压器结构耦合,进行谐响应分析,得到振动加速度频谱;最后将变压器的边界振动加速度耦合到空气域,求解空气域的声压场,分析得到直线移相变压器周围噪声的分布。结果表明,磁致伸缩力确实会引起直线移相变压器共振,产生固定频率的电磁振动与噪声。

温度对换流变压器瞬态电场的影响分析

基于传统变压器的绝缘设计并未考虑油纸绝缘的非线性特性,采用有限元法将电磁场、温度场等多物理场进行耦合仿真计算,重点研究油纸复合绝缘的电导率随温度非线性变化时,换流变压器阀侧绕组端部暂态电场分布的规律和特征,以及油、纸板电导率比值对阀侧电场的影响。结果表明:考虑温度电导率非线性特性时,换流变压器阀侧端部的电场分布更加集中,畸变现象更明显,且随着电导率比值的增大,阀侧绕组端部的等位线分布越来越密集,高场强值集中在阀侧绕组端部绝缘纸板之间的油隙中。所提研究为变压器绝缘设计提供技术支持。

双流制式下四分裂式变压器用作双回路滤波电感的特性分析

对一台运行于双流制下的机车进入直流电网时其变压器(四分裂式)用作电抗器的电感值进行了分析和计算.机车运行于直流电网时变压器同一铁心柱上的2个低压绕组串联接入回路滤波,而4个高压绕组并联开路.4个低压绕组两两串联有4种接法,且同一接法还有双边工作和单边工作的情况.利用在分析磁场的基础上获得的四分裂式变压器8个绕组的电感矩阵,列写4种不同接法时电路方程,将其等效为两端口网络,进行等效阻抗及电感计算,且对结果进行了讨论,给出了有关建议.

电力变压器混片铁心的优化设计

电力变压器是电力系统中的关键设备,对整个电力系统中发电和电能传送具有重要作用。变压器铁心的损耗与内部磁通密度的分布息息相关,采用混合叠片结构可以有效减少铁心叠片库存,提高变压器铁心叠片的利用率。本文作者利用ANSYS Maxwell软件对不同类型叠片混合的变压器铁心进行了三维瞬态电磁场模拟仿真,分析了采用不同类型叠片混合时铁心的磁通密度和损耗差异。研究结果显示,当铁心的最内层叠片采用常规晶粒取向电工钢,其余叠片采用高磁导率电工钢时,铁心的损耗最小;随着在高磁导率电工钢铁心主体中加入常规晶粒取向电工钢叠片,铁心损耗的增幅达到了14.9%~49.4%。本文的研究成果可为变压器铁心的优化设计提供一定的依据。

考虑高海拔环境及焊料层缺陷的IGBT芯片温升与识别模型

针对焊接型IGBT模块缺少相应的高海拔地区的电热耦合模型,同时有关高海拔地区由于焊料层缺陷导致芯片失效的研究也少之又少。根据IGBT模块内部电场、热场的耦合作用关系,以焊接型IGBT为研究对象,建立芯片焊料层不同缺陷类型及缺陷比例的高海拔地区焊接型IGBT电热耦合模型,分析了海拔高度以及焊料层空洞、裂纹以及脱落缺陷对焊接型IGBT最大结温的影响,并从机理上做出相应解释,同时提出了高海拔地区焊接型IGBT焊料层缺陷识别模型。研究表明,不同的海拔高度对芯片温度的影响程度不同,高海拔地区芯片温升较低海拔地区明显;不同的缺陷类型、缺陷比例对芯片温度的影响程度也不同,当缺陷比例超过5%后,脱落对芯片温度的影响程度远大于裂纹缺陷和空洞缺陷,同时,所提缺陷识别模型能准确地获取芯片焊料层的缺陷类型和比例,对焊料层的健康状况进行评估。本文研究为高海拔地区焊接型IGBT焊料层健康状态检测,提高IGBT模块运行稳定性提供了理论指导。

变压器全生命周期成本分析及优化

变压器是电网的核心设备,分析并优化变压器全生命周期成本(life cycle cost, LCC)对于电网经济效益改善具有重要意义。依据LCC理论结合变压器的相关费用支出状况,首先构建出变压器LCC模型;然后对变压器LCC进行分析,包括不同电压等级下的成本规律分析及成本比例分析;最后使用MATLAB软件并采用鲸鱼优化算法(whale optimization algorithm, WOA)对目标函数进行优化。算例验证了WOA的科学合理性及优越性,该算法对于工程实际中变压器LCC管控有一定的指导作用,是提高电网资产管理效率的重要手段。

