220kV油浸式变压器全面试验方案设计与优化

本文首先介绍了全面试验的重要性,以及设计和优化试验方案的目的;然后依据设计原则再结合变压器设备的特点和需求,提出了合理、全面、高效的试验方案设计与优化思路;接着针对试验参数的选择、试验序列的安排、试验仪器的选择等进行了详细讨论;最后强调通过科学有效的试验方案设计与优化,可以提高试验的准确性、可靠性和效率,为电力系统的设备运行提供技术支持和保障。

220kV油浸式变压器振动与噪声试验研究

对一台220kV油浸式变压器,进行了变压器油箱的振动及噪声测试。通过对测试数据的时域分析和频域分析,给出了大型电力变压器的声振特性及传播规律。

220kV油浸式电力变压器的高压电气试验方法及应用探讨

本文对220kV油浸式电力变压器的高压电气试验进行了研究和应用,探讨了高压电气试验过程中需要注意的关键问题,电气试验设备的按照标准操作、试验结果的数据综合分析等。通过合理的试验方法和严格的试验操作,可以评估变压器的电气性能,为电力系统的稳定供电提供有效保障。

考虑累积效应的35 kV油浸式三相变压器温升特性仿真与试验研究

变压器长期处于不停机运行状态,焦耳热、电磁热等热源产生的温升会严重影响变压器的运行状态和使用寿命。为了更准确地得到35 kV油浸式变压器的热点温度和温升特性,针对现有研究未考虑温度影响下参数的时间尺度变化特征的问题,考虑温度累积效应带来的影响,围绕油浸式变压器的温升特性展开研究。首先,建立时变电流密度、磁感应强度的理论模型;其次,基于电磁热流多物理场耦合仿真方法,对油浸式变压器带负载工作过程进行电磁场、温度场及流场的有限元仿真分析,得到了铁心、绕组及漏磁损耗作用下油箱内部温度变化及其分布特性;最后,完成油浸式变压器长期带负载运行实验,并采集得到升高座下方及初级、次级绕组温度。仿真发现绕组附近温度约为95℃,铁心的直角区域及升高座下方也存在高温区,原因是该位置油流流速较大,仿真结果约为28 mm/s。实验与仿真的对照结果表明,考虑累积效应的仿真结果与实测值较为接近。研究内容可为油浸式变压器的温升特性提供技术参考。

基于Twin Builder的110kV油浸式变压器3维磁场降阶模型及损耗分析

为解决3维变压器磁场有限元仿真计算效率低的问题,提出基于本征正交分解法的磁场降阶模型与基于二次多项式的损耗响应面模型。以1台110 kV变压器为算例,首先建立了考虑绕组涡流损耗的变压器磁场仿真模型,通过仿真分析了其在额定工况下的磁场及损耗分布;其次,通过仿真试验设计获取了多组工况下的磁场与损耗数据,在Twin Builder中训练得到变压器磁场的各降阶模块;最后,搭建面向数字孪生应用的变压器3维磁场降阶模型,实现了变压器磁场损耗的快速计算与云图分布的可视化。与计算单数据相比,仿真结果考虑了涡流效应的绕组损耗在靠近端部时有明显升高,最大值分别出现在高、低压绕组两端,约为绕组中部损耗的1.3~1.65倍。基于该磁场结果建立的降阶模型在计算效率方面较全阶模型有显著提升,将实际仿真时间缩短至0.76s,可满足数字孪生应用场景下的磁场快速计算需求。

基于多孔介质理论的35kV油浸式变压器热点简化计算

低电压等级的油浸式变压器绕组往往由漆包圆线绕制而成,其温升及热点的准确计算需要考虑漆包圆线间的缝隙对油流及温升的影响,而精细建模时建模工作量和数值计算量都非常大。针对这一问题,提出将多孔介质理论应用于油浸式变压器简化建模的思路。首先验证了多孔介质理论应用于油浸式变压器热点计算的有效性。其次,基于多孔介质理论建立35 kV油浸式变压器绕组的简化模型,采用Fluent软件计算出其温升热点分布。最后将变压器的多孔介质理论简化模型所得的仿真结果与光纤测量结果进行对比。结果表明仿真与实验的热点温度误差在4℃以内,热点位置与实验结果保持一致,验证了多孔介质理论简化模型计算方法的准确性。多孔介质理论的应用为大规模变压器3维流-热耦合提供了新的计算思路,有助于工程实际中变压器热点温度的简化计算。

