换流变压器电热耦合数值计算方法综述

换流变压器故障率显著高于普通电力变压器,电磁、流-热多物理场耦合下绝缘老化是影响其安全可靠运行的首要原因。聚焦于换流变压器电磁场与温度场,研究了面向换流变压器复杂结构的电磁、流-热多物理场耦合机制,对当前换流变压器在交直流复合电压与极性反转电压下的电场数值计算,计及离子迁移模型的电场数值计算,考虑非正弦电流的磁场及损耗数值计算,考虑流-热耦合和电磁-流-热耦合的温度场数值计算等方法进行归纳总结,展望了多物理场耦合的研究趋势,指出空间和界面电荷对于换流变压器油纸绝缘体系电场分布的影响,温度场对绝缘材料性能参数的影响,温度场与流场更全面的耦合与损耗计算是未来研究的重点方向。这些研究成果的总结可为实现各物理场分布的精确量化,进而对换流变压器的前期设计优化和后期高效运维提供参考和借鉴。

特高压换流变压器压力释放阀布置方式

换流变压器油箱破裂及爆炸起火事故严重威胁电力系统安全稳定运行,压力释放阀在电弧故障期间通过泄放超压保护设备。通过分析故障期间瓦斯气泡脉动机理,建立压力释放阀动作条件、换流变压器内部电弧故障油压升高理论模型及其数值计算方法。以1台实际的500kV特高压换流变压器为研究对象,开展数值仿真研究,得到不同压力释放阀布置方式下的故障油压变化特征。仿真结果表明:换流变压器发生内部电弧故障时,其内部故障油压在空间上分布不均,压力释放阀布置方式对其安装位置附近的压力泄放影响较为明显,而对其余位置超压影响较小;优化换流变压器压力释放阀布置位置可有效降低电弧故障期间油压峰值。

换流变压器内部电弧故障超压仿真研究

换流变压器内部电弧故障将引起油箱内部油压骤升,可能导致油箱破裂甚至严重的爆炸起火事故,严重威胁电力系统安全稳定运行。本文以实际的500 kV特高压换流变压器为研究对象,基于ANSYS平台进行多场耦合数值仿真计算,得到不同故障条件下换流变压器内部超压的时空分布特征。仿真结果表明,设备内部电弧故障期间瓦斯气泡动态增长,油压随瓦斯气泡脉动而骤升并表现出明显的波动特征,换流变压器本体内部油压空间分布不均。本项研究对于换流变压器减压防爆、结构优化具有一定的参考意义。

一起低端换流变压器油中缓慢产生乙炔故障分析

本文作者分析了一起低端换流变压器运行中产生乙炔气体的故障,介绍了现场检查情况,分析认为铁心紧固件松动是引起故障的原因,提出了现场维修理方案并实施,最后消除了故障。

面向柔直换流站高频谐振问题的换流变压器建模与参数辨识

围绕张北柔直康保站空母线高频谐振问题,重点研究换流变压器在高频段呈现的阻抗特性与建模方法,并应用于模块化多电平换流器(MMC)空母线高频谐振问题的分析。首先介绍换流变压器的高频特性,建立考虑电容效应的换流变压器高频等效模型;其次基于康保站换流变压器实测的频率响应数据,利用改进鲍威尔算法反演计算得到换流变压器的高频等效模型参数,并与实测数据进行对比,校验换流变压器关键参数并确定模型适用范围;再次分析换流变压器等效电容参数对其高频阻抗的影响规律;最后基于换流变压器高频等效模型,仿真复现康保站MMC空母线高频谐振现象,验证了所建换流变压器高频等效模型的准确性以及对研究MMC空母线高频谐振的重要性。

基于感应能量的换流变压器剩磁测量方法研究

铁心中剩磁较多时会引起较大幅值的励磁涌流,导致换流变压器保护装置烧毁或误动作,严重影响其正常运行。为了消除剩磁对换流变压器的影响,本文从换流变压器感应线圈一侧的感应能量变化着手,提出了一种基于感应能量的换流变压器剩磁测量方法,其目的是在对换流变压器施加外部激励的基础上,以换流变压器感应线圈一侧产生的能量变化为计算基础,通过拟合感应能量与换流变压器铁心剩磁关系式对其铁心剩磁进行计算。研究所提出的方法执行简便,操作性强,对换流变压器的影响较小,能够为换流变压器剩磁的测量与消除提供理论依据。

