基于端部漏磁场分析的集成式电机驱动系统在线匝间短路故障诊断

基于宽禁带器件的变频器具有高功率密度和耐高温工作的优势,通过小型化和轻薄化设计可以将变频器置于电机端盖与端绕组之间,构成结构紧凑的集成式电机驱动系统。该系统发生匝间短路故障时,短路绕组电流增大不仅会使电机内部温度升高导致电机绝缘性能降低,还将引起磁场变化影响变频器的正常工作。以一台1.5 kW的交流感应电机为例,搭建基于宽禁带器件的集成式电机驱动系统三维物理模型,利用数学解析法分析并计算匝间短路故障前后的端部漏磁场,并提取电机内端部印制电路板(printed circuit board,PCB)表面与轴心距离相等、机械角度相差45°的两点处磁感应强度在直角坐标系下椭圆曲线的离心率反映端部漏磁场的对称性,以此为特征指标判断电机是否出现匝间短路故障。仿真与实验结果验证了所提方法的正确性和有效性。

基于漏磁场和ICOA-ResNet的变压器绕组早期故障诊断

针对变压器绕组变形、轻微匝间短路故障诊断准确率低的问题,提出一种变压器绕组早期故障诊断方法。首先,利用ANSYS仿真软件建立与实验变压器相关参数一致的有限元模型,分析变压器在绕组发生各种故障的漏磁场分布规律,并根据这些规律选取合适的故障特征以及光纤漏磁场传感器安装位置。然后,通过改进长鼻浣熊优化算法(improved coati optimization algorithm,ICOA)寻找残差神经网络(ResNet)的最优超参数,以此参数构建ICOA-ResNet模型,将所得故障特征量输入模型进行故障诊断。最后,通过仿真数据和动模实验验证所提出的变压器绕组早期故障诊断模型的可行性。所提模型与支持向量机等4种模型相比,在绕组早期故障诊断上有更高的准确率,表明所提方法对变压器绕组变形、匝间短路故障诊断的有效性。

谐波条件下硅钢片磁特性及换流变压器漏磁场计算

谐波电流作用下,变压器铁心硅钢片的磁特性将发生劣化。本文作者提出一种考虑谐波条件下硅钢片磁性能及损耗性能的换流变压器漏磁场计算方法,给出了不同谐波下27ZH100型号硅钢片B-H特性及B-P特性曲线,基于该曲线对换流变压器在谐波作用下的漏磁场展开了计算,给出了不同谐波励磁下换流变压器油箱及夹件漏磁场分布及损耗值,为换流变压器漏磁场的分析提供了一个新的思路。

基于变压器绕组电路-漏磁场多状态解析模型的早期故障保护

针对变压器绕组变形、轻微匝间故障等早期故障现有的保护方案难以有效的保护,该文提出了一种以漏磁场为特征量的变压器早期故障诊断方法。根据三相三柱式变压器的结构特征建立漏磁场分布模型,结合变压器状态空间方程,建立起与物理变压器保持一致的电路–漏磁场多状态解析模型。利用物理实体与多状态解析模型之间漏磁特征的差异性,可以不受励磁涌流的影响,快速、灵敏的识别复杂工况时发生的轻微匝间短路和轴向绕组变形,并能够确定故障位置。

立体卷铁芯配电变压器在短路电流递进激励下的漏磁场及电磁力分布特性研究

随着新能效标准的发布,卷铁芯电力变压器因其具有节材、低损等突出优势已在电网中广泛使用。卷铁芯电力变压器对短路电流递进激励作用下的抗短路能力直接影响其安全稳定运行,因此准确计算该条件下卷铁芯变压器绕组的漏磁场以及电磁力对变压器的性能评估有积极意义。以1台10 kV~400kVA卷铁芯配电变压器为例,借助有限元模拟短路运行工况,建立变压器三维仿真模型,定量计算并对比分析了不同短路电流工况下绕组分别沿辐向、轴向和周向的短路漏磁场和电磁力分布规律,结果发现在多次累加短路电流(60%、80%、100%、120%)的工况下,变压器短路电流的改变将影响电磁力的辐向和轴向分布,当在120%短路电流激励下,最大轴向漏磁通和电磁力体密度分别达1.6T和1.15×10^(7)N/m^(3),且辐向和轴向的电磁力密度增幅均与短路电流增幅的平方呈正比例关系。该建模方法和分析结论为新型卷铁芯电力变压器抗短路能力评估以及能效的进一步提升提供了理论参考依据。

