Numerical Analysis of Magnetic Force of Dry-Type Air-Core Reactor

This paper presents a coupled magnetic-circuit method for computing the magnetic force of air-core reactor under short-time current. The current and the magnetic flux density are computed first and then the magnetic force is obtained. Thus, the dynamic stability performance of air-core reactor can be analyzed at the design stage to reduce experimental cost and shorten the lead-time of product development.

Calculation and Design of Dry-type Air-core Reactor

Based on the method of compound and additional conditions under the conditions of the equal temperature rise and the equal potential drop (P.D.) of resistance, the application of design software of dry-type air-core reactor is introduced in this thesis. The analytical methods of the inductance are also given. This approach is proved entirely feasible in theory through the simplification with Bartky transformation, and is able to quickly and accurately calculate reactor inductance. This paper presents the analytical methods of the loss of dry-type air-core reactor as well.

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。

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。

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。

基于置信规则库的干式空心电抗器状态评估方法研究

针对电力设备故障样本少且获取困难等问题,提出了基于置信规则库的干式空心电抗器状态评估方法。通过搭建多工况下干式空心电抗器电气及温升特性试验平台,获取不同工况下电抗器有功功率和最热点温升率数据样本集,建立基于置信规则库和证据推理的电抗器状态评估模型。为了减小因专家主观经验对状态评估模型预测结果的影响,提出置信规则库优化方法,并采用证据推理算法将电抗器输入特征信息转化为输出状态等级。利用测试数据对评估模型进行测试,结果验证了基于小训练样本的干式空心电抗器状态评估方法的有效性和准确性。

基于辐照度分析的干式空心电抗器局部放电定位方法

干式空心电抗器局部放电的定位对于保证电能质量和节省维修成本具有重要意义。针对现有局部放电定位方法在电抗器实际应用中精度较低的问题,提出一种基于辐照度分析的干式空心电抗器局部放电定位方法。首先,根据干式空心电抗器典型结构建立三维光学仿真模型,分析不同位置放电光源在包封底部的辐照度分布特性,基于最大方差理论对辐照分布矩阵进行特征提取,构建光学仿真数据集;然后,采用交叉验证的方法对随机森林和反向传播神经网络模型进行参数调优,使用测试集评估模型的定位效果;最后,利用干式空心电抗器局部放电实验平台,对定位方法进行实测验证。结果表明,2种模型在实验数据集下的定位准确率均高于90%,相比于反向传播神经网络,随机森林的定位准确率更高且推理时间更短,验证了基于辐照度分析的放电定位方法的有效性。

基于小波包分解的干式空心电抗器故障检测方法研究

针对干式空心电抗器匝间短路故障频繁发生的问题,通过分析35kV干式空心并联电抗器匝间短路过程中状态参数的变化,提出了基于小波包分解的干式空心电抗器故障特征提取及检测方法。首先建立了电抗器的正常、故障(同股匝间短路及异股匝间短路)状况下的电路模型,给出了各电气参数的计算方法,搭建了MATLAB/Simulink仿真电路,运用小波包分解方法分析了电抗器正常、故障状况下流经电抗器总电流的变化规律;其次,根据分解结果,提取和分析各个频段节点信号的能量特征,通过相同频段节点信号的差异对比,实现了电抗器运行状态判断;最后针对电抗器匝间短路时初期电气量变化不明显导致误判的问题,运用熵权法对电流平均值的差值和余弦相似度进行加权计算,提高了故障检测的精度。实验结果表明:将故障工况下的电流进行小波包分解能准确识别匝间短路故障,可以为干式空心电抗器的运行提供理论参考。

考虑谐波电压的干式空心电抗器匝间短路早期故障诊断方法

针对干式空心电抗器匝间短路早期故障特征不明显、电力系统中谐波含量波动影响诊断准确率等问题,提出了考虑谐波电压影响的干式空心电抗器匝间短路故障特征分析与诊断方法。针对电抗器正常运行、早期匝间电弧性短路、中后期匝间金属熔接性短路等3种工况,通过分析串/并联电抗器故障工况运行特性,分别确定串/并联电抗器匝间短路早期故障特征量。建立考虑谐波电压的电抗器匝间短路故障仿真模型,分析多工况下串/并联电抗器电气特征量的变化规律,提出基于电流谐波比的串联电抗器匝间短路故障诊断方法,及基于有功功率比的并联电抗器匝间短路故障诊断方法。搭建串/并电抗器匝间故障试验平台,通过试验验证了所提方法的正确性和有效性。

