变压器油在线检测与故障预警系统实验装置设计

电力变压器在电网中担任着核心角色,但是目前的维修模式存在着盲目强制性,往往消耗大量人力物力,为解决此现象,通过研发变压器油在线检测与故障预警系统实验装置,建立应修尽修的预测性维修模式,实现变压器在线运行状态实时监测,运行故障分析预警功能。通过FreeRTOS并行实时采集数据变压器油的基础数据,利用python的pytorch深度学习模型处理数据,实现通过变压器油间接监测变压器的运行状态,上报实时数据与预警信息,减少由于故障引发事故发生的概率,节省变压器检修的人力物力消耗,加快我国智慧电网的建设过程。

低频电压下含纤维素颗粒变压器油绝缘特性及影响因素

低频变压器是低频输电系统中的关键设备,低频电压下的绝缘特性对其设计及运行具有重要意义。该文为了研究低频电压下含纤维素颗粒的变压器油的绝缘特性,分别研究20、30、40、50 Hz四种频率交流电压下不同纤维素颗粒度(低、中、高)水平的变压器油击穿特性。同时,通过仿真及试验分析不同频率下变压器油中纤维素颗粒运动及积聚过程。研究结果表明,交流电压频率对变压器油中纤维素颗粒的成桥特性及击穿电压具有显著影响。随着频率的降低,纤维素颗粒向电极移动速度变慢并难以黏附在电极表面,减缓了纤维素颗粒在电极表面的积聚过程及杂质小桥的形成速度。相同频率交流电压下,变压器油击穿电压均随颗粒物浓度的升高而降低;相同纤维素颗粒浓度下,变压器油击穿电压随着频率的降低而增大。研究结果为低频变压器的设计及运行维护提供了基础数据支撑。

变压器油温加速的反时限过电流保护方法

针对当变压器处于重负荷且变压器油温达到报警温度其内部发生轻微故障时,传统反时限过电流保护不动作或动作时间过长的情况,提出一种变压器油温加速反时限过电流保护的新原理及其优化整定方法。首先,引入变压器油温因子和加速指数对反时限特性曲线进行修正;然后,根据反时限保护动作时限配合关系建立数学模型进行优化整定。最后,基于现有理论分析和仿真验证结果,得出所提新方案能够在保证选择性和可靠性的前提下有效提高保护的速动性和灵敏性。

红外、拉曼光谱的变压器油中糠醛检测方法对比研究

变压器油中的糠醛含量是电力变压器中绝缘老化的重要指标之一,在物质有效识别上红外及拉曼光谱具有检测速度快、分析速率快及无损检测等优势,开展了基于红外、拉曼光谱的变压器油中糠醛检测方法对比,探究适用于变压器油中糠醛红外、拉曼光谱的预处理及定量分析方法。基于傅里叶变换红外光谱仪和激光共聚焦拉曼光谱仪器对实验室配置的糠醛变压器油样检测并采集其光谱数据,采用小波变换、多项式最小二乘法和局部加权回归拟合对采集到的红外及拉曼光谱图进行预处理,综合考虑噪声、分辨率及有效信息丢失等,确定了多项式最小二乘法预处理效果最佳。基于高斯软件建立了糠醛分子模型,通过密度泛函仿真计算,研究了糠醛的红外及拉曼光谱吸收峰归属,结合实验测试光谱图,确定了变压器油中糠醛拉曼、红外检测特征峰分别为1 703和1 704 cm^(-1)。开展了红外及拉曼检测的重复性实验,两种检测方法的相对标准偏差分别为7.21%、 8.67%。通过绘制糠醛红外及拉曼的3D原位光谱图,分析红外及拉曼特征峰面积与不同糠醛浓度变压器油之间的关系,基于最小二乘法建立了变压器油中糠醛检测的红外及拉曼定量分析模型,拟合优度分别为0.998和0.885。对比两种检测方法的定量分析模型预测结果,表明拉曼光谱法检测下限低于红外光谱法,通过多项式最小二乘法预处理的光谱数据所构建的变压器油中糠醛检测红外及拉曼定量分析模型可以很好地预测变压器油中糠醛含量,为相关领域研究提供技术参考。