低频干式变压器漏磁场分析及杂散损耗计算

低频输电是一种极具优势的海上风电送出方式,低频输电系统电压变换的实现需要经过优化设计的低频变压器。变压器的漏磁场会在其金属结构件中产生杂散损耗,准确地评估变压器的漏磁场及其产生的杂散损耗对变压器的安全稳定运行具有重要意义。首先建立变压器的三维有限元模型,将变压器在50Hz工况下的杂散损耗仿真计算值和经验估算值进行比较,验证三维有限元模型的有效性。采用该模型计算变压器在50/3Hz低频工况下的漏磁场分布及杂散损耗,可为低频变压器的设计提供理论支撑。

油浸式变压器漏磁场及绕组短路振动分析

变压器是保障电网安全可靠运行的关键电磁设备,而短路电流引起的电动力和振动对变压器具有巨大的潜在危害。本文作者针对一台三相双绕组油浸式变压器,基于COMSOL软件计算了漏磁场分布以及绕组短路电动力;构建了高压绕组“质量块-弹簧-阻尼”模型,并采用Newmark-β法对绕组振动进行了计算。研究结果表明,高压绕组在高度1/4和3/4处的轴向振动最为剧烈,此位置是高压绕组发生短路时最容易受到损坏的位置,设计时应加强机械强度。

焊缝疲劳损伤自有漏磁场检测

焊缝受外部复杂交变载荷作用极易产生疲劳裂纹,进而引起焊接结构件破坏。文中使用隧道磁阻传感器对焊缝疲劳损伤过程自有漏磁场信号进行采集,得到不同疲劳载荷循环次数下检测信号波形及幅值变化特征,通过有限元仿真软件证实了检测结果的正确性。结果表明,裂纹萌生阶段,加载前后检测信号波形分布发生显著变化,随着载荷循环次数增加,信号波形及幅值在小范围内波动;裂纹萌生后,检测信号受裂纹处漏磁场影响信号幅值反向增大,裂纹扩展前期受裂纹长度及尖端张开角度限制,信号幅值增长缓慢;裂纹扩展中后期裂纹长度及尖端张开角度均快速增长,信号幅值也随之快速增大;断裂后磁场信号发生明显反转,可通过磁场极性改变判断是否发生断裂。研究结果为后续通过对焊缝疲劳损伤过程自有漏磁场检测分析,以判定其疲劳损伤状态提供了支撑。

基于C#的变压器绕组漏磁场仿真建模软件开发

以C#语言为开发工具,结合电磁场和变压器理论知识,开发了变压器绕组漏磁场仿真建模软件。以1台变压器绕组数据为例,建立其轴对称二维模型,验证此软件的工程应用有效性。

电力变压器三维漏磁场及铁芯拉板涡流损耗的计算

应用双标量磁位的表面阻抗法计算了一台电力变压器的三维漏磁场，将计算的漏磁通密度和铁芯拉板的最高温升与测量值进行了比较，结果能满足工程设计要求。分析了铁芯拉板的宽度、开槽数及变压器负载电流对拉板涡流损耗和最高温升的影响。

电力变压器漏磁场与杂散损耗计算的研究

针对电力变压器漏磁场和杂散损耗计算以及局部过热的问题,笔者采用三维非线性涡流场有限元方法对一台电力变压器进行了漏磁场及杂散损耗的计算与分析。应用MagNet有限元分析软件计算得到变压器油箱及夹件的杂散损耗及损耗密度分布,为了克服杂散损耗以及损耗密度过大引起的局部过热问题,对变压器采取屏蔽措施,并分析屏蔽对变压器杂散损耗、损耗密度以及漏磁场的影响。分析结果表明,通过实际变压器与TEAM Problem 21基准族模型验证了本文所采用损耗计算方法的计算值与测量值的误差在2%以内,从而验证了计算分析的正确性;采取屏蔽措施后变压器油箱和夹件的杂散损耗分别降低了38%和48.9%。

对接焊缝缺陷漏磁场特征分析及识别研究

为实现钢板对接焊缝存在不同类型缺陷的识别研究,针对铁磁性焊缝的特点,探讨应用漏磁法检测钢板对接焊缝不同类型缺陷。根据漏磁检测(MFL)原理,采用有限元方法(FEM),分别建立钢板对接焊缝中可能存在的裂纹、气孔、未熔合和未焊透等缺陷的三维FEM模型。研究钢板对接焊缝包含以上不同类型缺陷时所产生的漏磁场分布特征,得到漏磁场磁感应强度水平分量和垂直分量相关对比分析曲线。仿真结果表明:漏磁法适用于钢板对接焊缝缺陷的识别研究;根据漏磁场磁感应强度分量的曲线特征,能够实现对焊缝缺陷的分类。

