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。

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。

采用振动传感阵列的高压并联电抗器铁心松动故障诊断方法

铁心松动是高压并联电抗器长期振动效应下的主要机械故障之一,利用单点振动信号分析法对其进行缺陷诊断存在测点选择困难、数据不具备典型性等缺点,而利用振动传感阵列可有效避免以上问题。介绍了基于质量‑弹簧模型的并联电抗器铁心振动机理,通过高压并联电抗器振动测试平台,确立了高压并联电抗器油箱振动形态测试方案,得到各个频率分量下高压并联电抗器油箱表面的振动形态,分析了电压和铁心松动对高压并联电抗器油箱表面基频振动形态的影响。借鉴图像形态学中纹理特征的提取方法提出了一种基于振动强度共生矩阵的特征提取算法,以铁心处于紧固状态和不同松动状态下的10 kV并联电抗器模型为算例,验证了所提算法的有效性。

基于振动信号总离散频谱的高压并联电抗器健康评估方法

文章设计并实现了一套高压并联电抗器健康评估系统,具有振动信号采集、存储、分析,及健康评估等功能。因单一位置振动信号无法全面反映电抗器健康状态且不具备检测拓展性,系统将电抗器表面多路振动信号离散频谱按权重叠加,作为特征向量输入机器学习模型中,实现了对现场运行的6台某公司750 kV高压并联电抗器的检测和健康状态评估。将基于振动信号总离散频谱的评估结果与油色谱检测法和超声波局放法的实测结果进行比较,发现该方法与上述两种常规检测方法的分析结果保持一致,且状态评估准确率达到100%。因此,基于振动信号的电抗器健康状态评估具有很大的实际工程意义。

改进EEMD算法在高压并联电抗器声信号去噪中的应用

高压并联电抗器运行过程中产生的声信号是准确判定电抗器运行状态的重要依据,在对电抗器声信号现场采集时易受到多种外界噪声的干扰,测量仪器无法有效进行预处理,导致对电抗器运行状态的评估发生误判。提出了一种基于多传感器融合及最小下限频率截止的改进集合经验模态分解(ensemble empirical mode decomposition,EEMD)高压并联电抗器声信号去噪方法。首先,利用一致性数据融合算法对各声纹传感器进行关联和甄别,剔除失效传感器,确定有效传感器组。其次,选取有效传感器组中的最小下限频率作为固有模态函数(intrinsicmode function, IMF)的筛选截止条件并进行集合经验模态分解。然后利用相关系数法提取有效的IMF分量。最后对有效IMF分量叠加重构,得到去噪声信号。模拟实验和实测结果表明,该方法具有较好的去噪效果。通过与传统经验模态分解法(empirical mode decomposition, EMD)、标准EEMD去噪技术的比较,验证了该方法在实际应用过程中的有效性和实用性。

海上风电高抗匝间保护误动分析及对策建议

针对现场频发的海上风电输电海缆高压并联电抗器(以下简称“高抗”)匝间保护在常规分、合闸操作过程中的误动问题,开展了误动场景分析并提出相应对策建议。首先,对比不同厂家的匝间保护原理并解析不同操作场景下的误动过程。接着,总结出合闸时因铁心饱和产生零序源而被误判为内部故障及谐振期间电流幅值增大导致测量阻抗减小是保护误动的原因。然后,通过仿真复现了现场操作场景下的录波波形,验证了理论分析的正确性。最后,提出增加零序涌流谐波闭锁判据、增加谐振频率识别判据、操作时高抗侧开关先合后分等防误动措施。

基于箱体振型特征的油浸式电抗器绕组松动识别方法

通过分析高压并联电抗器油箱表面振动加速度信号可以得到电抗器内部机械状态信息,从而有利于避免电抗器事故的发生。本文针对一台500 kV油浸式铁心电抗器搭建了振动实验平台,首先对油箱表面均匀分布测点的振动加速度信号进行相位校准并获取运行变形振型(ODS)图像,通过升压实验分析了电抗器表面振型分布与电压之间的关系,借助灰度共生矩阵提取电抗器在不同机械状态下的ODS图像纹理特征并进行对比分析。研究结果表明:运行电压下电抗器ODS分布不变,当绕组发生松动时,电抗器表面ODS图像的纹理特征发生变化,其灰度共生矩阵的能量增大,相关性减小,逆差距增大,从而验证了本文绕组松动识别方法的有效性,为高压并联电抗器故障诊断提供了参考。

