特高压并联电抗器铁芯振动及噪声特征研究

特高压并联电抗器因其铁芯是以铁芯饼与气隙垫块交替堆叠而成的结构特点,导致其运行过程中振动强度远超同电压等级的变压器,易出现振动超标等问题,现有计算方法对特高压并联电抗器铁芯振动特征还无法准确表征。鉴于此,该文针对1台特高压并联电抗器的铁芯振动机理及产生的噪声进行研究,结合磁-结构-声多场耦合分析,对铁芯所受麦克斯韦力及磁致伸缩力进行仿真计算,将结构场计算结果进行快速傅里叶变换后作为载荷激励进而计算由电抗器振动产生的噪声,并单独分析磁致伸缩力和麦克斯韦力对电抗器铁芯振动造成的影响。结果表明:电抗器运行过程中电抗器铁芯旁轭中部产生的振动最剧烈,电抗器周围产生的噪声最大。对比麦克斯韦力与磁致伸缩力对电抗器铁芯振动的影响发现,同时考虑两个力时铁芯振动小于未考虑磁致伸缩力的情况,证明影响电抗器铁芯振动的两个力存在相互衰减作用。

基于限流电抗器电压的直流配电网单端量保护

直流配电网故障特性复杂,故障电流上升速度快且峰值大,快速、灵敏的故障识别与线路保护是保障直流配电网安全运行的关键技术之一。为此,针对增设限流电抗器的直流配电网,提出一种利用限流电抗器电压实现高灵敏故障识别的直流配电网单端量保护方案。首先,通过分析含限流电抗器的直流配电网故障特性,明确区内、区外故障时限流电抗器电压的特征差异。其次,研究限流电抗器对故障特性及直流保护的影响机制,提出虚拟补偿策略以增强故障识别的灵敏性。在此基础上,根据线路电压变化率设计保护启动判据,提出基于虚拟补偿的故障识别判据和故障选极判据,并给出完整的保护方案流程。最后,基于PSCAD/EMTDC仿真平台进行大量的仿真测试,结果表明所提保护方案能够实现对直流故障的快速准确判断,无需通信支持,且对过渡电阻、噪声及负荷波动具有较强的耐受能力。

基于小波分析的空心电抗器匝间短路磁场探测方法研究

为了解决目前干式空心电抗器匝间短路检测方法灵敏度和准确度不足的问题,根据故障发展期探测线圈感应电压的异常变化,提出一种新的基于小波分析的空心电抗器匝间短路磁场探测方法。首先,对电抗器故障发展期探测线圈电压信号进行仿真分析,得到电抗器不同位置匝间短路时探测线圈信号变化特征。再基于信号分解小波系数中有用信号与噪声相对比值最大的原则,逐层自适应选取最优小波基函数,利用小波变换对信号进行阈值去噪,提取故障特征量从而实现对电抗器匝间短路发展期及时准确地判断,避免故障进一步发展。通过搭建电抗器匝间短路故障检测系统实验平台,验证了基于小波分析磁场探测法的灵敏度和可靠性,为电抗器的安全稳定运行提供有效保障。

110 kV干式空心并联电抗器振动台试验与易损性研究

电抗器是变电站的重要设备之一,上部线圈由底部陶瓷绝缘子支撑,整体尺寸大、重心高。由于结构形式的特殊性,其在地震作用下的动力响应较为复杂。本文对110 kV干式空心并联电抗器进行了振动台试验研究,通过白噪声测定了电抗器的自振频率和阻尼比;在0.15g和0.5g人工地震动输入下,测量了电抗器关键部位的应变、加速度和位移响应,分析了电抗器在地震作用下的动力响应规律,探讨了电抗器的可能破坏模式,进一步计算了电抗器的地震易损性曲线。研究结果表明:电抗器的动力特性近似于单自由度体系,一阶自振频率为3.3 Hz,阻尼比为3.9%;电抗器在地震作用下的变形主要发生在绝缘子以及绝缘子-线圈连接部位,上部线圈可认为是刚体;与绝缘子相比,绝缘子-线圈连接部位的刚度较小,变形更集中,是电抗器的薄弱部位;0.15g人工地震动试验后,电抗器自振频率下降3.6%,0.5g人工地震动试验后,电抗器自振频率下降6.3%;根据绝缘子实测应变,考虑地震作用与其他荷载产生的总应力,电抗器的安全系数为2.14,仍然具有一定的安全储备;基于试验结果计算电抗器的地震易损性,抗震能力中值为0.965g,对数标准差为0.4。

面向干式电抗器的环氧树脂热解机理与检测技术研究

匝间绝缘缺陷是诱发干式电抗器故障的主要原因,其占比为故障总量的90%以上。本文研究了干式电抗器的环氧树脂梯度升温时的分解状态,对分解反应中特征气体的生成顺序和来源进行了数值分析,并进一步结合特征气体的检测点位布局,实现了干式电抗器绝缘热老化位置和程度的有效评估。