轴向双分裂发电机变压器漏磁场及穿越短路阻抗计算与分析

由于轴向双分裂发电机变压器绕组结构复杂,其短路阻抗较难准确地计算。为此,以1台轴向双分裂发电机变压器为例,建立了漏磁场和等效电路模型,对其进行了3维和2维漏磁场分析。并采用漏磁链法和场路耦合方法进一步计算了不同工况下的穿越短路阻抗以及分裂支路电流分配问题,将计算结果与实验值进行对比分析。结果表明:对于短路阻抗的计算,采用场路耦合的3维有限元法比2维有限元法及漏磁链法更接近实验值,3维有限元法计算误差<2%,而漏磁链法最大误差达到了7.2%;与漏磁链法相比,3维有限元法能够更精确地计算变压器的漏磁场以及分裂支路电流分配问题。对分裂变压器短路阻抗的计算研究为分裂变压器的合理设计提供了参考依据。

漏磁场法测量油管壁厚的研究

在石油开采中 ,油管内壁杆状磨损和内外壁大面积腐蚀引起的壁厚减薄缺陷是造成油管失效的主要原因之一。本文提出了一种油管壁厚漏磁场测量方法 ,结果表明 ,该方法具有精度和灵敏度高、可在线测量等特点 ,为表面受油泥或其它非导磁性材料覆盖的旧油管的现场检测提供了新的方法与手段。

大型电力变压器三维漏磁场与结构件损耗的时域分析

提出了一种数值解与解析解相结合的材料均匀化处理方法,采用时域分析的方式,计算了正弦激励下非线性各向异性的叠片铁心中的三维漏磁场及结构件的损耗。以TEAM Problem 21C-M1模型为例,通过损耗的计算值和测量值的对比,验证了该方法的正确性。并将该方法应用于1台DFP-380 MVA/500 kV单相电力变压器的数值计算中,结构件损耗的计算误差为6.166%。该方法在保证工程精度的前提下减小了计算规模,使得大型电力变压器结构件损耗的准确计算成为可能。

漏磁场法在线定量检测钢丝裂纹的研究

本文介绍了钢丝裂纹定量检测仪的工作原理及其组成。利用计算机辅助检测技术实现裂纹的准确定位和定量评价。该检测仪可应用于表面受油泥或其它非导磁性材料覆盖的钢丝的在线连续定量检测。

大型变压器漏磁场及特性参数的工程仿真软件研发

介绍了大型变压器漏磁场及特性参数工程仿真软件的研发。

钢管相邻缺陷漏磁场相互影响的分析

实际工况中的管道缺陷是非常复杂的,用物理试验的方法研究各种缺陷漏磁场的变化规律有一定的难度。该文针对油气管道常用的钢管缺陷产生的漏磁场建立了三维有限元模型,采用有限元方法计算了几种相邻缺陷的漏磁场模型,给出了计算结果,并分析了各种相邻缺陷对漏磁场信号的影响。结果表明当相邻缺陷的中心线与磁场方向平行时,对缺陷漏磁信号的影响最小;组合型的缺陷对漏磁信号的影响最大。

移相整流变压器漏磁场及电磁参数的工程算法

针对油浸式移相整流变压器具有轴向分裂与并联支路等的复杂绕组结构,首先,利用有限元场-路耦合方法建立了绕组三维漏磁场计算模型和相应的等效电路,并对非对称运行情况下的绕组三维漏磁场、各支路电流分布、短路阻抗等电磁特性参数进行了数值计算与验证分析,由此得到了移相整流变压器的电流分布规律;然后,在此基础上为移相整流变压器建立了有限元工程计算模型,并开发了对应的计算软件;最后,通过对多台典型产品绕组漏磁场及短路阻抗的计算结果与对应产品的实测值或三维计算结果的对比分析,表明绕组漏磁场分布正确、短路阻抗计算结果满足产品性能要求,因此,为移相整流变压器设计提供了方便、可靠的工程分析手段。

管道漏磁内检测的管壁缺陷漏磁场解析模型

漏磁内检测技术是长输油气管道缺陷检测的主要手段,缺陷几何特征识别对管道安全运行评价具有重要意义。基于二维磁偶极子模型,建立管道内壁缺陷漏磁场空间分布的三维解析模型,对磁化方向垂直缺陷时磁荷产生漏磁场的变化规律进行研究;基于内壁解析模型,引入管壁退磁影响因子,对模型进行补偿,建立管道外壁缺陷漏磁场三维解析模型,得到了管道外壁不同缺陷漏磁场的分布特征。搭建漏磁检测实验平台,对所建模型有效性进行实验验证。结果表明,管壁对外壁缺陷漏磁场具有一定屏蔽作用,实验结果和理论分析具有很好的一致性,所建模型可有效描述管道内外壁缺陷漏磁场空间分布特性,对缺陷识别和定量评估具有一定工程指导意义。