车载变压器油纸绝缘受潮状态的评估方法研究

车载变压器内部油纸绝缘状况是影响动车运行的重要因素,采用FDS法测试了不同受潮程度车载变压器油纸绝缘试样,用修正的Havriliak-Negami介电弛豫模型分析模型参数随水分的变化,利用灰狼算法从模型参数中提取能够表征参量,对水分含量进行评估,对测试得到的水分含量为2.40%的车载变压器油纸绝缘样品进行评估。结果表明:提出的方法能够对车载变压器油纸绝缘的水分含量进行有效评估,利用该评估方法与实测值的误差在0.8%,为车载变压器油纸绝缘受潮状态评估提供了一种新的方法。

海拔气压变化对车载变压器气体保护的影响及改进方案

气体保护装置在轨道车辆车载牵引变压器上使用时,在海拔落差大的运行区间易造成变压器产生非故障性的气体保护动作,干扰设备正常使用。为提高气体保护装置在车载牵引变压器中运用的可靠性,文章结合气体保护装置工作原理及故障问题原因,提出环境适应性改进方案,并通过地面试验系统试验验证了该改进方案的可行性。

基于时频熵和概率神经网络的车载变压器状态诊断

车载变压器作为高速列车电力系统的动力来源,其运行状态与列车运行的安全、稳定密切相关。针对车载变压器结构上的特殊性,以绝缘油中溶解气体、绝缘油老化特征和主绝缘介电谱曲线为研究对象,通过分析其特征参数与车载变压器运行状态之间的关联性,提出了基于时频熵和概率神经网络的车载变压器状态诊断方法。首先,将不同状态等级下车载变压器的油中溶解气体和绝缘油老化特征进行比较,通过曲线拟合证明其状态特征与列车运行里程之间的一致性;其次,分析不同状态下车载变压器绕组主绝缘介电谱曲线之间的差异性,将局部均值分解后的近似熵作为特征参数变量,以提高状态诊断的精度;最后,利用概率神经网络完成车载变压器优秀、良好、检修和故障的状态分类。实例论证分析结果表明:该算法用于车载变压器复杂的运行环境中,可以提高状态检修的效率,有利于保障动车组列车的安全运行。

车载变压器故障预测与健康管理研究进展

车载变压器是高速重载列车的动力来源,其设计结构复杂,运行工况恶劣,且传统计划检修方式存在欠维修和过度维修等问题。针对这些问题,研究了车载变压器的油箱、绕组结构特点和运行特征,分析了电压波动、激磁涌流、散热不良、高次谐波、机械振动等恶劣运行工况和外部环境对车载变压器绝缘系统的影响。进一步总结了目前车载变压器故障预测与健康管理(prognostic and health management,PHM)研究存在的关键问题,给出了车载变压器PHM的体系结构及工作流程,阐明了PHM各周期间的逻辑关系,分析了国内外车载变压器状态监测、状态评估、故障诊断、故障预测与维修决策等方面的研究现状及存在和待解决的问题,并探讨了未来开展车载变压器PHM值得继续研究的方面。

基于动车组车载变压器频率响应优化模型的故障定位

高速铁路动车组车载变压器采用单相分裂式绕组结构,4组高压绕组在油箱内部并联连接,导致无法独立测量各组的频率响应曲线,从而无法确定故障绕组。为解决上述问题,联合MATLAB软件与Maxwell软件,建立并验证考虑绕组相间电容的车载变压器频率响应优化模型;基于优化模型模拟不同故障绕组下多端口频率响应曲线演变规律,同时结合多条频率响应曲线的特征谐振点偏移规律识别故障绕组,解析故障绕组定位步骤,并进行故障模拟验证。结果表明:当靠近铁芯的外层牵引绕组出现故障时,高压绕组频率响应曲线不发生变化,但牵引绕组频率响应曲线变化显著,而当其他绕组出现故障时,高压绕组频率响应曲线均发生变化;当高压绕组出现故障时,牵引绕组频率响应曲线的第一谐振点和第二谐振点均向右偏移,而第三谐振点几乎不变;当远离铁芯的内层牵引绕组出现故障时,牵引绕组频率响应曲线的第一谐振点与第二谐振点均向左偏移,而第三谐振点则向右偏移。

一种用于车载变压器的局部放电高精度协同定位方法

针对车载变压器局部放电难以精确定位的情况,提出了一种基于局部放电超声波信号的协同定位算法,以提高车载变压器局部放电的定位精度。综合差分进化算法和粒子群优化算法的优点,提出了一种混合的DE-PSO算法,利用计算结果对代价函数进行修正,并将计算结果作为牛顿法的初值,经迭代后得到精确的局部放电源位置。仿真和试验结果表明,与传统的智能算法相比,具有精度高、鲁棒性强等优点,能够满足现场应用的需要。

