轻量化动车组车载牵引变压器的研制

车载牵引变压器是动车组单体最重的电气设备,其轻量化有助于动车组节能降耗与运输效率提升。现有车载牵引变压器均为油浸式,干式变压器是其轻量化的主要方案,但目前干式变压器采用的环氧树脂绝缘易开裂、散热无法满足要求。为此,以具有良好力学性能的硅橡胶为基体材料,首先通过温升分析研究绝缘材料热导率需求,然后制备样品开展实验,以电学性能和力学性能为约束条件研究绝缘材料导热性能改进方法,进而研究车载牵引变压器轻量化设计方法,最后依据研制的绝缘材料与轻量化设计方法,设计并研制了一台容量为250 kVA的小型轻量化车载牵引变压器样机。结果表明:制备的高导热硅橡胶复合绝缘材料性能满足干式车载变压器对绝缘和力学性能的要求;研制的小型变压器样机质量为780 kg,相比同容量油浸式车载牵引变压器质量减少了46.2%,经试验测试得在额定条件下样机的热点温度值为167.68℃,满足车载牵引变压器运行需求。

干式车载牵引变压器绕组区域动态温度计算模型

干式车载牵引变压器质量轻、安全系数高,但其内部热场随运行环境及负荷状态频繁波动。为实现干式车载牵引变压器绕组动态温度的快速计算,基于热电类比原理搭建分布式动态热网络拓扑结构,并借助CFD模型开展仿真试验,探究运行参数和风道尺寸对散热性能的影响,提出风道出口温度计算方法;基于干式车载牵引变压器绕组温升试验平台,验证动态温度计算模型的有效性。结果表明:针对不同结构参数和时变运行场景,所建绕组动态温度计算模型均能准确获取绕组区域温度分布及动态变化情况,相比CFD数值仿真节省99%以上的时间成本,有助于干式车载牵引变压器热容量的合理规划和设计效率的进一步提高。

基于隐马尔科夫模型的牵引变压器油纸绝缘剩余寿命预测

为考虑动车组车载牵引变压器油纸绝缘老化状态对剩余寿命的影响,本文采用油中溶解气体含量作为反映油纸绝缘老化的特征参量,由于油纸绝缘老化过程中具有动态特性,依据油纸绝缘老化状态与特征参量之间对应的隐藏状态与观测状态建立隐马尔科夫模型。首先通过贝叶斯信息准则确定隐藏状态数目,利用k-Means算法对观测序列进行聚类处理。在此基础上,利用Viterbi算法对观测序列进行状态识别进而确定油纸绝缘老化状态,最后结合比例风险模型确定可靠度函数。通过CRH2型动车组车载牵引变压器油中溶解气体在线监测数据验证模型的准确性,最终得到油纸绝缘的剩余寿命与实际寿命基本相符,从而可为后续制定牵引变压器维修策略提供理论参考。

实际工况下机车牵引变压器铁心损耗模型建立与验证

为实现电力机车牵引变压器的精细化设计,降低产品设计中的冗余量,提高产品的效率减小体积,需要准确预估机车牵引变压器在实际工况下的损耗特性。本文首先模拟牵引变压器实际工作状态,对谐波交变磁化下牵引变压器用电工材料电磁特性的模拟展开研究工作。通过测量牵引变压器实际工作时的电磁特性曲线,分析铁心材料的电磁特性。然后通过对磁化角度和谐波次数的非线性关系研究,建立基于损耗模型系数的磁化角度变系数方程,提出谐波损耗非线性修正系数,进而提高机车牵引变压器损耗模型计算精度。

市域列车牵引变压器声辐射特性与降噪措施分析

为了研究牵引变压器对市域列车车内噪声的影响,建立了牵引变压器电磁场-结构力场-压力声场的多物理场耦合模型和车内噪声仿真模型,分别通过变压器辐射试验和车内噪声试验验证了牵引变压器和车内噪声仿真模型的有效性。牵引变压器噪声仿真模型考虑了铁心材料的各向异性与磁致伸缩的非线性,车内噪声仿真模型考虑了车体结构特征。为了降低变压器对车内噪声的影响,根据牵引变压器辐射噪声产生机理与现场试验结果,从变压器的结构与电磁参数两方面提出了降噪措施。基于所建立的变压器和车内噪声仿真模型,对降噪措施进行了仿真分析。研究结果表明:铁心刚度增加60%与磁通密度降低10%的降噪方案,降噪效果最明显,车内噪声总值分别降低了8.2 dB(A)与4.4 dB(A),且降低铁心磁通密度在50~5000 Hz内对噪声均存在抑制作用;夹件垂向刚度与夹件横向刚度分别增加80%与60%的降噪方案,也可有效降低牵引变压器辐射噪声总值,但仅能抑制一定频率范围内的噪声。