新投运1 000 kV特高压并联电抗器产生乙炔原因及改进

对新投运的1 000 kV特高压并联电抗器产生乙炔原因展开分析,并通过返厂解体检查确认乙炔产生原因为磁分路接地片与接地线连接不可靠,造成磁分路接地不可靠,发生接触性放电。提出了磁分路夹件侧屏蔽管新的接地方式,由原有的屏蔽管与夹件接触接地更改为屏蔽管与夹件可靠绝缘后用接地线连接,避免因振动引起的接触不可靠,为特高压并联电抗器生产、运维检修提供了参考。

1000kV特高压并联电抗器色谱异常原因分析与处理

本文中作者介绍了1000kV特高压并联电抗器色谱异常故障的分析处理过程。通过电抗器色谱检测数据、器身解体检查等手段,确定了设备故障类型、位置及原因,并提出了处理与改进的方法,经修复后该电抗器各项试验数据均合格,可以重新投运。作者提出了高压电抗器色谱异常故障的排查方法和处理措施,为今后此类故障分析和处理提供借鉴和参考。

一种利用高压并联电抗器的电缆耐压快速试验新方法

随着中国电网的高速建设,高电压、长距离电力电缆大规模投入运行,对保障工业生产、居民生活用电起着重要作用。在电缆投运前需进行交流耐压试验,现场通常采用变频串联谐振方法来进行测试。随着电缆电压等级升高、长度的增大,与其匹配的串联电抗器的数量及容量也上升,提高了试验难度,增大了安全风险。文中提出一种利用高压并联电抗器的电缆耐压快速试验新方法,并对该方法进行了理论分析及试验验证。试验结果表明:新方法可以提高试验回路品质因数,提高电缆耐压试验效率及安全性,并大幅降低试验成本。

一起500kV高压并联电抗器异常振动的原因分析及处理

本文中作者针对一起500kV高压并联电抗器异常振动故障,根据在线振动检测结果,结合返厂解体检查,判断出故障原因为高抗铁心饼压紧力不足引发异常振动,最后提出了后续的修复建议。

750 kV高压并联电抗器局放检测异常分析

文中介绍了一起750 kV高压并联电抗器局放检测异常案例,通过带电检测和综合监护系统成功捕捉到了高压电抗器内部间歇性放电信号,进一步明确了微弱乙炔状态下的缺陷类型。通过超声传感器联合定位方法确定了局放源的位置,并通过解体确定了故障原因。本次高压电抗器局部放电信号异常的原因为电抗器内部由于长期振动的原因,导致电抗器出现了螺丝脱落,悬浮颗粒造成的油隙打火,而螺丝松动的原因为锁固剂涂覆不规范、螺栓紧固力矩不符合要求。通过对该案例缺陷的处理和分析,在高压电抗器安装、验收、运维检修等方面提出相应建议防止该类缺陷再次发生。

基于时域平移的高压并联电抗器匝间保护工程应用分析

匝间保护是高压并联电抗器的主保护,对电力系统的稳定运行具有重要意义。传统基于零序分量原理的匝间保护在现场应用中出现多次误动,因此本文在分析高压并联电抗器结构及电气特征的基础上,梳理传统匝间保护误动的原因,提出一种由铁心饱和判据和时域平移故障判据构成的高压并联电抗器匝间保护新方法。实验及运行结果表明,无论高压并联电抗器铁心是否饱和,该方法既能保证其无故障空投时可靠不动作,又能在其发生匝间短路故障时快速、可靠动作,从而解决了传统匝间保护因铁心饱和而误动的问题。

220 kV线路并联电抗器工程应用研究

随着城市输电系统逐步从架空线路向电力电缆方向发展,较多的220 kV线路需要配置并联电抗器以补偿线路过大的容性充电功率。考虑到目前国内220 kV线路加装并联电抗器的相关工程实践较少以及设计和施工方案缺乏明确的经验借鉴和技术指导的现状,文中结合实际工程案例,详细介绍了220 kV线路并联电抗器的工程设计原则、技术要点及运行注意事项等;对相应保护配置、启失灵和解复压回路设计以及远方跳闸功能实现等相关技术难点进行深入分析并提出相应解决方案。对指导工程现场设计施工和促进电网安全、规范运行具有重大应用意义和工程价值。

1000kV高抗保护零序电流突变量越限的原因分析及处理

针对某1000 kV变电站发生的一起由零序电流突变量越限引起的高抗保护运行异常告警动作事件,结合保护装置告警报告、装置录波和装置原理对高抗保护装置运行异常行为进行分析,确定保护启动和告警原因,并通过实验方法找出由绝缘损坏导致的二次回路接地点,有效制止了故障的发展,避免了跳闸事件的发生。