基于限流电抗器电压的柔性直流配电线路单端量保护新方法

柔性直流配电技术的理论研究已经步入成熟阶段,其线路保护方法的不完备成为制约该技术发展的重要因素,尤其是以快速动作为优势的单端量保护,耐高阻能力弱、所需采样率高等问题仍待解决。为解决上述问题,文中通过分析单极对称接线系统发生金属性双极短路故障和经过渡电阻故障时限流电抗器电压特征,利用限流电抗器电压及其负变化率积聚和构造保护判据,据此提出了一种基于限流电抗器电压的柔性直流配电线路单端量保护新方法。仿真结果表明,该方法能在0.5 ms内可靠识别区内故障,且耐受过渡电阻(20Ω)和噪声影响,所需采样率要求低,具有工程实用意义。

紧凑新型高温超导可控电抗器的仿真研究

为解决电网配网侧无功就地消纳的需求,文章提出了一种紧凑新型高温超导可控电抗器,介绍了该紧凑新型高温超导可控电抗器工作原理与基本结构,搭建了有限元分析模型并得到其电感调节特性,以期为相关人员提供参考。

混合直流系统中基于平波电抗器与限流电抗器参数优化的限流策略

直流线路正常运行过程中,平波电抗器可以减小电流纹波。当直流线路发生故障时,限流电抗器的快速投入可以抑制故障电流的上升速度。因此,考虑限流电抗器与平波电抗器的协同,不仅可以抑制故障电流的上升速度,而且能够降低直流断路器的切断容量。然而,受到投资成本和系统动态特性的制约,平波电抗器与限流电抗器的电感容量需要保持在合理的范围内。因此,对直流输电系统中平波电抗器和限流电抗器的容量进行优化配置,在保证限流能力的同时降低投资是十分有意义的。首先,建立了交直流混联系统的故障等效模型,并分析直流线路发生双极性短路时两端故障电流的特性。其次,建立了平波电抗器和限流电抗器的优化配置数学模型。最后,基于MATLAB仿真试验对所提限流策略进行了验证。

直流换流站高通HP3型交流滤波器电抗器匝间故障监测及保护

直流换流站高通HP3型交流滤波器组中电抗器匝间短路故障事故多发,由于缺乏对此故障的快速监测及保护,导致其匝间短路持续存在3~9 min之久并起火燃烧。匝间短路后电抗器的等值电感会不断减小,由此引起了滤波器电路参数变化并进而引发了滤波器配置的热过负荷保护启动告警,长久故障也引发了次生的电抗器底部支撑绝缘子闪络接地致使滤波器差动保护动作出口跳闸。文中分析了3起典型故障案例,结合C型高通HP3型滤波器电路设计理念及运行特点,解释了有关保护启动及动作的原因。基于匝间短路会导致HP3电路中电阻器上的工频电压、电流会随着匝间短路的不断发展而剧烈增大的特性,提出了一种基于工频电压差动原理的故障监测及保护方法。

35kV干式空心电抗器故障诊断与防范措施

介绍了并联电抗器的作用,阐述了干式空心电抗器的结构及优点。针对一起35kV干式空心电抗器着火事故,对SF 6断路器及干式空心电抗器进行了诊断性试验,通过现场检查及试验数据分析,明确了本次干式空心电抗器故障的原因,并根据网内干式空心电抗器实际运行情况,提出了相应的技术建议。

导通时延抖动对无电抗器电容型脉冲电源的影响

无电抗器电容储能型电源技术是提升高功率脉冲电源小型化与轻量化水平的有效途径之一,可加速推动电磁轨道发射技术的工程化应用。该型电源工作期间,晶闸管导通时延抖动是影响电源系统安全运行的重要因素。该文建立大功率晶闸管与动态负载的子电路模型,并通过模拟试验验证模型的准确性,结合系统输出性能与半导体开关性能进行对比分析,研究先导通模块的抖动阈值,为电源设计提供参考。结果表明:去除脉冲电抗器后,系统效率提升2.13%,导通时延抖动对系统输出性能影响极小;当出膛速度一致时,更高的系统效率使得无电抗器电源的小型化、轻量化水平进一步提升,体积减小了23.1%,质量减少了18.9%;导通时延抖动影响先导通模块晶闸管的运行安全,应关注高电流上升率以及由此可能引起的电流尖峰;在0.1μs的抖动阈值内,提高导通模块数可有效降低先导通模块的电流上升率;以晶闸管电流上升率限值为边界条件,导通模块数随导通时延抖动的增大以幂函数形式增加。根据系统性能分析,该型电源在增强型电磁轨道发射系统中具备工程可行性。