基于自抗扰解耦的电力电子牵引变压器整流级直接功率控制

【目的】为改善电力电子牵引变压器(PETT)整流级在传统dq电流解耦双闭环控制下抗干扰能力差、对参数变化敏感、谐波含量高等问题。【方法】通过对直接功率控制(DPC)的解耦方式进行改进,提出了一种无需系统角频率和电感参数基于自抗扰控制(ADRC)的功率解耦控制器。最后,在Matlab/Simulink中搭建模型进行不同工况的仿真分析。【结果】仿真结果表明新型控制策略较传统控制策略网侧电流THD值减少5.38%,等效电感突变时电压跌落值减少48 V,电压频率偏移时电压跌落值减少14 V,新型控制策略在负载突变和负载不平衡工况下具有较好的平衡控制效果。【结论】该控制器通过解耦实现了有功功率和无功功率精确且独立的控制。仿真结果验证了所提控制策略的合理性与有效性。

基于知识和数据的牵引变压器状态评估系统

为提高牵引供电关键设备态检修能力,设计了一套适用于铁路的牵引变压器服役健康管理系统。利用MATLAB在科学计算方面和C#在系统界面开发方面的优势进行互补。采用Mysql数据库和云服务器建立数据基本台账,以牵引变电所内变压器历史试验数据为驱动,构建了主变压器机理和经验的状态评估模型。机理模型采用主观层次分析法(analytic hierarchy process,AHP)-熵权法确定主客观权重,选择云模型确定各指标的隶属度,最后进行模糊运算得到合适评语。选择主成分分析法-鲸鱼优化算法-支持向量机(principal component analysis-whale optimization algorithm-support vector machines,PCA-WOA-SVM)联合分类评估,利用合成少数过采样技术(synthetic minority over-sampling technique,SMOTE)对数据集过采样以平衡样本的完整性。结果表明,数据集均衡化后识别准确率为96.67%,比处理前提高5%。经验证,分级联合评估为牵引变压器开展状态评估与检修策略制定提供新思路,体现了该模型及系统的可靠性和准确性。

牵引变压器油泵状态监测系统研究

牵引变压器故障中油泵故障具有发生频率高且不方便观察检修等特点,牵引变压器油泵状态监测系统可在线状态评估及健康管理,及时准确地掌握变压器油泵健康状态水平,不仅能有效延长其使用寿命,降低事故发生率,而且对促进牵引变压器检修模式向状态检修技术发展提供技术和数据支撑。

基于声纹分析的牵引变压器局部放电近超声PRPD识别

牵引变压器在运行中其负荷常发生冲击性变化。本文基于南京东、永宁和六摆渡3个牵引变电所内现场采集的牵引变压器运行过程中的辐射声信号,分析牵引变压器声信号和牵引变电所内主要干扰声信号的类型与特点,并据此探索基于声纹分析的牵引变压器局部放电近超声PRPD(局部放电相位图谱)识别技术。数据分析表明,该技术具有抗干扰能力强、实时性好等特点,可作为一种新型辅助监测手段参与电气化铁路智能化运维。

铁道供电牵引变压器接触网断线接地故障识别方法研究

为了提高铁道供电牵引变压器接触网断线接地故障的识别率,优化故障识别效果,开展了牵引变压器接触网断线接地故障识别方法的全方位深入研究。首先,采集代表铁道供电牵引变压器接触网断线接地故障特征的模拟信号,基于EEMD原理,对采集到的故障信号进行去噪处理,获取故障信号IMF分量。其次,提取故障信号的频带局部能量特征。在此基础上,设计故障性质识别算法,识别牵引变压器接触网断线接地故障性质。实验分析结果表明,应用提出的故障识别方法后,6个线路区段的断线接地故障识别率均达到了98%以上,识别效果优势显著。

动车组牵引变压器电磁噪声优化及声音品质分析

针对动车组牵引变压器电磁噪声过大、声音品质差的问题,文章对引起噪声的变流器四象限整流器电流谐波进行了系统地理论分析,得出电流谐波大小的影响因素。通过试验验证各个影响因子对电流谐波的优化效果和降噪效果,分析变压器电磁噪声的声音品质,识别出声音品质差的频段。

牵引变压器短路稳定性分析

为了分析牵引变压器承受短路时的动稳定和热稳定能力,文章阐述了短路电流、绕组幅向及轴向短路力的推导计算方法,通过解析计算和有限元计算分析了大容量牵引变压器的短路力及安全裕度,并对同一铁芯柱上不同数量牵引绕组短路、绕组轴向安匝平衡状态对短路力的影响进行了分析。结果表明,当同一铁芯柱上仅1个牵引绕组短路时产生的短路力更大,当牵引绕组和高压绕组轴向上安匝分布均匀时,更有利于减小轴向短路力。