基于实际气体模型的油浸式变压器爆炸应力分布研究

为了揭示变压器爆炸瞬间应力在变压器油中的传播过程以及变压器油箱变形的影响因素,本文采用数值计算方法,考虑实际气体对仿真结果的影响,引入范德华方程,从变压器油中气体类型、电弧放电位置两方面对变压器油箱的应力分布规律进行研究。以某110kV通用型变压器为例进行分析,结果表明:气体类型是影响油箱应力大小的重要因素,爆炸分析应采用实际气体模型;电弧放电位于绕组下端时,油箱应力较大;总体而言,爆炸发生时,变压器箱体底面和端面应力值较大。

面向数字孪生模型应用的油浸式变压器绕组温度POD-RBFLP降阶计算方法

了解油浸式电力变压器绕组的温度情况是保证其运行稳定性的关键,也是当前针对油浸式变压器数字孪生分析的必然需求。为了快速地获得变压器绕组的稳态温度,该文提出一种基于本征正交分解(proper orthogonal decomposition,POD)和包含线性多项式的径向基函数响应面法(radial basis function response surface method including linear polynomial,RBFLP)的降阶计算模型。首先,讨论POD方法的降阶特性,并设计一种基于留一法交叉验证的自适应获得快照矩阵方法,以提高计算精度及效率;其次,采用响应面方法建立POD模态系数与绕组工况的相关关系,旨在实现通过绕组工况快速获得POD模态系数,从而跳过对降阶模型的复杂非线性计算,进而高效重构绕组温度场。相关算例表明,该方法具有较好的计算精度和效率,在50组测试工况下,与全阶计算相比,误差不超过2.5 K,且总计算时间仅为1.45 s;最后,基于110 kV变压器绕组搭建温升试验平台,试验结果表明,降阶计算结果相较于试验结果,平均计算误差不超过2 K,且单步计算时间仅为0.03 s,相较于同等规模的全阶计算,计算效率有较大幅度地提升。

基于多物理场仿真的油浸式变压器温度特性分析及散热器优化

准确计算油浸式变压器的温度分布并寻求优化方法,对设备运行维护具有重要意义。首先建立了35 kV油浸式变压器的3维等效模型,采用Jiles-Atherton模型模拟变压器铁芯材料的磁滞特性,通过磁场计算获取了铁芯和绕组的损耗密度分布。在此基础上将损耗密度作为热源,经过流–热耦合计算得到变压器的温度场和流场仿真结果。根据计算结果提取了铁芯、绕组区域的温度分布及截面的油流流速分布,并绘制了散热片的最高温度和流速曲线。最后结合中心组合设计和仿真分析方法得出不同散热器结构参数下的变压器热点温度,构建热点温度与结构参数间的支持向量机模型,采用粒子群算法获得了最优参数。变压器热点温度较优化前降低了15.12 K,仿真与模型预测结果的相对误差为6.42%,验证了优化模型的有效性。结果表明:优化方法能够显著降低变压器热点温度,为变压器的优化设计提供了新的思路和参考。

大型油浸式电力变压器胶囊式储油柜运行维护

为解决因设计、制造、安装工艺不足或运行维护操作不规范导致的胶囊密封失效、油位计显示油位不准确等问题,从大型油浸式电力变压器胶囊式储油柜的密封运行维护、油位运行维护两方面进行探讨,分析了密封失效的常见原因和检查方法,提供了摆杆式指针油位计的标定方法,并给出相应的维护建议。

面向典型负荷曲线的油浸式电力变压器动态载荷能力评估方法

开展油浸式电力变压器动态载荷能力评估,保障设备安全运行条件下提高设备利用率和迎峰能力,是资产精益化管理的发展方向。该文首先分析动态温升模型的热参数,使用光纤实测的绕组热点温度数据对热参数优化并对温升估算模型进行改进,最终热点温度估算最大误差不超过3K,其次结合变压器运行工况,综合考虑热点温度、顶层油温、寿命损失及套管和分接开关最大允许电流等约束,提出了一种基于负荷循环迭代的变压器动态载荷能力评估方法,并分析了典型负荷曲线及环境温度曲线的提取方法,最后针对变压器在不同场景下的多个动态载荷能力评估应用实例进行研究,确定变压器的动态载荷能力及限制因素。结果表明,套管和分接开关最大允许电流可能成为限制变压器动态载荷能力的主要因素,较额定工况,不同场景下变压器载荷能力可提升28%以上,具有较大的载荷潜力。