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。

基于变权—靶心贴近度的换流变压器状态评估方法

针对换流变压器状态评估中的数据匮乏以及各评价指标间的相互中和等问题,提出一种将变权理论和靶心贴近度相结合的换流变压器状态评估模型。首先,考虑到实际案例中指标的动态发展,采用变权模型根据指标量的劣化程度进行变权处理;其次,为了达到降低数据需求并能准确评估换流变压器状态的目的,采用靶心贴近度模型确定换流变压器对各个状态等级的贴近度;最后,采用隶属度函数将靶心贴近度转化为隶属度并计算换流变压器最终状态情况。实际案例表明:文中提出的状态评估模型不仅能够有效地评估换流变压器的健康状态而且同样适用于电力变压器,在保证评估准确率的前提下,数据需求小,评估过程简单直接,具有实用价值与参考意义。

换流变压器结构件涡流损耗的计算与分析

针对换流变压器漏磁场引起的结构件(夹件、油箱)损耗及局部过热问题,提出一种快速计算换流变压器夹件和油箱漏磁场及损耗的方法,给出了夹件及油箱漏磁场及损耗的计算原理及数学模型;开展了换流变压器夹件及油箱漏磁场及损耗的有限元计算,并在三维涡流场下对换流变压器夹件和油箱的漏磁场及的损耗展开了分析,将解析法与有限元法进行了对比;最后,对换流变压器的空载电流、磁感应强度以及负载损耗进行了实验,验证了有限元方法的正确性,并间接验证了所提方案的可行性。

基于小波能量占比与时序预测的换流变压器机械状态智能诊断技术

换流变压器运行过程中其内部绕组承受交直流电压的共同作用,导致振源振动响应非常复杂。为关注换流变压器在长期振动作用下的机械状态变化,文中首先基于换流变压器绕组振动机理及其振动特性开发了振动在线监测系统,针对现场某换流变压器的振动信号进行了长期带电监测,并提取了不同时刻下振动信号的小波能量占比,最后以小波能量占比等振动特征组成的时间序列作为数据样本,结合时间序列预测模型提出了适用于现场换流变压器的机械状态智能诊断技术。分析结果表明,振动在线监测系统在现场能够对换流变进行长期带电监测,小波能量占比特征量可以在一定程度上反映换流变压器的运行规律和内部机械状态。通过时间序列预测模型对小波能量占比序列的处理,最终得到的预测值与期望值达到了较高的相似度,为现场换流变压器的状态评估和潜在缺陷诊断提供了更加及时、有效的技术途径。

特高压换流变压器匝间短路故障建模与仿真

近年来,特高压换流变压器内部短路故障导致的爆炸起火事故接连发生,严重威胁电力系统安全稳定运行。本文以±800 kV特高压换流站典型单相四柱式换流变压器为研究对象,基于ANSYS Maxwell和Simplorer平台开展绕组匝间短路故障建模仿真,研究不同故障条件下绕组漏磁、短路环流及电弧故障能量的变化规律。结果表明:伴随匝间短路发生,换流变压器内部大量横向漏磁破坏绕组正常纵向磁通分布,短路匝环中出现高幅值故障环流。1.98%匝间短路漏磁峰值达2.76 T,短路环流峰值达80.59 kA,四个周波内释放能量1.22 MJ。根据安匝平衡规律,短路匝数越多,环流幅值越小,而电弧电压随电弧长度单调增加,总体而言电弧能量与短路匝数呈正相关。此外,由于漏磁畸变引起的漏电感差异,靠近绕组中部的匝间短路故障更为严重。

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。

基于AR技术的换流变压器阀侧套管局部高温故障多点红外预警方法

为保证换流变压器安全与稳定运行、及时发现套管内部由于放电引起的局部过热问题,研究了基于AR技术的换流变压器阀侧套管局部高温故障多点红外预警方法。考虑换流变压器阀侧套管的材料性能,以设备在实际工作状态下的正常温度变化为条件,根据套管的电流冲击变化形式,描述其温度场分布类型。基于AR技术构建三维虚拟空间,在摄像机三维跟踪过程中,转换现实场景中的被测物体信息,注册套管实时温度网。利用红外测距生成换流变压器阀侧套管温度直方图,以融合特征算法增强温度特征,对局部高温目标点定位,预警故障的具体位置。实验结果表明:本文方法能够在AR技术下对换流变压器阀侧套管进行场景转换,并在局部空间内标记出高温故障点位置,通过红外温度数据完成及时预警,具有应用效果。

一种换流变压器网侧出线装置试验用成型绝缘件新型制作方法

本文主要介绍了一种换流变压器网侧出线装置试验用新型成型绝缘件制作方法,该方法用于制作换流变压器网侧出线装置单独试验用的均压管,通过两次试制,提出一种可行的工艺制作方法。