电动车组牵引变压器专用温度继电器示值误差校准装置研制

介绍电动车组牵引变压器专用温度继电器工作原理及其技术要求,参考JJF 1908—2021《双金属温度计校准规范》,设计电动车组牵引变压器专用温度继电器示值误差校准装置,并评定示值误差校准结果不确定度。结果表明,电动车组牵引变压器专用温度继电器示值误差校准结果的扩展不确定度小于专用温度继电器最大允许误差绝对值的1/4,满足量值传递要求。校准装置的成功研制,为制定电动车组牵引变压器专用温度继电器检定规程或校准规范提供参考。

CRH380B动车组牵引变压器二次侧接地故障原因及解决措施

基于CRH380B动车组牵引变压器二次侧接地的原理分析,针对目前CRH380B动车组牵引变压器二次侧接地检测存在的问题,梳理可能发生的故障点及处理方案,并从源头、结构等提出解决措施,可以保障后续的检修更快、更精准地确认车组牵引变压器二次侧接地故障点,并大幅度减少故障的发生,以提高动车组的故障处置及检修水平,降低车组故障运营风险,保证车组安全稳定的运营秩序。

电力机车牵引变压器在线监测预警系统研究与实现

针对电力机车牵引变压器运行状态难以确定,其安全性直接影响行车安全的问题,设计了一种电力机车牵引变压器状态在线智能监测预警系统。系统由检测设备和测控软件构成,设备主要包括油气分离系统、气体进样系统、光声检测系统、信号检测与处理单元,测控软件则包括通信模块、多组分气体分析算法和智能测控模块。该系统用以实时检测变压器油中故障气体和微水的检测,实现对变压器内部的早期故障正确诊断。

牵引变压器油位继电器误报警故障分析及结构优化

针对单浮子油位继电器运行途中灵敏度过高,车辆运行途中,受线路坡度及轮轨匹配不良导致的振动影响,浮子发生位移,触发报警机制导致牵引变压器误报油位低报警故障,在分析油位继电器结构及动作原理的基础上,在不影响其正常使用及工艺标准的情况下,提出了双浮子油位继电器优化方案,该方案具有单浮子相同的灵敏度但解决了误报警风险,为后续动车组安全运营秩序提供了保障。

牵引变压器油纸绝缘老化机理与寿命预测方法综述

本文对牵引变压器油纸绝缘的主要老化形式及影响因素进行分析,研究了油纸绝缘的老化机理,总结了当前表征油纸绝缘老化程度的特征参量及主要的剩余寿命预测方法,并分析了每种特征参量及剩余寿命预测方法的优缺点和适用条件。在此基础上,对油纸绝缘老化状态评估及剩余寿命预测方面存在的主要问题及未来的研究方向进行了探讨。

基于随机暂态信号捕获分析的牵引变压器绕组状态在线感知技术研究

牵引变压器的安全运行关乎电力系统的稳定,为识别变压器绕组故障,本文提出基于随机暂态信号捕获分析的牵引变压器绕组状态在线感知与智能评估方法。首先获取牵引变压器绕组的端口暂态电信号,得到变压器绕组的频响曲线,然后结合频响曲线的幅频特性和相频特性转化为灰度图,根据灰度图提取图像的灰度梯度共生矩阵的纹理特征,根据提取的8个纹理特征计算特征关联度(FCD)来识别绕组故障,最后在一台试验牵引变压器上进行局部翘曲的故障模拟。结果表明,由端口暂态电信号的频响曲线转化得到的灰度图在不同故障程度下存在差异,绕组不同故障位置的特征关联度(Features Correlation Degree,FCD)数值有明显不同,且不同故障程度有其相应规律,根据灰度图提取的8个图像特征与相应的特征关联度,可区分牵引变压器局部翘曲故障情况下故障位置与故障程度。

牵引变压器传导干扰建模与仿真

为准确分析电力机车与电动车组牵引电传动系统的传导干扰问题,有必要建立一种牵引变压器的宽频等效电路模型。通常牵引变压器内部构造是未知的,只能基于牵引变压器外部端口测试的方法进行建模,因此采用三电容等效电路模型的建模方法。此外,对实际牵引变压器进行了测试,得到相关参数并建立模型,最后对比仿真与试验的结果,进一步验证了牵引变压器三电容等效电路模型的正确性。最后将该模型应用于牵引电传动系统,对其传导干扰进行了仿真,也体现了该模型的准确性。

牵引变压器低电压启动过电流保护的试验及分析

通过日常维护中的试验对牵引变压器保护装置的性能进行验证,对维护变压器的可靠运行有着举足轻重的作用。本文在阐述牵引变压器低电压启动过电流保护的基本工作原理的基础上,详细介绍了此种保护电压、电流参数的形成回路,探讨了低电压启动过电流保护的保护功能试验时虚拟电量测试范围、步长、时间变量步长的计算方法,并通过实验验证了此方法下试验的可靠性和准确率。