温度和光照对动车组用矿物型变压器油荧光特性的影响

牵引变压器渗漏油检测是动车组运行故障检测的重要部分。动车组运行故障图像检测系统采集的近红外底板图像中渗漏变压器油痕迹与水迹的特征相似,致使列检员与图像识别算法均无法有效识别渗漏油痕迹,进而导致渗漏油故障的误报率高,影响列车的正常运行和检修效率。由于水不具有荧光特性,而矿物型变压器油具有紫外荧光特性,故可通过荧光成像将两者区分。另外,由于动车组运行季节、地域、时间段不同,致使渗漏的变压器油处于不同的环境条件中,进而影响渗漏油的荧光特性。而渗漏油的荧光特性决定荧光成像系统激发光源波长和成像波段的选取。因此,为了明确动车组用矿物型变压器油的荧光特性,以及两个主要环境因素温度、光照对荧光特性的影响,首先制备了不同温度、不同光照条件下的变压器油样本;而后,利用荧光光谱仪采集样本的三维荧光光谱,进而分析样本的荧光特性、温度和光照对荧光特征峰位置和强度的影响。结果表明,动车组用矿物型变压器油具有两个较强的荧光激发/发射峰,分别位于350/382 nm和350/402 nm;温度的升高引起荧光强度下降,但未改变荧光波峰位置;光照强度的增加与光照时间的延长都引起荧光强度下降,但未显著改变荧光波峰的位置;在动车组运行监测时间间隔内,温度和光照未显著改变油品的荧光特性。实验结果为荧光成像检测动车组用矿物型变压器油的渗漏故障提供了实验依据和数据支持。

油柱直径对变压器油燃爆特性影响实验研究

特高压换流变压器管件内的变压器油易蒸发并形成可燃的油气混合物,当点火源存在时,变压器油燃爆会造成电力设备严重破坏。目前,有关变压器油爆炸动力学演化规律的实验研究匮乏,采用压力传感器测压和高速相机记录火焰形状,研究了油柱直径对变压器油爆炸超压演化和火球行为的影响。实验结果表明,随着油柱直径从93 mm增加至350 mm,最大超压和反射超压均呈现先增大后减小的趋势。随着压力测点与爆炸中心之间的距离增大,最大超压呈现逐渐下降的趋势。当油柱直径从153 mm变化至350 mm时,炸药爆炸诱导的变压器油火球行为相似,爆炸火球的传播以竖直向上扩展为主。变压器油爆燃火球的最大高度和最大面积随着油柱直径增加呈现先增大后减小的变化趋势。

交流电场下变压器油中贴壁气泡形变特性

气泡是油纸绝缘系统的典型缺陷,会显著地降低变压器油的绝缘性能。为了明晰气泡对油纸绝缘系统的危害,搭建了油中贴壁气泡动力学观测平台,研究吸附于电极表面的气泡在交流电场中的形变特性及影响规律。结果发现:油中贴壁气泡沿电场方向拉伸并以100 Hz的频率进行脉动变形;随着电场强度、气泡半径和温度的增大,气泡的变形程度也逐渐增大。基于相场方法搭建了气液两相流仿真模型,仿真与实验结果相互验证,揭示了气泡变形的本质为电场力和表面张力作用的平衡。气泡会影响油隙电场分布,其内部场强随气泡沿电场方向的拉伸而降低。该文研究可为深入评估气泡对液体绝缘的危害和变压器的绝缘设计提供参考。

