基于弧触头接触振动特征分析的高压SF6断路器电寿命在线监测方法

高压SF6断路器电寿命评估对保障电力系统安全稳定运行具有重要意义。然而,现有的电寿命评估仍旧依赖累计开断电流法与动态回路电阻法,缺乏有效的在线监测手段。该文针对真实126 kV高压SF6断路器设备,研究了基于弧触头接触点分析的电寿命评估方法。结合变分模态分解(VMD)与短时傅里叶变换(STFT)分析,发现弧触头接触时产生了10 kHz以上的高频振动特征信号。通过调整机构拉杆的位置以改变弧触头刚合点,发现了高频振动特征频率出现时刻与弧触头刚合点之间的相关性,进而提出了一种基于弧触头接触振动特征分析的高压SF6断路器电寿命在线监测方法。现场瓷柱式断路器的实验结果表明,弧触头刚合点测量误差约为0.905 mm,因此该文提出的方法有望在高压SF6断路器电寿命在线监测领域实现推广应用。

采用氮化铝材料的水冷变压器的热管理方法

干式高频变压器结构紧凑且损耗较高,而低导热系数的灌封材料使得热量易在变压器内部累积,从而导致温升成为限制大功率变压器容量与功率密度提升的重要因素。该文以环形水冷变压器为研究对象,建立了考虑中心圆柱热阻的变压器集总参数热路模型,并通过有限元仿真验证了所建模型的准确性。基于所建热路模型,解释了变压器温度降幅随着水流量的提高趋于稳定的现象。为了进一步增强散热效果,该文提出了一种基于高导热绝缘材料氮化铝的新型散热结构。该结构在热源与水冷板之间建立起低热阻通道,增强了变压器与水冷板之间的传热,变压器的容量和功率密度可进一步提高。最后,通过有限元仿真与25 kHz/160 kV·A高频变压器样机实验验证了所提散热结构的有效性。

纳米晶高频变压器优化设计与实验验证

在实际工程中,电力电子变压器已经逐渐成为新能源电网等诸多领域不可或缺的重要组成部分,而作为其中关键设备的高频变压器,其优化设计也变得愈加重要。首先,利用改进的Steinmetz经验公式(improved generalized steinmetz empirical formula,IGSE)计算高频变压器铁芯损耗,并采用Dowell方法计算铜箔片在高频下的交流绕组系数。其次,分析了绕组交叉换位对铁芯窗口内漏磁场和导体内电流密度的影响,推导出基于能量法的漏电感公式,综合考虑散热器尺寸大小对温升的影响,并建立了6节点的热网络模型。最后,提出基于自由参数扫描法的高频变压器优化设计方法,得到优化设计方案的Pareto前沿,为验证设计流程的合理性,设计并制作了1台15 kW/5 kHz,效率为99%,功率密度为16.79 kW/L的高功率密度纳米晶高频变压器样机,并搭建了实验平台测试了样机的漏感、铁芯损耗、绕组损耗,与设计值的偏差分别为8.76%、4.02%、2.76%,验证了优化设计方法的正确性,为高效率、高功率密度、大容量高频变压器的研究提供理论和实验基础。

基于有限元的高频变压器分布参数计算与分析

高频变压器的分布参数会影响其输出参数及性能,推导高频变压器副边分布电容以及漏感的解析表达式,发现绕组的绕制方式、分段分层结构、绝缘层厚度、绕组高度、绝缘介质等是影响其分布参数的主要因素。针对40 kV、20 kHz的高频变压器建立了电磁场有限元仿真模型,分别计算和分析了各因素对分布电容及漏感的影响规律。优化副边绕组分段分层结构,综合考虑漏感、分布电容及绕组损耗确定变压器绕组的绝缘厚度及高度,并据此设计加工了实验样机。测试结果表明分布电容和漏感的仿真计算结果与实测值的误差分别为9.5%和11.3%。仿真分析方法以及相关的规律结论为高频变压器的分布参数计算和结构设计提供了参考。

变压器绕组变形综合分析方法研究

电力变压器遭受短路冲击时,其绕组状态会发生一定程度的改变,导致电网安全运行受到威胁。针对单一方法诊断变压器绕组变形不够准确的问题,以1台110 kV变压器绕组变形情况为例,将频率响应法和电容分解法相结合进行变压器绕组变形综合分析,结果显示:该台变压器发生A相中压绕组内凹缺陷的结论,与吊罩观察结果相符。此方法对变压器绕组状态诊断具有一定的指导意义。

电力变压器绕组频率响应特性分析

电力变压器是电网最重要且最昂贵的电气设备之一,它可以实现电能可靠传输与灵活分配,其健康状态直接影响电网的安全稳定运行。为提高变压器绕组故障诊断精度,根据绕组变化前后的等效电路参数仿真得到不同的频率响应特性曲线,并对频率响应曲线变化规律进行了总结分析。结果表明,电力变压器绕组电感对频率响应曲线的低频区域影响较大,等效纵向电容和等效对地电容对频率响应曲线的中高频区域影响较大,研究结果可为变压器绕组故障检测提供参考。