超高压磁控式并联电抗器仿真建模方法

从系统角度分析了可控电抗器在超高压和特高压电网中的多种作用和应用前景;结合江陵换流站500kV磁控式并联电抗器示范工程,分析了其磁路结构和工作原理,通过理论推导得出了磁控式可控电抗器的数学模型;在此基础上,提出了复杂磁路建模新方法——磁路分解法,并建立了磁控式并联电抗器(magnetically controlled shunt reactor,MCSR)仿真模型。文章给出了10kVMCSR原理样机的试验结果,并与软件仿真结果进行对比分析,验证了仿真模型的正确性。文中提出的磁路分解仿真建模法具有原理清晰、建模简便、模型精确、工程适用的特点,适用于电力系统电磁暂态计算,为超/特高压MCSR的分析提供了必要的仿真手段。

特高压变电站工频电场模拟计算及其分布规律

特高压变电站内设备种类繁多,且电磁环境较为复杂,因此在设计阶段需对站内工频电场强度进行合理评估。为此,运用有限元分析软件Ansys建立了3维变电站计算模型,并采用谐波分析方法实现了电准静态场的模拟计算。以淮南至上海特高压交流输电示范工程变电站带高抗出线回路新型4柱设计方案为例,研究了母线、设备及构架对回路对地1.5m处电场分布的影响,并对母线高度进行了优化。研究结果表明:带高抗出线回路(简称高抗回路)的大部分区域对地1.5m处的电场强度由母线高度决定,设备结构仅对自身附近区域的电场强度影响较大;构架位置会影响站内电场强度峰值的出现区域;设计方案的母线高度为17.15m,最大电场强度为9.34kV/m,经过优化的母线的最优高度为16.65m。对特高压交流示范工程长治站和荆门站分别进行工频电场模拟计算,计算结果表明:2座变电站的工频电场均满足电场强度设计要求;站内主要区域电场分布的计算结果和测量结果之间的误差约为10%。

超高压磁控式并联电抗器稳态特性

介绍了500kV磁控式并联电抗器(magnetically controlled shunt reactor,MCSR)的结构特点;阐述了MCSR的工作机理和稳态特性,并进行了试验验证。理论与试验表明,MCSR具有分段的伏安特性:在一定励磁条件下且电压较低时,MCSR电压、电流呈线性关系,随着电压的升高,电抗器电流增加的速度趋缓,MCSR进入恒流区;MCSR网侧绕组内几乎不含3k次谐波电流成分,各容量下各次谐波电流有效值不大于额定基波电流的3%;MCSR基波容量随着直流励磁电流的增加而单调增加,呈现略带饱和的线性关系,具有优越的控制特性。MCSR具有容量大范围连续可调、谐波含量小、稳态控制特性好的性能特点,可有效协调超高压、特高压电网限制过电压与无功补偿之间的矛盾,有着广阔的应用前景。

超/特高压高漏抗变压器式分级可控并联电抗器的动态模拟

为提升对新型电力设备的仿真能力,国家电网仿真中心动态模拟仿真试验室开展了超/特高压高漏抗变压器式分级可控并联电抗器模拟技术的研究工作。分析了应用于超高压输电线路中的高漏抗变压器式分级可控并联电抗器的原理和技术特点;结合试验室电力系统动态模拟仿真系统的特点,提出了超/特高压变压器式分级可控并联电抗器模拟装置的参数选取和结构设计方法;介绍了该模拟装置的控制功能,并将模拟装置接入动态模拟仿真系统,对其控制功能进行仿真试验。试验结果表明所研制的超/特高压变压器式分级可控并联电抗器模拟装置的性能满足设计要求,可用于动态模拟仿真试验及研究工作。

高压并联电抗器非线性模型的分析

建立精确的高压并联电抗器非线性模型是对超(特)交流输电系统进行各种仿真分析的基础。基于单相并联电抗器的电磁关系,充分考虑铁心非线性的影响,提出了一种适用于谐波分析、易于仿真实现的单相并联电抗器的非线性模型,它由反映其磁化特性的非线性电感与反映其铁心损耗的非线性电阻并联再与漏阻抗串联组成,并且分别引入ir-u和i1-u瞬时特性曲线来求解非线性电感和非线性电阻。结合我国晋东南-南阳-荆门1 000 kV特高压交流输电试验示范工程中的高抗参数在PSCAD/EMTDC中进行了建模和仿真,证明所建立的模型能够比较准确地反映高抗的非线性特性,为进行超(特)高压交流输电系统仿真模型的搭建和对其进行谐波特性分析提供了必要条件。