基于磁场检测的干式空心电抗器匝间短路故障诊断方法

匝间短路故障是干式空心电抗器最常见的故障,严重时会引起电抗器绝缘损坏、起火,甚至烧毁。及早诊断电抗器匝间短路故障,发出有效预警对电力系统安全运行具有重要意义。该文提出一种基于磁场检测的干式空心电抗器匝间短路故障诊断方法:独立于电抗器本体,上下安装与电抗器绕组同轴的检测线圈,通过检测线圈感应电压的变化,采用基于数理统计的准确识别匝间短路过程的3σ判据模型和算法,判断电抗器匝间短路故障并进行预警和报警。基于有限元数值计算软件,以一台型号为BKGKL-20000-35干式空心电抗器为研究对象,仿真分析了电抗器在不同位置发生匝间短路故障时检测线圈的感应电压变化规律,验证所提出方法的有效性。最后通过对试制样机的现场试验,验证了该方法实用可靠,可推广应用于实际电力系统中。

铁基软磁材料电抗器噪声特性

铁基软磁复合材料具有高磁导率、高磁感应强度、低铁损的特性,研究该材料为铁心的电抗器的振动噪声特性对电抗器减振降噪设计具有重要意义。文中基于有限元仿真模型,通过磁场-结构-声学多物理场耦合,对正常运行条件下电抗器的振动与噪声分布进行计算分析,并搭建电抗器噪声测量系统,分别测量硅钢铁心、混合铁心和铁基软磁铁心电抗器的噪声信号,进行试验验证。结果表明:混合铁心和铁基软磁铁心电抗器噪声明显低于硅钢铁心电抗器,混合铁心电抗器受电流变化影响最小。仿真数据显示,硅钢铁心电抗器磁致伸缩与麦克斯韦力噪声比值为1.15,磁致伸缩占比最大。铁基软磁铁心电抗器噪声小的主要原因是磁致伸缩效应小至可以忽略。

换流阀用阳极饱和电抗器温升特性及优化

阳极饱和电抗器(anode saturable reactor,ASR)是换流阀的关键一次设备,其在运行中因电磁损耗引发的温升问题明显并威胁绝缘体热老化。因此,准确分析ASR温升特性并寻求优化方法,对其状态评估、产品设计具有重要意义。为此首先根据发热机理和散热路径建立等效热路模型,定性分析了ASR实际运行中的温升特性;然后,建立ASR三维等效模型,结合瞬态传热原理来设定固体传热和空气对流参数,进一步应用基于湍流和实时混合假设的水冷却简化模型来模拟水冷散热过程,在兼顾准确性和高效性下开展多物理场耦合有限元仿真,定量计算ASR温度的大小变化和空间分布;最后,结合温度分布规律,提出不同截面积铁芯组合的结构优化方案,仿真验证了在电气性能不变前提下,各铁芯之间最大温差减少了原温差的91.7%,环氧树脂的最高温度降低3℃,为ASR的性能校验和参数设计提供借鉴。

直流偏磁下磁控电抗器铁芯矢量电磁振动特性

在交直流共同激励的工作方式下,磁控电抗器(magnetically controlled reactor,MCR)受直流偏磁的影响,其电磁特性及振动特性会发生极大的变化。为了精确模拟材料在直流偏磁下的磁化及振动特性,首先基于电工钢片的矢量磁致伸缩逆模型和磁特性测量曲线,采用速度可控粒子群优化(velocity-controlled particle swarm optimization,VCPSO)算法提取并优化模型参数,对磁控电抗器铁芯电工钢片的磁滞和磁致伸缩特性进行分析,并对比实验和仿真曲线,验证磁化特性仿真的准确性;其次,结合矢量磁致伸缩逆模型与MCR有限元模型,模拟MCR铁芯在不同直流偏磁下的矢量电磁振动特性,并分析MCR铁芯位移波形的谐波分量。最后,搭建MCR振动测试系统,验证模型仿真的准确性。研究结果可为磁控电抗器铁芯振动的相关研究提供参考。

干式空心并联电抗器绕组匝间绝缘故障特征分析

本文通过有限元软件建立仿真分析模型,研究干式空心并联电抗器绕组匝间绝缘故障的物理特征,探寻便于故障监测的敏感状态量。首先在有限元仿真软件中建立基于实际电抗器的“场-路”耦合模型并验证正确性,之后在其绕组不同层、不同高度位置设置匝间绝缘故障,研究回路总电流、等效阻抗、有功功率损耗等电气特征量随故障位置的变化规律,并分析空间磁感应强度和绕组受力的变化情况。结果表明:所研究的电气特征量变化率随绕组单匝匝间短路位置的变化而变化,在径向上呈现从内层到外层增大的趋势,在最外层有所减小,在轴向上由绕组中部向端部逐渐减小。绕组单匝匝间短路状态下的空间磁感应强度和故障绕组受力明显增大,等效电阻、功率因数和有功功率损耗的变化率均在500%以上,变化显著且方便获取,可作为干式空心并联电抗器匝间绝缘故障的在线监测量。