两起高压厂用变压器出口短路事故的诊断试验比对分析

介绍了两台高压厂用变压器出口三相短路事故的概况和诊断性试验,包括介质损耗因素和电容量测试、油中溶解气体色谱分析、绕组直流电阻测试、短路阻抗和短路损耗试验、绕组频率响应分析等。根据两台变压器的历次试验数据,进行纵向、横向的同比分析和互比分析,以及使用比值分析法进行事故诊断和状态评价。结合两台变压器出口短路事故试验诊断比对分析结果,提出了对变压器开展零启升压下的空载试验、油中溶解气体色谱分析、计算产气速率、油中微量金属含量分析、低电压短路阻抗和短路损耗试验结合扫频短路阻抗检测的建议,以提高诊断比对和分析评价的正确性。

高频变压器研究综述

随着电力电子和新能源并网技术的发展,对高频变压器提出了微型化、高频化、高功率密度传输的新要求,因此综合考虑不同约束条件的高频变压器优化设计是现在亟需解决的问题。文章概述了目前高频变压器磁芯损耗、绕组损耗特性、寄生参数和优化设计方法的国内外研究现状,总结归纳了降低磁芯损耗和绕组损耗的措施及控制漏感和分布电容的方法,并对未来高频变压器所面临的重点问题进行了展望。

检测电力变压器绕组变形的扫频阻抗法研究

为了有效诊断变压器绕组变形,该文提出一种新型变压器状态检测方法——扫频阻抗法,并基于其基本理论,建立了一套变压器绕组变形测试系统,在深入探讨该测试系统的性能后,对正常和发生短路故障及局部凹陷故障的变压器进行了测量,理论分析了发生故障后的扫频阻抗曲线变化情况。结果表明:扫频阻抗系统具有较高的测试重复性与稳定性,且其50 Hz处的阻抗值基本等于额定短路阻抗;较高的激励电压能够有效抑制空间噪声干扰;扫频阻抗曲线比频响曲线更为稳定和平滑,且在中高频段时两者呈现轴对称关系;绕组发生短路及凹陷故障的扫频阻抗曲线的差异极为明显,证明了扫频阻抗法用于变压器绕组变形检测的可行性。最后通过现场测试,验证了扫频阻抗法的有效性。

大容量高频变压器绕组损耗的计算与分析

应用有限元法对铜箔式10kW大容量高频变压器损耗进行分析,对不同绕组结构的变压器进行了损耗分析,得到了绕组交叉换位技术可减少大容量高频变压器损耗的结论,最后样机实验数据提供了有力的证明。利用绕组交叉换位技术设计开发的20kHz、10kW变压器效率最高可达99%。

变压器绕组对局部放电特高频定位方法的影响

为研究特高频(ultra-high frequency,UHF)定位方法对绕组内部局部放电定位的可行性,通过实验研究了油浸式电力变压器中绕组对局部放电UHF电磁波传播的影响。建立了基于220kV油浸式电力变压器的试验研究平台和UHF定位系统,并在变压器绕组内部设置了局部放电缺陷。通过试验测量了UHF电磁波经过绕组后的衰减程度和到达两传感器的时间差误差,并计算得出定位结果及其误差。结果表明,UHF电磁波经过绕组向外传播时,其信号幅值衰减了18～22dB,时间差误差≤0.5ns,UHF定位方法对绕组内部的局部放电的定位误差<15cm。可见,虽然绕组内部的局部放电UHF电磁波经过绕组后衰减严重,但是由此引起的时间差误差较小,因此采用UHF方法可以对绕组内部的局部放电准确定位。

振动频响分析法在大型变压器绕组变形检测中的应用

对一台220 kV变压器A相绕组前后相隔3天的扫频数据进行比较,并对C相绕组人为制造垫块脱落和绕组径向变形故障,以对比其故障前后的扫频结果.结果表明,振动频响分析法能够有效检测绕组变形故障,其重复性较好,且灵敏度比短路阻抗法更高.

