适配变压器全档位切换暂态分析的有载分接开关电路模型构建

有载分接开关(on-loadtap-changer,OLTC)是换流变压器的核心组件,其可靠切换过程关乎换流变的安全。然而目前国内在运特高压换流变用OLTC完全依赖进口,仿真获取OLTC不同运行状态的暂态特性数据是支撑OLTC关键电气参数设计与国产化制造的基础。经典的OLTC模型仅改变变压器变比或仅模拟单级档位切换过程,难以满足全档位电压调整与各级档位暂态特性数据同步获取的需求,导致OLTC设计优化、参数选型及故障分析缺乏足够的仿真数据支持。该文首先以真空OLTC为研究对象建立切换开关和极性开关等效电路模型,根据OLTC复杂的调压功能建立分层控制系统。其次,在PSCAD中搭建交流仿真系统,获取有载调压过程的暂态特性数据波形,与解析计算得到的电压和电流相比误差小于0.2%,证明该模型满足OLTC电磁暂态仿真研究的精度要求。最后,开展循环调压仿真,获得负载电压数据与波形。结果表明:该文提出的OLTC模型能够接收外部控制信号,进行全档位调压与极性转换仿真分析,能够为OLTC的调压研究、故障溯源分析和过渡电阻设计选型等提供基础模型。

分体分步式换流变有载分接开关研制

特高压直流换流变压器有载分接开关长期承载满负荷运行的方波电流,切换电流di/dt大,熄弧困难,并且动作频繁,基本被国外企业垄断。文中首先针对特高压换流变传统有载分接开关无任何直接有效的电气量监测保护的“黑盒”难题,以及故障极易引起换流变本体损坏,影响特高压直流工程可用率问题,提出了一种分体分步式有载分接开关拓扑,实现换流变有载分接开关核心部件分体布置以及分步闭环控制保护,并分析梳理了工程应用的电气应力;然后进行了切换开关、分接选择器和控制保护装置等关键核心部件的研制;最后搭建基于LC谐振法的切换试验系统,对所研制的分体分步式有载分接开关进行了切换试验、容量试验、温升试验以及绝缘试验。试验结果表明:所研制的分体分步式有载分接开关额定级电压4 kV,最大通过电流1600 A,切换开关外置,无油化设计,内部集成电气测量系统,切换过程能够实现分步操作控制和保护,避免故障扩大化,满足±800 kV/5000 A特高压直流输电换流变压器的工程应用需求。

基于APSO-SSD-SVD的特高压换流站OLTC振动信号降噪方法

随着中国特高压交直流换流站的大规模投运,有载分接开关(on-load tap changer, OLTC)已成为特高压换流站中发生故障较多的设备之一。针对强背景噪声环境下特高压换流站OLTC故障特征难以提取的问题,提出一种基于自适应粒子群算法优化奇异谱分解和奇异值分解的方法。首先,利用自适应粒子群优化(adaptive particle swarm optimization, APSO)算法对奇异谱分解算法中的模态参数进行优化,选取最优分解模态数。其次,基于最大峭度准则选取最佳奇异谱分量。然后,确定最佳重构阶数,通过奇异值分解重构信号,从而达到信号降噪的目的。将所提方法应用于仿真信号和实验信号,结果表明所提方法的信噪比达到23.302,均方根误差仅为0.004,并且波形相似参数高达0.998,优于其他降噪方法。所提方法能够更有效地实现对特高压换流站OLTC振动信号的降噪,为辅助运维人员诊断OLTC状态提供参考。

有载分接开关绝缘油中金属颗粒运动规律及其对介电性能的影响

高压有载分接开关油室金属微粒放电引发的缺陷超一半以上严重影响长期运行可靠性。研究了有载分接开关断开过程中绝缘油中金属颗粒的运动规律及其对绝缘油介电性能的影响,可为有载分接开关绝缘状态诊断和油隙绝缘裕度设计提供理论基础。首先分别给出了流体场、金属颗粒动力学以及电场的理论分析,并阐述了三者的耦合关系;同时建立有载分接开关触头二维简化仿真模型,得到了流体场中涡流的分布、金属颗粒的运动规律以及带电金属颗粒的运动轨迹;仿真结果表明开关运动过程中,开关间隙中心处颗粒浓度最高,且会形成“小桥”。通过混合物的介电常数和电导率模型计算了金属颗粒浓度分布变化对绝缘油介电性能的影响,提出了按浓度分区计算再并联的方法,提高了介电参数计算的准确性。

电弧故障时分体式有载分接开关结构失效风险仿真研究

为研究新型分体式有载分接开关(OLTC)电弧故障时的应力分布并验证其布置可靠性,基于电弧能量和电弧故障的产气特性,计算了电弧故障起始过程的冲击压力与气泡膨胀阶段的压力;进而建立电弧故障的压力波传输模型,采用声固耦合仿真方法对压强场-应力场的耦合作用进行计算,实现了流体压力波与固体弹性波的相互转换;同时构建分体式OLTC内部燃弧故障的压力传播模型,得到了切换油室和分体油箱的内部压强和结构应力分布特征。计算结果表明:电弧故障后油室顶部和底部的压强峰值分别为1.59、2.95 MPa,对应的油室顶部和底部结构的应力峰值分别为90、440 MPa,明显存在油室底部开裂风险;在油室底部泄漏的情况下,油箱顶部应力峰值超过250 MPa会造成油室底部破坏,从而严重威胁油箱结构的可靠性。相关结论可为分析OLTC油室结构破裂故障和完善新型OLTC分体式布置的设计提供理论依据。