降阶技术与监测点数据融合驱动的油浸式变压器绕组瞬态温升快速计算方法

为了提高油浸式电力变压器绕组瞬态温升的计算效率,提出了一种基于离散监测点的温度场降阶计算方法。该方法以绕组内部若干离散监测点的温度信息为输入,以基于本征正交分解的降阶算法为载体,建立瞬态过程中温度场的快速反演模型,从而实现从监测点数据到温度场全域的快速计算。首先分析了本征正交分解算法的降阶特性,在此基础上建立了从场域内离散监测点数据到降阶模态,再到温度场全域的快速计算策略。为了验证算法的有效性,该文根据油浸式电力变压器绕组结构特点建立二维八分区分匝绕组传热模型,并对比了所提出的降阶计算方法与全阶计算方法的精度和效率,结果表明,二者的最大平均计算偏差仅为1.03 K,摄氏温标下温升的最大平均相对误差不超过5%,且降阶计算时间仅为0.18 s,相较于全阶计算获得了较高的效率提升。最后,依靠110 kV油浸式变压器绕组温升试验平台,通过测量绕组实际的温升情况,对算法的性能进一步验证,相关结果表明所提算法各时刻的计算结果与测量结果相比最大误差不超过4.67 K,且各测量线饼的平均误差不超过1.02 K,在工程上属于可接受的范围。同时,所提算法对绕组瞬态温升全过程的计算时间仅为3.40s,初步实现了实际工程场景下对于绕组瞬态温升快速计算的要求。

基于有限元法的油浸式变压器振动特性分析及优化设计

根据油浸式变压器的电气和结构参数,基于有限元仿真软件建立电路-磁场仿真模型;根据材料磁特性实验测量结果,结合J-A磁滞模型辨识得到的特征参数,获得材料的磁特性模型。建立变压器磁场-结构力场仿真模型,获得变压器周围磁场和应力分布;将计算得到的铁心麦克斯韦力和磁致伸缩力、绕组洛仑兹力作为激励,计算得到考虑材料磁特性的变压器振动位移;提取铁心不同位置的振动位移,获得铁心振动特性分布规律。在此基础上,为降低油浸式变压器的铁心振动,将有限元法与实验设计方法相结合,通过调整变压器绕组参数获得最佳的参数,结果表明优化前后变压器最大振动位移分别为6.12μm和5.71μm,优化方法显著降低了变压器的振动,对油浸式变压器减振降噪具有重要的指导意义。

油浸式电力变压器内部游离气体运动汇集规律

轻瓦斯保护可靠性不足等问题突出,现阶段大多数轻瓦斯保护装置仅发出报警信号而不投跳闸。而近年来国内发生的多起变压器燃爆事故中,轻瓦斯保护均在事故前发出报警信号,这表明其性能具有一定的优越性。因此,对于变压器内部游离气体特性的研究具有重要意义。为分析油浸式变压器内部游离气体运动和汇聚规律,该文设计一个与实际变压器具有相似结构的模型试验箱体,开展典型绝缘缺陷在发展演化过程中的产气试验。基于ANSYS仿真软件,建立相应的气液两相流模型,对典型绝缘缺陷发展演化过程的不同阶段进行仿真分析。试验数据与仿真结果有良好的一致性,结果表明,随着绝缘缺陷的发展,游离气体从缺陷处转移到箱体内各类结构的表面;气体生成速率随着时间的推移而逐渐增加,在此期间气体呈现不同的运动模式并发生形态变化。基于相同理论模型对真型变压器内部气体行为进行仿真分析,得到其附着汇集规律。结果可为开发新型轻瓦斯保护装置提供有益参考。