流动变压器油中金属微粒分布规律及其对击穿电压的影响机制

作为对变压器液相绝缘危害最严重的污染杂质,金属微粒若在油间隙内部发生聚集,由于其强导电性,会大大缩短油隙的绝缘有效距离,甚至在外加电场的持续作用下引发绝缘击穿。为此构建了流动油中金属微粒分布与击穿特性测试平台,开展了交流电压下流动变压器油中金属微粒的分布规律与击穿特性试验,结合仿真,讨论了金属微粒分布特征对绝缘油击穿电压的影响机制,试验结果表明:一旦变压器油开始流动,微粒将难以在高场强区域聚集。随着电场场强的提升,微粒的聚集浓度增大。随着预压场强的增加,击穿电压的Weibull分布曲线均向左移动,其中位于低流速区的曲线偏移更为显著。仿真得到金属微粒在电极间的聚集情况,进一步分析了微粒在电极间的受力情况,理清了金属微粒聚集特性对击穿特性的影响机制。

变压器油中脉冲电弧放电压力波的产生过程研究

油中电弧产生的陡强压力波是导致变压器燃爆事故的直接原因,研究变压器油中压力波的产生过程与传播特性对增强变压器防灾御灾能力具有重要意义。为此采用油中脉冲电弧放电法产生压力波,极大减弱工频电弧中持续产气、重燃对压力波基本过程观测的干扰,搭建了油中脉冲放电压力波光-电联合诊断平台,实验采集电压、电流和压力时序信号以及动态纹影图像,研究油中电弧放电压力波的产生过程。实验结果表明,油中压力波的产生可分为电弧膨胀和气泡脉动2个阶段:电弧通道迅速膨胀并压缩油介质,产生一系列激波,继而叠加形成高频一次压力波;放电过程中产生的气泡经历多个膨胀和坍缩循环,溃散时形成二次压力波,其压强更高、频率更低。增大电极间距,一次压力波由球面波转变为沿电极方向的柱面波,而二次压力波会因多点产生的压力波相互叠加,其波前厚度显著增大。实验数据拟合得到油中压力波衰减系数为1.2~1.4,显著高于水中的衰减系数。

纤维素-SiO_(2)的制备及在净化变压器油中的应用

变压器绝缘油在电力设备运行过程中会逐渐劣化,导致变压器油电气性能、理化性能大幅降低。采用吸附相反应技术,将亲水SiO_(2)纳米颗粒固载在微晶纤维素(microcrystalline cellulose,MCC)上,制备出具有高吸附性能的改性纤维素集尘体材料,联合静电吸附技术净化处理脏污变压器油。对于SiO_(2)改性纤维素集尘体材料,通过油品净化效果测试得出,最佳的制备条件为溶胀后干燥12 h,作为硅源的正硅酸乙酯(TEOS)加入量为6 g;将上述条件下合成的改性纤维素集尘体材料,置于静电净油反应器内,二者协同净化脏污变压器油后,油品的主要运行指标如水分由最初的32.0 mg/L以上降至23.5 mg/L以下,且其他包括介质损耗因数、酸值和体积电阻率等关键指标也均已达到运行油的国家标准。可见,静电技术结合改性纤维素吸附材料能够有效吸附油中的杂质颗粒。

改性香蒲绒纤维材料对大体量变压器油的吸附性能

开展改性香蒲绒纤维对大体量变压器废油的吸附能力研究。制备了不同的改性香蒲绒纤维样品,并研究了其对小体量和大体量变压器油的吸附能力。研究结果表明:采用摩尔浓度为25.0 mmol/L的NaOH溶液浸泡12 h进行碱处理可得到具有最佳吸油性能的香蒲绒纤维,其吸油容量达(39.25±1.77)g/g;吸附大体量变压器油时,重力对香蒲绒的挤压作用会减弱其吸油容量和吸油率。研究结果对促进生物质纤维材料在油料存储、废油吸附等领域的应用具有重要作用。

基于木质素-有机黏土复合水凝胶的固相萃取-SERS联用技术用于变压器油中微量1,2,3-苯并三氮唑的现场分析

该文以脱碱木质素(DAL)和硅藻土(DE)为原料,通过加入2.5%丙烯酸(AA)、0.75%过硫酸铵(APS)和0.25%N’N-亚甲基双丙烯酰胺(MBA),基于自由基聚合法制备了DAL/DE水凝胶。利用高效液相色谱法考察了水凝胶对变压器油中1,2,3-苯并三氮唑(BTA)的吸附性能,随后使用表面增强拉曼散射(SERS)辅以固相萃取技术现场检测了变压器油中的BTA。研究结果表明,在0.6 g DAL/DE水凝胶为固相萃取填料,水为活化剂,BTA变压器油样稀释1倍,洗脱剂为1 mL乙酸的条件下,BTA在776 cm^(-1)处的峰强于1~500 mg/kg范围内与其含量呈良好的线性关系,检出限低至0.28 mg/kg。