分接开关可控移相变压器保护配置及故障特征分析

移相变压器是一种经济型的潮流调节设备,可提高电网运行的安全性和经济性。为了实现分接开关可控移相变压器工程化应用,首先,针对电流电压互感器配置情况,提出了移相变压器的主保护配置方案,并分析了各保护元件的保护范围。其次,提出了基于控保协同的差动计算自适应调整策略,可根据分接开关的实时档位实现移相变压器差动保护计算的自适应调整。接着,给出了基于移相变压器差动平衡的各侧电流校验方法,可用于校验电流互感器的接入极性和参数。最后,通过仿真和实际波形,分析了不同故障下和空充时的波形特征以及保护的适应性,并证明了所提方法和保护配置的有效性。

有载分接开关真空管操动机构力学特性动态仿真

真空管操动机构是换流变有载分接开关的核心部件,其机械结构较为复杂,且因其频繁操作常导致机械机构发生塑性形变与损伤,从而发生换流变故障。研究有载分接开关真空管操动机构力学特性动态仿真能够弥补传统测试手段无法直观展示应力分布的不足,并为真空管操动机构的设计与改进提供理论基础。首先,在ANSYS中建立了基于隐式非线性动力学的真空管操动机构瞬态动力学仿真模型,采用Von Mises屈服准则与等向硬化模型计算模型等效应力;其次通过有限元分析了操动机构整体的应力分布情况;最后针对性地分析了凸转盘、凸杆、支撑机构和真空管的应力分布情况,从而便于深入分析分接开关在各种工况下的工作原理,并有助于根据应力分布情况有效改进操动机构机械结构,并在设计阶段预见并避免可能的故障模式。

一种新型分体式换流变压器有载分接开关

近年来发生了数起换流变压器有载分接开关在档位调节过程中爆炸起火的严重事故。针对此问题,提出了一种新型分体式换流变有载分接开关的设计方案,将切换开关部分与变压器本体分离,有效避免分接开关故障影响的扩大。切换开关各触头由真空永磁开关替代且操作机构独立配置,结合内部支路配置的电流采样装置,实现切换过程的监测可控。提出了分体式同步控制逻辑和切换开关分步控制逻辑,实现了分接开关调档过程的状态监测及故障保护。样机的试验结果验证了分体式换流变压器有载分接开关方案的可行性和有效性。

基于优化TQWT及孪生SVM的有载分接开关机械故障诊断

为进一步提高有载分接开关(on-load tap changer,OLTC)机械状态监测的准确性,文中基于优化品质因数可调小波变换(tunable quality wavelet transform,TQWT)对OLTC切换过程中的振动信号进行了分析。即使用人工鱼群算法(artificial fish swarm algorithm,AFSA)基于分解余量与整体正交系数研究了TQWT的优化分解方法,计算得到了OLTC振动信号的多个子序列,构建了基于优化孪生支持向量机(twin support vector machine,TWSVM)的OLTC机械故障诊断模型。对某CM型OLTC正常与典型机械故障下振动信号的分析结果表明,所提优化TQWT分解方法有效提高了OLTC振动信号分解结果的准确性。相对于其他诊断模型,所构建AFSA-TWSVM的OLTC机械故障诊断模型分类效果好且收敛速度更快。

500 kV变压器无励磁分接开关放电故障诊断分析

无励磁分接开关出现放电性故障会严重危害变压器安全运行。介绍了一起500 k V变压器交接试验过程中脉冲局部放电试验异常的案例,应用脉冲电流法、特高频法、超声波法等多维局部放电检测技术进行时差定位,成功诊断了变压器无励磁分接开关内部异物放电故障;通过材质成分分析判断异物为动触头旋转轴压环的机加工碎屑,异物位于无励磁分接开关动触头旋转轴位置,随挡位切换而移动,导致各个挡位均可检测到局部放电,且脉冲局部放电量随挡位变化而变化。

基于振动信号分析的V型有载分接开关机械故障识别方法

有载分接开关(OLTC)是变压器中唯一频繁动作的关键部件,容易发生机械故障,从而引发严重的安全事故。分析了V型OLTC的切换原理,设置了3种常见机械故障,利用多通道振动传感器采集切换过程的振动信号,提出了一种基于振动信号分析的V型OLTC机械故障识别方法。首先,采用CCEMDAN算法分解振动信号,基于相关系数法构建特征矩阵,利用奇异值分解对振动信号进行特征提取;其次,通过主成分分析与K-means聚类进行振动信号的最优测点选择;最后,基于XGBoost集成学习算法实现了机械故障分类。试验结果表明,OLTC箱体正面所测振动信号能更好地反映其内部机械状态,所提方法对于3种机械故障的识别准确率达到98%,高于随机森林、GBDT等集成学习算法。