基于鲸鱼优化算法超参数优化的径向基函数响应面模型的油浸式变压器绕组挡板结构优化

热点温度过高会严重影响变压器运行稳定性,为提高变压器运行的稳定性,该文以降低变压器绕组热点温度为优化目标,采用径向基函数(RBF)响应面模型优化变压器绕组挡板尺寸,改善油流分布以实现更好的散热。为提高RBF响应面模型的拟合精度,该文采用鲸鱼优化算法(WOA)对径向基函数的超参数值进行优化,并与传统网格搜索(GS)寻优方法和定参RBF模型进行对比。对比结果表明对于超参数优化问题,在拟合精度占优的前提下,WOA优化效率是GS寻优方法的3.13倍。在此基础上,该文基于WOA-RBF响应面模型对绕组挡板结构尺寸进行优化,优化后的热点温度相较于初始结构的热点温度降低了3.81℃,相对于全场域的最大温升降低了13.42%,并有效地降低了绕组整体温升。同时将所提算法与遗传算法(GA)优化结果进行对比,在保证精度的同时,WOA-RBF响应面模型优化效率是GA的13.41倍。根据上述结果分析可知,所提算法具有很好的优化性能,同时相比于遗传算法,可以在保证优化精度的同时,显著地提高优化效率。

基于全寿命周期成本和综合故障率的油浸式变压器经济寿命评估

电力变压器的经济寿命评估对于提高系统与设备运行的经济效益有重要作用。以全寿命周期成本评估为基础,融入环境成本,明确给出各类成本计算方法,在考虑资金时间价值的前提下,将全寿命周期成本等年值最低作为退运依据,建立了更为全面、科学的油浸式变压器经济寿命模型。同时,基于油浸式变压器基准故障率,以计及负载率、设备状态和大修后役龄回退现象的综合故障率作为经济寿命模型的影响因素,并利用粒子群算法迭代确定最佳大修时间,为设备故障率和经济寿命的精确评估提供思路。结合实际算例说明该评估方法是有效可行的,可以为决策者提供详细经济数据。

基于邻域粗糙集与深度信念网络的油浸式变压器故障诊断

针对油浸式变压器的故障类型分类问题,提出一种基于邻域粗糙集与DBN的故障诊断模型。通过对变压器中故障气体进行无编码比值处理,得到了35种故障特征气体比值。利用相关性分析与领域粗糙集算法对所得气体比值进行特征选择,删去冗余以及对故障类型没有贡献的特征气体比值。将所得的9种特征气体比值作为输入变量,构建DBN诊断模型,实现了油浸式变压器的故障诊断。DGA数据上的实验结果验证了所提方法的有效性和准确性。

油浸式变压器在线检测与故障诊断技术研究

通过对油浸式变压器故障类型及诊断方法进行详细研究,并结合变压器油色谱分析、局部放电检测及温度检测等技术设计了一套电力变压器监测及故障诊断系统。该系统可实现对油浸式变压器的全方位在线检测及故障报警诊断,同时兼顾检测快速性及准确性,有效提高油浸式变压器检测的智能化程度。

新型氧化锌薄膜乙烷气体传感器在油浸式变压器中的应用

在大型油浸式电力变压器的健康管理中,变压器油中溶解气体的精准检测技术发挥非常重要的作用,尤其是在早期发现潜在故障方面。该技术可以更好地保证变压器绝缘性能的稳定性。其中,气体传感器在整个技术体系中发挥实时监管的作用,是该检测的技术核心。旨在探索一种全新的水热法工艺,结合高质量的金属氧化锌(ZnO)薄膜材料,同时运用扫描电子显微镜(SEM)和X射线衍射(XRD)2种专业分析技术,对ZnO薄膜的微观形态及其晶体结构进行全面分析。凸显所制备材料在基础性能方面的优异性,并为后续实验工作的开展做好充足准备。

油浸式电力变压器动态载荷评估技术研究

电力回路评估是电力设备运行的主要内容,对于电力传输能力和设备利用率的提高具有重要的作用。油浸式电力变压器作为电力系统中的关键设备,对其进行最大限度的动态载荷能力分析,可以增强电力回路动态载荷的客观性。但是,场景载荷曲线、环境温度曲线、热点温度辨识、绝缘寿命、健康状态评估等信息复杂,标准Kalman滤波算法存在局限性,无法满足实际的载荷评估需求。为此,本文对Kalman滤波算法进行改进,与支持向量机算法融合,提出改进Kalman滤波算法,分析热点温度辨识、热老化与动态载荷关联规律、载荷能力等指标,以实现准确的载荷评估。MATLAB仿真显示,在热点温度、绝缘寿命、健康状态评价等方面,改进Kalman滤波算法能够实现短期、长期的动态载荷评估,评估结果更加接近于实际测试,并优于标准Kalman滤波算法。