C_(6)F_(12)O与CO_(2)/N_(2)对变压器油分解气体火焰及HF的抑制作用

变压器油分解为可燃气体燃烧具有高危险性,新型的环保灭火剂C_(6)F_(12)O抗复燃性差会产生有害产物HF。为此研究了N_(2)或CO_(2)的加入对C_(6)F_(12)O扑灭变压器油分解气体火焰的灭火性能及有害产物HF的影响,采用化学动力学方法计算了不同当量比与混合比下C_(6)F_(12)O混合物对变压器油分解气体火焰绝热燃烧温度、活性自由基浓度的作用效果,分析了HF浓度变化及生成路径变化规律。理论计算表明N_(2)或CO_(2)与C_(6)F_(12)O具有良好的物理化学协同灭火作用,且能抑制有害产物HF的生成。研究结果为C_(6)F_(12)O灭火剂在电气火灾应用提供了理论依据和数据参考。

理解流动变压器油“小桥”形成机制

工程用变压器油的“小桥”击穿理论是“高电压技术”课程教学的重要内容,但对于“小桥”的形成机制和油流速度的影响很少涉及。针对这些不足,利用试验和仿真分析了变压油中纤维微粒的成链特性及受力情况,发现微粒因外加电场作用而定向,因微粒之间的相互作用而排列。当变压器油处于流动状态时,微粒会受到曳力作用。流速升高导致曳力增加,从而破坏“小桥”形成,使得变压器油击穿电压升高。

Pt-W/Al_(2)O_(3)催化甲酸铵转移氢化变压器油的应用研究

通过浸渍法制备Pt-W/Al_(2)O_(3)催化剂,以甲酸铵为氢供体、乙醇为溶剂对老化变压器油进行转移加氢以实现变压器油的回收再利用。得益于Pt-W/Al_(2)O_(3)中丰富的酸性位点,与Pd/C、Pd/Al_(2)O_(3)、Pt/Al_(2)O_(3)等单效催化剂相比,本研究所制备的催化剂性能更优。采用响应面法对工艺条件进行优化并作回归分析,结果表明最优工艺条件为甲酸铵用量39%,催化剂用量2.35%,温度69℃,经验证该模型置信度良好。在此条件下的氢化变压器油脱色率和脱酸率分别达到98.1%和97.4%,主要电气性能恢复至国标新油水平。

变压器油中微水的激光散射测量技术

变压器油中微水是影响绝缘性能的重要因素,为了克服现有检测方法稳定性差、主观性强、使用条件严苛等不足,通过数字图像量化波长为650 nm的激光在油中形成的散射光柱灰度,结合米氏散射和瑞利散射理论特征,利用光强衰减、区间灰度像素统计等手段对比了变压器油的温度、颗粒度和微水含量(水分质量分数)等数据。研究发现:散射光强与微水颗粒的尺寸之间的关系为主导关系,但会受到油温度、颗粒度的干扰;油中温度升高会促使微水含量≤10×10^(−6)的微水颗粒合并为主导,而当微水含量(水分质量分数)>10×10^(−6)时,微水颗粒分解和合并逐渐达到平衡;油微水与光柱呈现明显的指数关系,通过调节数字图像灰度的敏感度,增加像素统计量匹配不同区间微水,可以降低数值波动,并给出了颗粒度和温度线性校准的实例。研究结果表明,所提方法能够实现变压器油中微水含量的测量,可用于油浸式变压器的油中微水检测。