KJZ-2400/3300组合开关的常见故障分析

通过对KJZ-2400/3300组合开关控制线路的电源分配,以及对控制系统常出现的故障进行分析,明确了各类故障的判断依据和排除故障的方法,总结了组合开关各类故障处理经验,保障了设备的安全可靠运行。

特高压换流变有载分接开关实现国产化

近日,我国首台拥有完全自主知识产权的换流变CHVT型真空有载调压分接开关从上海华明电力设备制造有限公司发运至西安西电变压器有限责任公司总装车间,这标志着特高压换流变压器国产真空有载调压分接开关即将在陇东-山东士800千伏特高压直流输电工程实现工程应用。换流变压器真空有载调压分接开关作为特高压换流变压器的关键核心部件之一,长期被国外少数公司垄断。

首台采用国产有载调压分接开关的±400kV换流变通过全部试验

近日,由西电西变自主研制的陇东—山东±800kV特高压直流工程庆阳站首台采用国产有载调压分接开关的±400kV换流变压器,在第三方专家见证下通过全部试验,各项性能参数优于相关标准和技术协议要求。该产品是西电西变研制的首台网侧750kV、阀侧±400kV电压等级的国产分体式有载分接开关换流变压器。

新型农网变压器有载开关运行和维护管理研究

农村配电网变压器有载开关调节频繁,存在运行中维护不到位或检修不当引起的电气或机械故障。针对上述问题,分析了有载开关的结构特点和常见潜伏性故障的类型,提出了检修周期、环境要求和针对性的解决方案。该方案首先结合现场检修情况明确有载开关可靠运行注意事项,其次结合有载开关工作原理,对常见的潜伏性故障进行检测与识别,最终通过故障反馈信息进行预防和检修。研究证明,按规程有计划地检修,及时有针对性地处理,不断积累运行维护经验,能够有效保障有载开关及变压器的可靠运行和电网电压质量、运行安全。

基于TQWT及SVM算法的有载分接开关带电检测技术研究

在变压器带电情况下,有载分接开关(OLTC)振动信号可反应其运行状态。对振动信号特征参量进行提取分析和故障诊断可辅助实现变压器健康状态预警。本文采用优化后的小波包算法:品质因子可调小波变换算法(TQWT)提取检测装置获取的振动信号有效信息,克服小波滤波器导致的频率混淆现象,消除频率折叠,有效提高特征参量的准确性。通过支持向量机算法(SVM)对振动特征信号进行故障类型识别。在此基础上研制有载分接开关带电检测装置,实现了对有载分接开关运行状态量的现场检测和分类,大幅度减少了现场检修人员工作量,提高检修人员工作效率。

电力变压器分接开关故障远程诊断技术分析

分接开关是变压器的一个关键组成部分,负责调整变压器的输出电压,以适应电网负载变化的需求。分接开关在运行过程中可能会出现故障,这些故障如果不能及时诊断和处理,将严重影响电力系统的可靠性。本文首先介绍了电力变压器分接开关的基本功能和常见故障类型,深入分析了远程诊断技术在电力变压器分接开关故障检测中的应用,包括远程检查交流接触器、分解开关处的状态、电位是否正常,并借助对比实验数据验证了远程诊断技术性能,为电力变压器的健康管理提供了科学依据。

油浸式有载分接开关触头磨损烧蚀模拟及验证

有载分接开关是用于实现变压器输出电压调节的重要设备,但同时也是变压器内故障率最高的部件之一。目前有载分接开关故障诊断常用的吊芯检测法成本高、耗时长,灵活性差。针对M型油浸组合式有载分接开关提出一种以触头磨损、触头烧蚀为典型代表的分接开关静触头缺陷模拟方法。经真型有载分接开关动态电阻波形测试,该触头缺陷模拟方法的可行性得到了验证。该触头缺陷模拟方法实用性强,且对应缺陷下的动态电阻波形时域特征具有典型性,为有载分接开关的检修提供方向。

基于机器学习的开关柜故障诊断系统设计

在工业生产中,开关柜是整个电气设备中的重要组成部分,为了确保电气开关柜的正常运行,需要对电气开关柜等设备进行检测诊断。但大多数情况下电气设备开关柜运行的环境较复杂,故障率也较高,因此,很难对开关柜故障进行及时检测与维修。文章设计了基于机器学习的开关柜规章诊断系统,该系统由传感器选型单元和传感器网络芯片选型单元等部分组成,可提升故障诊断精准性,满足电气行业对开关柜故障诊断的需求。

油中熄弧有载开关配置气体报警的必要性

本文通过案例和试验说明油中熄弧有载开关配置气体报警能有效替代油路堵塞和漏油情况下的缺油报警、避免油流速动继电器误动、发现过渡回通流电气回路和切换异常产气和管路堵塞气体无法溢出等,有载开关配置气体报警是有益的且必要,统计近3年325台运行情况,检出率高达0.44次/百台·年,验证气体报警有效性,避免了简单缺陷发展为故障,并给出气体报警处置和再提升措施,杜绝了漏判导致远超设备价值的故障损失。