换流变压器有载调压开关防爆试验研究与分析

为研究有载调压开关的防爆能力,以换流变压器有载调压开关为研究对象,搭建了有载调压开关的防爆试验系统。在开关内部设置了一对电极,当试验大电流通过电极之间的细小铜丝使其发生熔断后,电极之间形成电弧通道。通过调整电弧电流、电弧间距、燃弧时长,从而获取了不同故障能量并测量了在此能量下的开关内的压力。计算并对比了在对应能量下开关油室的压力。试验研究表明:①开关的防爆能力有限,建议提高开关盖板强度,结合爆破膜对开关进行防爆;②为避免随着电弧能量增大使弧压变化过大,建议减小电极间距;③为避免电极烧蚀,建议使用比热容小、熔点低的材料,为保证电弧稳定,建议将电极改为半球形之间。

基于单体平衡法的换流变压器局部放电抗干扰能力与传播特性研究

在换流变压器现场交接或诊断性试验中,局部放电检测是用来判断内部绝缘结构是否完好的关键试验之一,但其易受周期性窄带干扰。本文建立了换流变压器阀侧绕组的分布参数仿真模型,提出了基于单体平衡法的局部放电检测方法,通过周期性窄带干扰信号、局部放电信号及其混合信号的仿真计算,验证了其能够准确检测局部放电信号,且对噪声干扰具有良好的抑制效果。基于此方法,本文开展了局部放电信号的传播仿真计算,通过改变施加在绕组上局部放电脉冲信号的位置,得到了不同位置信号的传播波形,分析了局部放电电源放置位置变化对输出波形特性的影响规律。计算结果表明本文提出的单体平衡法具有抗干扰能力强、局部放电脉冲信号检测准确的特点,为工程应用提供了更加丰富的理论依据。

换流变压器绕组辐向非线性振动模型与分布特性研究

换流变压器辐向上网侧-阀侧-调压绕组多层绕组结构紧密连接,结构间会产生耦合振动效应,从而影响箱体振动响应特性。目前绕组辐向结构耦合振动理论并不完善,相关振动模型不能有效解释绕组振动时多频响应现象。为解决上述问题,本文考虑绕组振动产生-传递途径中结构耦合作用,将耦合振动过程简化为简谐载荷激励作用下的拱形绕组振动问题,进而提出绕组辐向耦合振动非线性振动模型,利用多尺度方法推导耦合振动加速的数学表达式,并通过理论分析与试验证明模型的正确性。研究结果表明:50 Hz工频电流激励下,绕组振动主频集中于100 Hz,在结构耦合作用下出现200 Hz、300 Hz等多倍频谐波分量,还存在少量150 Hz、250 Hz等50 Hz奇数倍谐波成分。研究结论为换流变压器振动检测技术、结构减震降噪设计等工程应用提供理论参考。

换流变压器铁心夹件接地电流谐波特性分析

为了解决仅依据接地电流的全电流值无法准确有效判断换流变压器的检修状态问题,以及更深入探究换流变压器铁心、夹件接地电流的特性,采用汉宁窗插值快速傅里叶变换算法对采样信号进行谐波分析,得到接地电流基波和2~50次谐波的幅值及含有率。对比分析基波与全电流的变化趋势,以及不同时刻接地电流的全电流、基波、谐波数据,得到谐波幅值变化幅度,进一步揭示换流变压器铁心、夹件接地电流值过大和跳动的问题,为判断换流变压器铁心、夹件接地电流状态与变压器运行状况提供新的思路。

基于响应面法的换流变压器励磁涌流峰值快速计算分析

为解决传统数值法和软件仿真法求解变压器励磁涌流存在模型参数固定、效率低下等问题,提出将响应面拟合计算方法运用在换流变励磁涌流的计算中,实现考虑到主心柱在不同剩磁的条件下的励磁涌流峰值随合闸角变化的高效计算分析。理论分析变压器励磁涌流的产生机理,提取出关键影响因素,采用参数建模建立换流变压器模型,通过响应面试验设计拟合绕组初始电流、合闸角和励磁涌流峰值之间的响应面模型,并验证响应面的精度。研究成果可为变压器励磁涌流快速计算分析、电力变压器数字孪生技术提供技术参考。

特高压换流变压器乙炔体积分数异常增长原因分析及防范措施

对某特高压换流站低端换流变压器乙炔体积分数异常增长现象进行分析。分析低端换流变压器的油色谱数据、铁芯接地电流及夹件接地电流、负荷、温度与有载分接开关的动作情况,并与高端换流变压器进行对比,确定了故障类型,明确了乙炔体积分数异常增长的原因。最后提出了相应的防范措施,以保证特高压换流变压器安全运行。