基于异构数据的变压器远程状态孪生与寿命评估技术

目前以机器人巡视为主的远程运维方式,难以构建全面的数字孪生运维体系,而以电力变压器为代表的变电站一次设备,是集合电气与多种物理特性的状态集合,其远程精准运维与状态分析,必然建立在海量异构数据基础之上。以变压器为例,研究变压器数字孪生模型构建方法和数字孪生数据层技术,建立传感器数据下的数字孪生变压器模型,从物理模型类、基于参数类和基于认识模型类三个方面探索多源异构数据融合方法。依照所构建的寿命模型,在2年的运行阶段中,由于温度导致的变压器老化效应,不断在工作状态中进行累积,最终其热寿命损失累计超过了360 h,与实际情况相符合。

IGBT模块寿命预测方法研究综述

绝缘栅双极型晶体管IGBT(insulated gate bipolar transistor)模块在高压大功率电能转换领域具有广泛应用,在这些领域人们对IGBT模块可靠性提出了更高的要求。首先归纳预测了IGBT模块及其模块市场规模与需求。然后从寿命预测机理角度,将IGBT模块预测方法归类为基于模型的预测方法和数据驱动的预测方法两大类,对每类的研究现状、基本原理、预测过程实施、适用范围和优缺点进行了分析、总结与归纳。最后统计分析了近十年研究成果,并讨论了IGBT模块寿命预测方法发展趋势。

新型高效电力变压器的设计与性能评估

本文全面概述了新型高效电力变压器的创新设计和开发过程,解决了传统变压器固有的低效率问题,如能量损耗高、物理尺寸大、易过热等问题。通过集成先进材料、创新结构设计和尖端技术,这些新型变压器旨在满足现代电力系统的动态需求,包括提高效率、减少损耗以及与可再生能源的无缝集成。本文进一步阐述了多步骤设计过程,强调了初步设计、结构设计、材料选择以及可靠性和安全性考虑的纳入。此外,它还概述了一个强大的性能评估框架,包括选择有意义的评估指标、实验验证和仿真建模,以确保这些变压器不仅满足而且超过必要的性能标准。

智能化技术在变电站远程运维作业管控中的应用与优势分析

传统的变电站运维作业通常需要人员实地操作和巡检,实际的管理效率不高,且受到多方面因素的影响。随着信息技术和智能化技术的发展,将这些技术应用于变电站远程运维作业管控中,能够有效提升作业效率、降低运维成本、提高运维安全性等方面的优势。本篇文章的目标是深度研究智能技术在变电站运营管理中的具体应用方法,以期为变电站运营管理的现代化转型提供理论支持和实践经验。

基于动态谐波域的饱和变压器建模与励磁涌流特性分析

变压器是链接不同电压等级电路以保证电能高效传输的必不可缺的一环,在空载合闸时,时常因为铁芯饱和而产生较大的励磁涌流,导致继电保护装置误动作、引起过电压而损坏设备的绝缘等不良后果,现有的研究仅通过电磁暂态仿真等时域方法对励磁涌流波形进行观察,缺乏对励磁涌流特性影响因素的深入分析。基于此,利用动态谐波域理论建立了实际工程中常见类型饱和变压器的动态谐波域模型,准确再现了与时域仿真一致的励磁涌流现象;通过进一步地将变压器动态谐波域模型线性化,建立谐波转移矩阵模型,以谐波的视角分析不同因素对励磁涌流特性的影响。结果显示,相较于一次侧Y接法的变压器,Yg的级联方式将产生更大的励磁涌流,但二次侧D接法将会降低励磁涌流。

基于改进支持向量机的配电电力变压器内部过热故障识别方法

为降低配电电力变压器内部过热故障识别误差较大的问题,提出基于改进支持向量机的配电电力变压器内部过热故障识别方法。该方法针对变压器内部过热故障展开分析,并基于分析结果,进行特征量的选择和归一化处理,以消除气体体积分值存在的差异,为确保后续识别结果的准确性奠定基础。然后通过跨子群交流策略和最优群体自变异策略改进蛙跳算法。最终基于改进后的混合蛙跳算法来进行实现支持向量机的改进,完成配电电力变压器内部过热故障识别。测试结果表示,采用所提方法进行配电电力变压器内部过热故障识别,其识别确率始终在95%以上,具有较强的应用性。

三相变压器联结组相量分析规律的研究

本文作者通过对传统的线电压相量分析法的规则与规律的系统研究,总结出三相变压器绕组与相量、绕组联结与相量联结、相电压相量与线电压相量、相量图与接线图在联结组相量分析中的变化规律,丰富了联结组的基本理论。