气泡放电对变压器油流注放电的影响

以流体动力学为基础,建立了脉冲电压作用下含气泡的变压器油流注放电仿真模型。通过改变气泡的位置、大小及数量,研究了含气泡的变压器油的电场强度和空间电荷密度的变化规律。仿真结果表明,当击穿电压达到一定值时,由于气泡内部气体的积聚,气泡内部会形成电场梯度,从而产生内部放电现象。距离高压电极越近的气泡越先被击穿,放电进行的时间也相对更短;气泡的尺寸越大,变压器油流注放电的速度越缓慢;气泡的数量越多,流注放电时的电场越剧烈,放电持续时间越久,对变压器造成的伤害也越大。

变压器油中微生物的生长规律及污染控制措施研究

变压器油在贮存、使用和运输过程中易发生微生物污染,影响其品质和绝缘性能。本研究主要考察温度和湿度对变压器油中微生物生长的影响,分析变压器油处理前后的品质变化,识别变压器油的官能团结构和有机物种类,提出有效处理变压器油微生物污染的方法。结果表明:变压器运行油和故障油中均含有枯草芽孢杆菌、利用糖产酸的杆菌、利用糖产酸产气的杆菌和不利用糖产酸产气的球菌,故障油中的微生物数量远大于运行油,其中枯草芽孢杆菌数量最多;新变压器油中未培养出微生物。高温能够抑制变压器油中微生物的生长,当温度为60℃时,微生物不会完全灭活,一旦温度恢复至37℃,又重新开始生长繁殖。在37℃下,当油水质量比为99∶1、49∶1、19∶1和9∶1时,4种细菌均存在,且随着油水质量比升高,菌株数量增大。采用高压灭菌+分子筛粗滤+超滤的再生处理方法可使污染的变压器油变得清澈透明,且检测不到微生物的存在,再生油中主要含有O-H、C-H、C=O键和不饱和键。经过再生处理后,变压器油的击穿电压和体积电阻率分别由29.67 kV和5.70×10^(10)Ω·m升高至49.50 kV和4.68×10^(11)Ω·m,介质损耗因数由6.052%下降至0.215%,满足DL/T 1419—2015的指标要求。

基于拉曼光谱数据处理和谱峰识别的变压器油绝缘老化研究

针对变压器油的拉曼光谱分析通常受到噪声和荧光背景等的干扰以及谱峰位置难以识别的问题,提出了一种改进的数据处理和谱峰识别算法,用于变压器油老化评估时的拉曼光谱分析。提出一种自适应Savitzky-Golay滤波法,引入自适应窗口大小拉曼光谱数据进行去噪处理。采用改进的多项式拟合算法对去噪后的数据进行去除荧光背景处理,减小荧光背景对拟合结果的影响。通过数据点与期望的拉曼信号的接近程度为每个数据点赋予权重,以实现更准确的去荧光背景处理。利用谱峰识别技术判别变压器油的老化程度,采用大小两种尺度高斯窗口判别法来识别谱峰,并结合局部加权信噪比(local weighted signal-to-noise ratio,LW_SNR)来判断疑似拉曼谱峰的真实性。最后通过实验验证了所提算法在变压器油老化评估中的有效性。

基于膜脱气的光声光谱系统在线实时监测变压器油中溶解气体含量的方法构建

对变压器油中溶解气体含量进行快速实时监测可以有效对变压器潜在故障做出预警诊断,因此进行了题示研究。利用高透气性的Teflon-AF2400膜组件与高灵敏光声光谱检测器搭建了一套油中溶解气体在线监测系统,系统最短检测时间为2.5 min。构建了理论脱气模型并从气室体积、油温和油中常见变压器故障气体(CO、C_(2)H_(2)、C_(2)H_(4)、C_(2)H_(6)、CH_(4))体积分数角度论证了模型的准确度。模型可在20 min内实现故障气体脱气平衡体积分数的预测,缩小气室体积或升高油温,该时间还可进一步减小。当变压器油中故障气体体积分数急剧变化,20 min内所建模型所得的预测平衡体积分数和实测平衡体积分数的相对偏差小于7.0%。