检测变压器故障的扫频阻抗法特性研究及应用

为了更加有效地诊断变压器绕组变形,基于扫频阻抗(SFI)法的理论基础,在实验室内构建了一套绕组变形测试系统。以特制单相双绕组变压器为例,引入相关系数(CC)和短路阻抗(SCI)偏差作为判据,对正常和发生短路故障及翘曲故障的变压器进行了测量,并理论分析了故障后扫频阻抗曲线的变化情况。结果表明:扫频阻抗系统具有较高的测试重复性,其在相同测试条件下10次测试的相对标准偏差皆<0.35%,且该方法在频率为50 Hz处的阻抗值等效于该单相变压器的短路阻抗值;初始扫频阻抗曲线最大值与最小值相差约0.6 M?,不利于绕组故障的判断,需进行分贝化转换,经转换后扫频阻抗曲线跨度只为原来的0.1‰;单相变压器发生短路故障时,其扫频阻抗曲线会在最大波峰处产生较为明显的波谷;扫频阻抗法可利用短路阻抗法和频率响应分析(FRA)法判据对单相变压器故障进行判定。

电感集成式大容量高频变压器精细化设计方法

针对固态变压器用电感集成式大容量高频变压器进行优化设计,分析了高频变压器漏电感参数、磁芯高频损耗、绕组高频损耗以及温升的计算方法。在此基础上,利用自由参数扫描法建立了大容量高频变压器优化设计流程。按照最优设计方案制作了一台5kHz/10kW纳米晶磁芯高频变压器模型,并对其参数进行实验测试。将解析设计与有限元仿真和实验测量结果进行对比,结果表明模型漏电感、交流电阻和磁芯损耗的相对偏差分别为2.85%、1.49%和5.35%,验证了所提设计方法的有效性。

电力变压器绕组变形诊断有效性研究

对一台220kV电力变压器分相进行了不同程度的突发短路试验,通过对比试验前后的短路阻抗测试、频率响应测试和绕组电容量测试数据,分析了绕组变形测试方法和相关规程的有效性和局限性。

变压器绕组变形诊断中的等效模型参数辨识

提出利用变压器频响试验数据 ,来辨识其等效模型的参数 ,以此诊断变压器绕组变形。方法是 :首先根据变压器电压传递函数和入端导纳函数分子、分母系数来粗定参数 ,然后把这些粗定的参数作为模型参数优化的初始值 ,再运用“归一化”和 Gauss— Newton优化方法消除误差 ,确定模型参数的准确值 ;最后可以通过辨识模型参数的变化来诊断绕组变形。该方法在模型变压器上取得了较好的效果。

电压互感器的高频无源电路模型

提出了一种获得微观无源的PT高频模型方法,该方法首先利用矢量拟合获得Foster形式的网络函数稳定的表达式,然后利用起作用集方法求解带约束条件的二次规划获得满足无源的Foster形式的网络函数,最后综合获得微观无源的电路模型。根据无源修正前后网络函数的对比验证了本文所提方法的有效性。

一种VFTO作用下变压器绕组的高频无源电路模型

为了研究气体绝缘变电站内的开关操作产生的陡波前过电压(VFTO)对变压器的影响,需要建立变压器绕组的高频电路模型。提出一种基于黑盒原理的变压器绕组高频电路模型的建立方法。该方法首先由测量得到的变压器绕组的散射参数计算转化成导纳参数,并应用矢量匹配法对其进行有理函数逼近;为了保证电路模型仿真计算的稳定性,应用序列二次规划法对导纳参数的有理函数进行优化,实现了电路模型的无源性;最后应用福斯特电路综合方法建立了其π型等值电路。该电路模型仅由参数值为正值的RLCG元件组成,可以进行稳定准确的仿真计算。变压器绕组测量与仿真实例验证了该方法的有效性。

一种基于散射参数的电压互感器二端口高频电路模型

为了计算气体绝缘变电站(GIS)内由特快速暂态过电压(VFTO)对二次设备产生的传导干扰,必须建立电压互感器和电流互感器(PT/CT)的高频模型。为此,该文提出了基于散射参数的互感器二端口高频电路模型建立的新方法。该方法首先将测量得到的互感器的散射参数转化为导纳参数并构建互感器的π形等值电路;然后,应用矢量匹配法对π形等值电路的导纳参数进行有理函数逼近获得它们部分分式和形式的频域表达式;最后采用电路综合方法构建出导纳元件的等值电路。时域仿真和实测结果的比较验证了该方法的可行性和有效性。该方法具有简单、有效和通用的特点,克服了以前建模方法的不足,所建立的模型可以使GIS内的传导干扰计算更为准确。

用三维有限元法计算分裂式变压器短路阻抗

为准确计算出分裂变压器高、低压绕组间的短路阻抗,首先采用ANSYS的三维静态磁标势法数值计算得出高压多并联支路与单个低压绕组间的多绕组电感矩阵,并依据电路理论将其简化为等效双绕组电感矩阵,进而得到短路阻抗百分比,并推导了高压各并联支路电流分配,最后给出一个概念设计的分裂式高温超导变压器算例。计算结果表明,低压各分裂绕组分别单独运行时,高压绕组的各并联支路电流分配不均,主要集中在与运行的低压分裂绕组紧耦合的高压支路中,故高压绕组与低压各分裂绕组间的短路阻抗主要由紧耦合的高压支路与低压分裂绕组间的漏磁路决定。