基于多物理场耦合的大容量干式空心并联电抗器温度场仿真研究

干式空心电抗器的温度场研究对电抗器的设计和制造至关重要。文中对大容量干式空心并联电抗器,采用电磁—流热多物理场耦合方法,考虑了温度对铝导线电导率的影响,建立了包含星型架、撑条和包封绝缘的三维电抗器有限元仿真模型。对于110 kV输电系统中BKGKL-40000/110电抗器进行了仿真分析,分析结果表明电抗器温度分布总体呈现上高下低的趋势,在电抗器上部中心的空气流速最高,将结果与试验测温结果相比较,两者较为接近,说明了仿真方法的准确性。此外,对加设防雨罩后的电抗器仿真结果进行了分析比较。通过分析电抗器的温度分布特点,为干式空心并联电抗器的设计与制造提供参考。

干式空心并联电抗器绕组绝缘状态在线监测方法

干式空心并联电抗器用于无功补偿与抑制工频过电压,在电网中的数量和容量日益增加,事故率却高居不下,其中,绕组匝间绝缘故障占比高居首位,亟需有效的绕组绝缘状态在线监测手段。利用有限元软件对干式空心并联电抗器进行“场-路”耦合仿真,通过分析其绕组异匝和同匝股间短路的电、磁、力变化特征,研究绕组匝间短路故障的发展过程、形成机理,探求便于故障监测的敏感状态量,提出了基于有功功率损耗变化率的绕组绝缘状态在线监测方法。研究结果表明:绕组异匝股间短路对电抗器电、磁、力等物理参量的影响大于相同位置同匝股间短路工况,且异匝股间短路发生在电抗器绕组端部的影响最大。有功功率损耗对电抗器绕组绝缘故障发展的过程反应敏感、易于监测,可通过选择合适的绝缘故障预警值和绝缘失效值,基于有功功率损耗变化率进行状态判断,能够实时发现电抗器绕组绝缘故障,便于及时采取措施,阻止故障蔓延。

基于高频阻抗谱的干式空心电抗器匝间短路故障诊断方法

提出了一种利用宽频阻抗谱对干式空心电抗器匝间短路故障进行有效检测的方法。首先,依据多导体传输线理论构建高频下完好电抗器的等值分布电路模型,并且根据分布等值电路参数计算公式构建其等值仿真模型,分析电抗器宽频阻抗谱的高频特性;其次,对发生匝间短路故障电抗器的宽频阻抗的幅度谱和相位谱进行仿真,分析电感参数变化对电抗器阻抗谱谐振频率的影响规律;最后,在实验室中对小型干式空心电抗器进行试验测试,验证了该方法的有效性。

基于多参数变量优化的户内空心电抗器电磁屏蔽方案研究

为解决户内空心电抗器漏磁导致其周围电磁污染严重、金属设备发热问题,采用ANSYS有限元仿真平台,对500 kV变电站的户内空心电抗器及其周围附属设施和房屋结构进行三维电磁建模,并在房屋顶部加设屏蔽板。通过对屏蔽体的材料、厚度及缝隙宽度等多参数变量进行优化分析,形成了一个改善户内电抗器周边电磁环境的方案。仿真结果表明:在钢梁上方增设由3 mm厚的铝板重叠搭接成的屏蔽板,可以有效降低房屋钢结构的磁感应强度,运行时电抗器温度变化符合空心电抗器要求的绝缘耐热等级,屏蔽装置边缘断面温度较高,最高点为53.26℃,周围建筑设施平均温度约增加5~10℃,满足安全运行要求。

干式空心电抗器匝间过电压绝缘检测实验虚拟仿真教学系统设计与开发

针对学生在干式空心电抗器匝间过电压绝缘检测实验教学过程中存在的危险性大、成本高、消耗高、特高压等问题,应用虚拟仿真技术,通过视景建模与仿真运行,高度还原变电站营运环境,设计和开发了干式空心电抗器匝间过电压绝缘检测实验虚拟仿真教学系统,包含实验仿真、实验考评以及实验服务。教学系统采取虚实结合的方式,推进现代信息技术融入特高压实验教学,激发学生的实验兴趣,取得了良好的教学效果,实现学生工程实践、问题分析、科学研究等能力的提升,对培养学生的创新意识和科研能力发挥重要作用。

