矿用干式变压器故障诊断和寿命预测技术现状及展望

干式变压器故障诊断技术通过对监测数据进行分析,能够实现信号特征提取、故障诊断、状态评估和寿命预测,提高干式变压器在井下运行的安全性,降低由于故障带来的损失。文章介绍了信号特征提取方法(频率响应法、小波变换法、堆叠自编码器)、故障诊断方法(贝叶斯网络、支持向量机、BP神经网络)、状态评估和寿命预测方法(交叉熵组合预测法、灰色理论、层次分析法)的研究现状,将几种方法进行对比,并对干式变压器故障诊断技术进行展望。

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。

66kV干式变压器在海上风电机组的应用

介绍了海上风力发电机组正逐渐向大功率、66kV集电方案发展的现状,风电机组中的升压变压器需要适应行业发展,匹配风电机组需求,提升单台变压器容量和电压等级。基于15400kVA大容量、66kV高电压等级干式变压器这一新产品需求,仿真分析及设计制造了一台干式变压器样机,结果一次性通过了产品测试。从运行维护、故障处理和可靠性等各方面进行对比,比较得出油浸式升压变压器和干式升压变压器在海上风电机组应用的优劣势,提出风机厂商可以结合实际需求,选用油浸式变压器或干式变压器。

核电站用1E级干式变压器应用与鉴定研究

探索核电站安全系统中所用1E级干式变压器的标准体系、质量鉴定程序以及鉴定工作的关键技术,从而提高核电项目的设备国产化水平。1E级干式变压器作为核电站安全系统中的重要设备,在核电站的正常运行和安全性方面扮演着重要角色。然而,目前我国多种核电技术路线并存,因此需要针对不同核电堆型中的1E级干式变压器多次进行相应的研究和鉴定。为了减少供货周期和鉴定成本,分析了各核电技术路线中1E级干式变压器主要的技术参数和特点,包括额定容量、额定电压、抗震要求等,并结合各技术路线的标准体系,提出了1E级干式变压器的一般鉴定程序,给出了鉴定样机参数选择的包络性建议。在鉴定过程中,老化试验是非常重要且耗时最长的环节之一。提供了从原材料、绝缘结构模型到整机的整体验证思路,并提供了测试验证的实例作为参考。同时,针对鉴定中最关键的抗震试验,从楼层反应谱包络性、联合抗震接口等方面进行了论述,并给出了降低抗震风险的建议。通过以上关键技术的研究,提高了1E级干式变压器鉴定试验的严谨性和通过率,降低了鉴定过程中的风险。并通过采用先进的标准体系和质量鉴定程序,可以确保1E级干式变压器在核电站安全系统中的可靠性和稳定性,进而促进核电项目的国产化进程。

一起35kV干式变压器接线柱炸裂事故分析

1事故经过2023年12月19日,笔者工作辖区一台ZQSCB-2750/35型35 kV干式变压器,因变压器室屋顶漏水,变压器铁芯受潮,高压侧端头对地放电,高压侧外表面拉弧放电,变压器高压绕组分接抽头处及绕组绝缘树脂均不同程度电弧灼伤,同时高压电缆U相和W相接线柱炸裂。

风冷干式变压器的热仿真分析及优化

对绕组温升和热点温度的有效预测与分析,是确保干式变压器安全、稳定运行的重要前提。模拟了一台8000 kVA干式变压器在强迫风冷条件下的温度场分布情况,并通过风冷温升试验验证了仿真结果的准确性及可靠性。在此基础上,讨论了模型简化方法和结构优化设计对温升模拟结果的影响规律并进行了误差分析。结果表明,所采用的数值仿真方法能够有效地预测变压器的温度分布规律,可为此类变压器的设计、优化和评估提供参考依据。

37kV环氧树脂干式变压器设计与分析

根据干式变压器损耗和绝缘等级等要求,提出一种绕组各层匝数非均匀分布的新型37 kV环氧树脂干式变压器结构。该新型结构铁芯采用长圆形截面45°全斜五步进错位搭接结构;低压绕组共四层,内三层各一匝铜箔,第四层三匝铜箔;高压绕组共两层,每层12段。采用ANSYS Maxwell和ANSYS Fluent分别对干式变压器进行电磁场、温度场的仿真分析,得到干式变压器铁损曲线和温度分布云图。仿真结果表明干式变压器的空载损耗为4.5561kW,在室温、额定工况不开风机运行时温升为95K,以15%的过载系数在室温开风机运行时温升为87K,经验证该结构完全满足空载损耗8 000W和F级绝缘等级的要求。