地磁暴对CRH2型动车组车载变压器的影响

地磁暴会在地球表面感应出电动势(Earth Surface Potentials,ESP),ESP、接触网导线和大地三者构成的回路中就会产生地磁感应电流(Geomagnetically Induced Current,GIC)。率先提出了地磁暴影响高铁系统的可能性,并分析GIC侵入CRH2型动车组车载变压器的机理,根据车载变压器的实际容量计算出变压器具体的尺寸参数。用Ansoft软件仿真了不同数值的GIC对车载变压器励磁电流、铁心磁通、谐波及内部磁场造成的变化,结果表明GIC流入CRH2型动车组车载变压器中将导致车载变压器异常工作,影响高铁车辆安全运营。

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。

基于频率响应与图像特征提取的动车组变压器绕组状态诊断方法研究

动车组变压器是保障高速铁路稳定运行的核心设备,频率响应法是目前检测变压器绕组状态的有效方法。为提升车载变压器绕组状态诊断的准确性,结合暂态信号与频率响应法提出基于频率响应与图像特征提取的动车组变压器绕组状态诊断方法。搭建试验车载变压器绕组故障模拟平台,获取不同故障类型和故障位置的频响曲线,利用类Gram矩阵结合幅频和相频曲线信息,再利用密度分层法转换为伪彩色图,提取对应的灰度共生矩阵和灰度差分矩阵特征值,根据鹈鹕优化支持向量机方法对绕组故障进行诊断。试验结果表明:车载变压器绕组故障发生时,伪彩色图能够反映出故障信息,有利于图像分析和特征提取,采用基于频率响应与图像特征提取的动车组变压器绕组状态诊断方法能够识别车载变压器绕组的典型故障类型和位置。

车载牵引变压器油纸绝缘热老化特性及机理研究

车载牵引变压器绝缘系统性能优劣是动车组能否安全运行的因素之一,以Nomex绝缘纸和常规绝缘油为媒介,对其进行180℃加速热老化试验,测试不同老化周期油纸试样的油中溶解气体含量和红外光谱,研究车载牵引变压器油纸绝缘热老化特性及机理.研究表明:随着老化时间的增加,烃类气体含量先上升后趋于平稳,CO含量持续上升.热老化使Nomex纤维分子链断裂,并生成新官能团,Nomex绝缘纸主要成分在老化后已不全为全芳香族聚酰胺纤维;在热老化过程中,Nomex绝缘纸发生水解和均裂2种形式的老化反应,老化初期水解可能为主要反应,老化中后期均裂可能加剧,可能有一定关联性存在于水解、均裂反应和老化阶段之间,这为评估车载牵引变压器绝缘老化状态提供基础.

车载牵引变压器智能故障诊断技术新研究

车载牵引变压器故障诊断的方法是将人工智能算法和油中气体分析法(DGA)相结合,但溶解气体由于再生、取样、色谱分析的原因,其数据存在许多的不确定性。提出将电气量与一种新的小波神经网络模型相结合的新方法来诊断牵引变压器故障。将电气量信号作为新网络模型的输入,网络的隐藏层采用具有正交性的Daubechies函数作为激函数,学习优化算法则采用引入量子计算和免疫算法的混合粒子群算法。试验结果证明,提出的智能故障诊断算法拥有更快的诊断速度和更高的准确率。

轻量化车载牵引变压器风道局部损失系数及冷却风分布计算

基于高速动车组轻量化车载牵引变压器的风道结构及其内部冷却风分布,采用计算流体力学软件Ansys Fluent,确定风道入口雷诺数、质量流量比以及风道水力直径比为影响局部损失系数的主要参数,忽略风道入口距离的影响;采用多级最小二乘法,构建轻量化车载牵引变压器风道结构尺寸和物性参数变化下普适的局部损失系数关联式;基于该关联式,结合质量流量守恒原理和多目标优化的遗传算法,建立轻量化车载牵引变压器冷却风分布模型,并进行验证。结果表明:建立的局部损失系数关联式能够实现风道内局部损失系数的准确计算,平均相对误差在0.3%~0.5%之间,相关系数高于0.9931;模型计算所得冷却风质量流量分布的结果与数值仿真结果基本一致,平均绝对误差在0.005~0.020 kg·s^(-1)之间,平均相对误差均小于2%,验证了冷却风分布模型的有效性。

论车载移动变电站变压器的减震机构设计

车载移动变电站可在紧急情况下迅速替代某一个常规变电站并迅速恢复供电;可在在高负荷时期投入运行以缓解区域供电容量不足;在电力需求高速增长而超出预先电力建设规划的地区作为临时变电站投入运行,以缓解电力供应的紧张局面;在抗震、抗洪等自然灾害紧急情况时作为应急预案的紧急恢复电源而投入运行;因此车载移动变电站在用户对电力供应的稳定性可靠性要求越来越高的今天,市场需求也越来越大。车载变电站由于其机动性的要求,需要频繁运输移动,且大部分情况下运输在一些复杂路段,因此对车载变的主要设备——车载变压器的防震动和颠簸性能就提出了比比常规变压器更高的要求。为了防止在运输过程中对变压器本体造成震动性机械损伤,需要对车载变压器设计专门的减震机构,由于变压器的构造由内部铁芯和外部壳体构成,不仅外部壳体与平板拖车之间需要专用减震机构,内部铁芯和变压器壳体之间也需要设计减震机构,由内外减震机构同时发挥作用,可保证变压器充分吸收运输过程中由颠簸造成的机械震动,保证车载变压器的主要部件不产生相对位移,不产生机械损伤。