超高功率电弧炉变压器和电抗器技术参数设计

电弧炉变压器主要作用是降低供电电压,产生大电流,在保证供电效率的情况下,适应电弧炉冶炼所需的电弧弧长,保证电弧炉冶炼过程的安全性。同时提供不同挡位的电压和电流,以满足冶炼过程需要。电抗器主要作用是增加线路的无功功率,降低短路电流和功率因数,稳定电弧燃烧。同时提供不同挡位的电抗,以满足冶炼过程不同工况的需要。变压器和电抗器技术参数的合理设计是保证电弧炉稳定冶炼的关键,依据电弧炉所需的冶炼效率及出钢量,系统分析电弧炉变压器和电抗器参数的设计原理。从分析可知,变压器的容量是基于电弧炉的通电时间及出钢量进行确定,而变压器的二次电压、额定电流及电抗器容量等参数是基于电弧冶炼稳定性的约束条件进行计算。计算结果与JB/T 9640-2014参考值进行对比分析,结果匹配度较好。

紧固件松动对高压并联电抗器振动特性的影响研究

紧固件松动是导致高压并联电抗器振动加剧,进而引发故障的重要原因。本文采用多物理场耦合仿真软件建立了考虑内部结构件的三维全尺寸物理模型,仿真分析了紧固件松动对高压并联电抗器振动及其传播特性的影响。研究结果表明:铁芯饼及拉杆预紧力下降均会导致电抗器本体和外壳振动的加剧,且对芯柱顶端和外壳正面及侧面上部的振动影响更为明显;相比于拉杆,铁芯松动导致的振动增加更为显著。仿真结果可为基于声学振动信号的高压并联电抗器缺陷检测及故障诊断提供理论依据。

±500 kV直流换流阀用饱和电抗器温度场与电场仿真研究

高压直流换流阀饱和电抗器在工作过程中发热量大、电场分布不均匀,使其成为阀厅的安全隐患。为改善饱和电抗器的温升效应,文中以实际±500 kV直流换流阀用饱和电抗器为研究对象,建立了改进的流体场与温度场耦合模型,该仿真模型综合考虑流体传热、空气对流散热、绕组焦耳热和铁心涡流热损耗等实际因素,仿真计算电抗器各部件的温度场分布及其影响因素。现场验证表明该模型计算结果更接近实际工作状况。还建立静电场仿真模型,仿真计算电场畸变情况。温度场结果表明:饱和电抗器的铁心温度最高、环氧树脂次之、冷却水管路温度最低;铁心最高温度可达342 K。提高冷却水入口流速是降低饱和电抗器温度的有效方法,阀塔冷却系统的入水流速设置为1 m/s时可达最佳的冷却效果。环氧树脂、铁心和冷却水管的最高温度均与冷却水入口温度呈线性递增关系,实际工作中应使冷却水的初始温度越低越好。电场结果表明:环氧树脂与铁心交界面处出现明显的电场畸变现象,最大电场强度可达1.26×105 V/m。应在此处采取均压措施以防止电场集中而导致的局部温度过高。文中所得结论可为直流换流阀用饱和电抗器的设计提供参考。

120 kA脉冲电抗器在振荡放电电路中的电磁场分布优化(英文)

[目的]脉冲电抗器是失超保护系统振荡放电回路中的重要组成部分。在振荡放电回路中,利用脉冲电抗器与充电电容器振荡产生高脉冲电流,使流过真空断路器的电流反向以创建人工过零点,完成开关分断。但是在通入120kA电流的工况下,由于受到电磁力的作用,脉冲电抗器下方连接排会发生形变,造成设备损坏,大大降低辅助振荡过零回路的可靠性。因此需要对120 kA脉冲电抗器进行电磁场分析,优化其周围电磁场分布。[方法]首先分析辅助振荡过零电路的换流过程,建立脉冲电抗器三维模型,引入磁场屏蔽百分比的概念。其次,通过使用有限元仿真软件计算了不同材料和形状的屏蔽板对脉冲电抗器电磁场分布的影响。分析了不同材料和形状对屏蔽百分比的影响,计算了不同形状下的涡流损耗。最后在结构模块中计算了不同屏蔽结构下的连接排形变程度。[结果]屏蔽板采用不同材料或结构对连接排受到的磁感应强度和电磁力有影响。[结论]圆形铝屏蔽板对脉冲电抗器电磁场分布的优化效果更好。该方法也为脉冲电抗器的电磁屏蔽设计奠定了基础。