基于LSTM-GMM的配电干式变压器绕组故障双参数预警模型

针对配电网干式变压器监测手段有限导致的监测数据种类较少、故障预警难度较大的问题,提出了一种基于长短期记忆结合高斯混合模型(long short-term memory and gaussian mixture model,LSTM-GMM)算法的配电网干式变压器绕组故障双参数预警模型。首先,将监测数据预处理后提取与变压器绕组温度强相关的特征值,作为LSTM网络的输入;然后对LSTM网络超参数调优,以绕组温度为目标进行网络训练;通过训练后网络输出的预测值计算得到残差集,使用GMM确定残差集的概率密度分布,以置信区间作为故障判据划分预警等级;最后将预警等级转化为故障率。北京益丰园居民区干式变压器绕组故障数据分析的结果表明,本文所提出的双参数预警模型预测效果优于反向传播神经网络等算法,可提前3 h实现故障预警。

环境友好型干式变压器用绝缘材料的发展与面临挑战

目前干式变压器用绝缘材料存在不可降解、难以回收利用等问题,与我国经济社会的“绿色”“低碳”发展战略目标相矛盾,亟需开展环境友好型干式变压器的研发与应用。为了解决这一问题,研究人员正在探索2种主要的技术路线:一是开发可降解回收的环氧树脂,尽管需要克服性能和热稳定性的挑战,但通过分子结构的创新设计,有潜力提升其应用性能;二是使用硅橡胶等可降解材料作为替代品,硅橡胶因其优异的耐温性、绝缘性和可回收性而成为有前景的选择,尽管其电气和机械性能需要进一步增强以满足工业需求。目前,硅橡胶在干式变压器中的应用研究还不够充分,特别是其长期运行的可靠性和耐久性仍需验证。展望未来,环境友好型干式变压器的研发将集中在开发安全、稳定、长寿命的材料,并提高其可回收性,以更好地符合我国的发展战略。实验室条件下虽然已经实现了材料的降解回收,但在实际应用中,性能和效率的提升仍然是关键;因此,优化回收技术、降低成本、提高回收效率将是电工绝缘材料领域可持续发展的关键方向。

三相立体卷铁心干式变压器磁-流-热耦合仿真分析

卷铁心变压器的铁心制造和结构不同于普通叠片铁心变压器,磁路和电磁性能有特殊性。建立三相立体卷铁心干式变压器电磁-温度-流场耦合仿真模型,仿真分析变压器额定运行时的磁场和电流,计算相应状态下变压器各项损耗,将计算出的损耗映射到温度场和流体场,采用Icepak软件对变压器进行磁-流-热耦合仿真分析,得到立体卷铁心变压器铁心和绕组温度场分布。结果表明,有夹件较无夹件时使变压器各组件温度升高。三相立体卷铁心变压器磁场、损耗、散热、温升的耦合分析,对变压器的性能分析、优化设计和运行维护及数字孪生技术发展有重要意义。

谐波下干式变压器铁心磁场-温度场仿真分析

为了更加准确地研究干式变压器铁心磁场和温度场分布,分析不同激励对干式变压器铁心磁场损耗和热点温升的影响,首先使用Maxwell计算了干式变压器瞬态磁场分布,得到空载条件下铁心磁场损耗。在此基础上提出了一种三维干式变压器磁场-温度场耦合计算方法,将磁场损耗耦合至Fluent作为温度场计算的热源,采用流固耦合的方法计算干式变压器温度场分布,获得铁心热点温度和位置。最后,基于上述方法对谐波下变压器铁心的磁场和温度场进行计算,分析了谐波次数和谐波含有率对干式变压器铁心损耗和温升的影响。所研究内容为谐波下变压器铁心温升监测提供了参考。

基于MSPBO的干式变压器优化设计

针对目前变压器优化设计方法存在设计周期长、设计成本高和效率低等问题,采用一种基于改进学生心理学优化算法(SPBO)优化设计方法,通过引入退火算法准则等针对SPBO算法弱点改进。以SCB10-1600/10节能型干式变压器(干变)作为优化设计对象,从降低干变主材成本角度出发,分别应用SPBO和改进SPBO(MSPBO)对干变进行优化设计。实例优化结果表明,SPBO和MSPBO均能有效降低干变主材成本并改善其性能参数。与原SPBO相比,MSPBO优化效果更佳,寻优速度快,寻优空间大;与人工设计方法相比,主材成本节约9.19%,损耗降低3.67%。