基于磁阻效应的干式空心电抗器匝间短路磁场检测研究

针对干式空心电抗器匝间短路故障所产生的磁场变化,本文通过理论研究、建模仿真与样机试验相结合的方式,研究基于磁阻效应的干式空心电抗器匝间短路磁场检测方案。仿真过程中建立了电抗器匝间短路的有限元模型,完成了不同位置处以及不同故障程度的磁场变化量的计算。基于仿真结果,确定了磁场的测量位置,并应用磁阻效应传感器开展了电抗器匝间短路磁场测量试验。试验结果表明:由于测量过程中不与电抗器接触,磁阻效应传感器应用时并不影响电抗器的正常运行;其次,磁阻效应传感器能够有效反映出电抗器故障时磁场的变化情况,验证了磁阻效应传感器测量干式空心电抗器匝间短路磁场的可行性。

基于相位差变化的干式空心电抗器匝间短路故障监测研究

干式空心电抗器是电力系统的重要设备之一,其失效破坏形式主要表现为匝间短路,在电抗器匝间短路故障早期,发出有效预警具有重要意义。干式空心电抗器在健康运行时,电压电流相位差为固定值,匝间短路后相位差随之变化,基于此提出一种相位差变化特性的匝间短路在线监测方法。建立匝间短路场-路耦合模型,根据仿真结果整定匝间短路的相位差变化阈值;采用SOGI-PLL结合apFFT算法实时监测相位差的变化特性;搭建匝间短路在线监测系统,并对其性能进行了测试。结果表明:在线监测系统既能灵敏地发现匝间短路,又能精确地测量相位差,满足了灵敏性和可靠性的要求。研究工作验证了基于电压电流相位差变化的匝间短路监测方法的可行性,并为其实现方法提供了参考。

一起35kV干式空心串联电抗器故障原因分析

目前电力系统中户外型并联无功补偿装置的电抗器大多数采用干式空心串联电抗器,在运行过程中,电抗器常因绝缘老化、局部温升过高、过电压、谐波以及环境等因素影响,导致电抗器匝间绝缘损坏击穿、线圈被雨淋时包封表面爬电,甚至局部放电电弧烧毁现象发生。为此本文介绍了某500kV变电站35kV并联电容器组的干式空心串联电抗器故障烧毁情况,进行了现场检查和返厂试验;对烧损相和非烧损相均进行了由外向内的包封层解体分析,推断出故障原因为:由于电抗器本体运行了近十年后,电抗器本体包封层的环氧材料劣化开裂,遇雨水天气时潮气浸入包封层内部,长期运行导线绝缘薄膜加速老化,在电容器组多次投切产生过电压,造成电抗器匝间绝缘损坏,最终导致电抗器绝缘击穿、起火烧毁。针对本次事故电抗器损坏情况,提出了相应的预防和处理措施。

干式空心电抗器汇流排的设计研究

本文中作者介绍了干式空心电抗器汇流排的设计方法。通过有限元理论对电、磁、热、结构、流体等各物理场进行分析,针对具体产品计算了汇流排的电阻损耗、附加损耗、温升、力学性能等参数,确定了各种电抗器汇流排的选型原则,为电抗器的安全运行提供了有力保障。

干式空心电抗器故障分析及预防措施

通过总结现场干式空心电抗器发生的短路放电、电树枝爬电、断股等故障情况,分析故障原因,并结合现场实际情况提出预防措施及日常运维工作的注意事项。

基于多岛遗传算法的干式空心电抗器热磁联合优化方法

根据等高等热流的空心电抗器设计参数,建立了三维流场-温度场耦合仿真模型,得到了电抗器详细的温度场和流场分布特点,仿真结果表明电抗器内部各包封线圈温升基本相同。提取包封线圈和气道沿轴线方向温度和流速分布,得到包封线圈与气道间的散热特性。在此基础上,选取内部包封线圈-气道单元来反映电抗器的整体温升,结合竖直管道对流换热实验关联式,推导出电抗器的温升计算方法。联立电抗器的电感守恒和结构方程,构建电抗器金属导体用量与包封线圈整体外形比例、气道宽度和包封数量等参数间的关系式,分析了各结构参数对电抗器金属导体用量的影响规律。将电抗器金属导体用量作为优化目标,采用多岛遗传算法获得线圈的最佳结构参数,优化结果表明在保证电抗器电感和温升恒定且满足损耗的要求下,优化方法能够显著降低金属导体用量,可为电抗器的优化设计提供重要指导。