车载牵引变压器套管绝缘状态的测评方法研究

为了评估车载牵引变压器套管绝缘状态,保障电力机车单元安全运行,基于频域介电谱法对不同运行里程下多支车载牵引变压器套管进行了测试。分析了介电谱图随运行里程的变化规律并提取了老化特征量,利用莱维分布改进天牛须搜索算法的BP神经网络对套管绝缘状态进行评估。结果表明:低频段介电响应曲线更能反映套管绝缘状态的变化;提出的特征参量可有效表征套管绝缘状态,改进后方法评估结果与实际值最大相对误差为2.45%,与传统BP神经网络算法相比误差更小且鲁棒性更优异,为车载牵引变压器套管的绝缘状态检测提供了一种新的评估方法。

干式车载牵引变压器列车风冷却对流传热计算与绕组区域热网络建模

利用列车风冷却的干式车载牵引变压器具有质轻、安全性高等优越性,能够助力高速动车组能效的进一步提升,但空气的高速湍流使得其热特性更为特殊与复杂。为实现干式车载牵引变压器热特性的快速准确计算,该文基于热电类比原理构建考虑风道空气热含量的专用热网络模型结构;考虑到湍流状态下风道努塞尔数的沿程变化,借助计算流体动力学(computational fluid dynamics,CFD)方法进行全范围的参数扫描,提出湍流局部努塞尔数的新关联式,实现环空风道对流热阻的准确计算。热网络模型所得绕组温升计算值与仿真值和平台实验结果基本一致,尤其是能够精确获取热点位置及其温度。相比于CFD方法,热网络模型在计算资源和时间消耗上具有优势,为干式车载牵引变压器的在线监测、寿命评估及优化设计提供更为高效的技术手段。

基于信息融合的车载式变压器运行信息特征提取系统设计

变压器作为汽车运行系统的主要设备之一,其安全稳定运行对于车辆安全具有重要意义。设计基于信息融合的车载式变压器运行信息特征提取系统,以信息融合层次为依据设计系统结构,将系统划分为数据层、特征层与决策层。数据层从局部放电监测和油内气体监测两方面采集不同监测点信息并进行信息融合,最大限度上提升信息保持率,校正采集数据误差;特征层基于数据层融合结果,选取D-S证据原理对不同方面的信息进行特征融合,通过概率分配函数、置信函数与似然函数处理不同信息造成的不确定问题,提升信息特征融合的鲁棒性;决策层以专家建议模块为核心,利用推理机将不同方面的信息特征进行加权融合,实现车载式变压器运行信息特征提取。实验结果显示该系统可全面、准确的提取车载式变压器运行信息特征,显著提升车辆运行安全性能。

高速动车组车载变压器局部放电识别方法

车载变压器内部的局部放电(PD)会导致绝缘性能下降,长时间的局部放电会导致车载变压器损坏,开展车载变压器局部放电的研究具有重大的工程价值。超声波法可以检测到变压器内部的局部放电,而常规的超声波法忽略了非直达波的影响。文章先搭建利用超声波传感器检测车载变压器局部放电的实验平台,使用小波阈值去噪的算法对车载变压器局部放电的原始超声波信号进行去噪处理,再选取去噪后超声波信号的特征参数,利用支持向量机的方法识别直达波和非直达波。研究结果表明:该文所提的识别直达波和非直达波的方法具有很高的识别率,对基于超声波的局部放电研究具有一定的意义。

高速动车组蒸发冷却牵引变压器关键技术探讨

本文针对浸润式蒸发冷却车载牵引变压器自循环系统及其中的关键技术进行了论述和可行性分析,并阐述了其冷却系统结构设计的思路。考虑到动车组在实际运行中遇到的加速及刹车等特殊工况以及列车在高速行驶中牵引变压器温升和不燃不爆等基本要求,基于变压器内部的绝缘特性以及冷却系统运行时的散热性能,提出了采用蒸发冷却技术来实现车载牵引变压器自循环冷却系统的新方案,该方案能够有效地提高现有车载牵引变压器设备在动车组运行时的安全性和可靠性,同时也为之后车载牵引变压器系统的轻量化设计提供了基础。

车载移动变电站在吉图珲客运专线项目施工供电中的应用

采用固定变电站审批程序复杂、构筑物多、建设工期长,不能满足工程项目施工电力快速供应的需要,车载移动变电站克服了这些缺点。以吉图珲客运专线项目施工供电为背景,对车载移动变电站在吉图珲客运专线项目施工供电中的应用进行监测和分析。主要研究内容和结论如下:1)通过研究车载移动变电站技术在吉图珲客运专线施工供电中的使用情况,证明车载移动变电站完全满足吉图珲客运专线施工需要;2)与传统供电技术进行对比和分析,可以据此判定车载移动变电站技术在施工、使用过程中远优于传统供电技术;3)车载移动变电站技术在吉图珲客运专线的成功使用,是符合当前快速施工建设需要的新技术,对未来施工供电具有指导作用。