10kV智能干式变压器设计浅析

针对10kV干式变压器运维智能化较低的现状,本文作者将传感器和变压器融合设计,形成三种差异化智能配置方案,实现变压器的运行状态和运行环境信息采集。使用基于拉依达准则的野点剔除和基于滑动窗的平局值滤波对绕组温度和铁心温度信号进行预处理,以消除传感器的随机误差和粗大误差,在变压器或运行环境异常时发出告警信号和联动控制信号,并能实现剩余寿命的预测,最后通过云平台实现干式变压器的集中统一管理,提高运维效率和故障响应速度。

6 kV干式变压器接地短路故障原因分析

根据干式变压器接地短路故障现场勘查情况、故障波形特征、试验结果及其他相关资料,分析干式变压器A相连杆对进线电缆屏蔽层放电引发接地短路的故障原因。针对故障原因,从干式变压器设计、制造、运维等方面给出了改进建议。

一种干式变压器搬运机器人多传感器融合地图构建方法

为了实现电网系统中干式变压器精准搬运及放置,提出了一种基于多传感器融合构建地图的方法。对惯性测量单元、二维激光雷达、红外传感器进行数据融合,构建配电房室内外环境的二维栅格地图,以实现干式变压器机器人的定位、导航和避障。仿真结果表明,文章所提方法是可行的。

张紧力对树脂浇注干式变压器温升影响的温度场仿真分析

本文采用ANSYS温度场仿真软件分析5种绕制张紧力作用下变压器绕组的最高温升值和平均温升值,探讨了绕组张紧力对绕组温升的影响规律。结果表明:绕组绕制张紧力对高低压绕组温升产生影响,且对低压绕组温升影响大,对高压绕组温升影响小。铜导体处于弹性变形时,对高低压绕组温升影响小;铜导体承受的应力值超过屈服极限应力时,对高低压绕组温升影响显著增强。这一研究对变压器绕组的绕制工艺改进和绕组温升设计具有重要的工程实用价值。

基于有限元的干式变压器散热结构优化设计

采用有限元法对容量800 kVA的10 kV干式变压器建立三维对称仿真模型,仿真计算了变压器的温度场和空气流体场的分布,并分析了不同结构参数下散热板对变压器温升的影响,为干式变压器的散热优化提供支持。

基于机器视觉与听觉响应的干式变压器状态智能诊断方法

为提升干式变压器的状态监测与故障诊断能力,提出了一种新的整合机器视觉与听觉响应的变压器状态诊断方法。首先,通过目标检测算法对干式变压器的潜在故障位置进行识别监控,获取其位置信息;其次,整合延迟求和波束成形算法计算其潜在故障位置的声学信息,利用该声学信息实时监控变压器是否出现放电缺陷;最后,对于无法快速诊断的机械故障,利用听觉外周模型获取听觉谱,依据其声音信号的特征频段,设置各特征频率获得多特征频率听觉谱,通过卷积神经网络进行变压器故障类型识别。实验结果显示,所提的方法在噪声情况下的变压器状态识别准确率仍高达87.51%,优于其他对比的时频域特征提取方法。故所提方法能较准确地诊断干式变压器状态,并且具备良好的抗噪性能,有效补充了当前变压器的监测手段。

基于多传感器的干式变压器故障诊断系统设计

为实现对电力系统中的干式变压器的状态监测及早期故障诊断,结合声发射传感器、温度传感器、湿度传感器等多类传感器对干式变压器进行状态监测和故障诊断,开发一套基于LabVIEW的干式变压器故障诊断系统。针对声发射、温度、湿度等数据,采用基于金豺优化算法的变分模态分解方法,提取出数据趋势,根据趋势的变化规律识别出潜在的早期故障;针对高采样率的声发射数据,采用基于多尺度Teager能量算子(TEO)的特征提取方法,提取出早期故障的微弱特征。仿真和应用表明,系统对信噪比为-10 dB左右的微弱早期故障信号具有优越的识别和诊断能力。系统的优点是结合声发射对材料劣化的敏感性和趋势及微弱特征分析方法,可在故障早期进行预警,而无须完全依赖指标阈值。

干式变压器铁芯振动特性的研究分析

干式变压器是电力系统中常用的重要电气设备,对电力系统的稳定运行具有重要的影响作用。干式变压器中的主要组成部分包括铁芯及绕组,由于磁致伸缩效应及电磁力的作用,使得变压器在工作过程中存在一定的振动,不利于变压器的稳定使用。针对干式变压器铁芯的振动特性采用有限元仿真计算的形式进行分析,建立变压器多物理场耦合分析模型,在不同的电压下对变压器的磁场分布及振动位移进行分析。结果表明,变压器空载状态下随着电压的增加,其内部的磁场密度及振动位移随之增加,且呈现一定的周期性,容易引发变压器的故障。