基于特征提取和神经网络的电力变压器声纹诊断方法建立与应用

电力变压器振动声学信号中包含着丰富的运行信息,变压器经历特殊工况或故障后,声纹信号会发生变化。声纹作为一种新的感知手段,通过对变压器声纹信号开展在线监测,感知和分析运行状态,可以及时预警设备缺陷和隐患。本文针对数十种型号大型电力变压器进行现场声纹监测,建立基于特征融合和深度学习人工神经网络的声纹诊断方法,给出变压器非正常运行判据,并进行了实例验证。随着变压器声纹样本库的扩大和人工智能算法的成熟,基于声纹的电力变压器状态评价方法具备一定的实际应用价值。

强火源下难燃电缆烟气特性及吸附探测可行性研究

难燃电缆因含有卤素元素,烟气具有毒性,火灾危害性大,准确探测是发现并控制事故的关键。本文采用JCY-2型建筑材料烟密度仪开展了YJV型难燃电缆强火源引燃试验,测试吸附材料吸附20、50、100 s时电缆外护套产生烟气的烟密度,并拍摄吸附材料电镜图像,运用ImageJ软件处理并分析吸附材料表面灰度和吸附颗粒特性,进而探讨加装吸附材料对提高现有光电感烟探测器探测准确率的可行性。结果表明:电缆燃烧过程中处于不良通风条件的时间越长,烟密度峰值越低,吸附材料表面灰度越高;吸附材料能有效吸附富集烟气颗粒,烟气颗粒随吸附时间变化呈现表面附着、网状附着、环状附着的变化规律;吸附材料网线纤维直径小于9μm能实现较好的吸附效果。研究成果为风流环境电缆火灾预警和探测及线缆火灾调查提供了新思路。

计及光伏并网的电力系统频率特性和网络方程电压可解性分析

随着新能源大容量并网,电力系统面临转动惯量不足、电压支撑能力弱等问题,电力系统频率和电压稳定问题突出。考虑光伏并网情况,提出了量化电力系统频率特性和网络方程可解性的分析方法。一方面,基于电力系统近似全状态模型,通过状态变量时域响应的解析解,分析了系统参数对频率特征量的影响,证明了在全状态模型下光伏附加频率控制不改变系统惯量但能够增加系统阻尼。进一步,指出系统频率响应主要由主导模式决定,给出了主导特征值的解析计算式。另一方面,聚焦网络方程,分析雅可比矩阵奇异性等值条件,基于实对称矩阵的最小特征值提出一种量化电压可解性的负定性指标。并应用该负定性指标,借助图论分析方法论证了随着电网中光伏渗透率增加,电压可解性下降,电压稳定性恶化。最后,在4机11节点经典算例和实际电网中验证了上述分析方法的有效性。

全尺寸高压开关柜电缆绝缘故障电致燃烧试验研究及机理分析

由于开关柜的封闭特性,长期以来研究人员对于开关柜内火灾发展的时空演变规律缺乏认知,对电缆放电能否引燃、如何燃烧有争议,针对性的防范措施缺乏依据。燃烧试验难度大,全尺寸试验难以开展。文中针对高压开关柜电缆单相接地短路引发火灾的过程开展研究。搭建全尺寸试验平台,研究掌握了电缆短路起火过程中开关柜内外以及电缆外皮的温度分布情况。开展了多物理场仿真研究,构建了开关柜起火模型,掌握了火灾蔓延规律。基于仿真和试验结果对电缆电致燃烧过程中电缆材料分解过程及材料分解对燃烧的影响进行了分析。通过上述研究,掌握了高压开关柜电缆绝缘故障燃烧机理,掌握了电缆外皮温度可以很好的反应开关柜内部故障温度,为开关柜火灾预防奠定了基础。

一种新的电力变压器超声局部放电定位方法研究

近年来研究者已采用多种基于超声法的定位算法来确定电力变压器内局部放电源的位置,但多数方法会忽视超声信号复杂的传播路径对局放源定位的影响,造成较大误差。本文首先分析了由局放产生的声波信号在变压器内复杂的传播过程,尤其是超声信号穿过变压器外壳后被传感器接收过程中的波形转换现象。然后根据实际变压器尺寸建立了变压器模型,该模型中任意一个节点可代表一个局放源的潜在位置。在建立的模型基础上,提出了优化传播路径搜索算法,该算法可还原声波的传播过程并计算出从潜在局放点到传感器位置间的最快路径,进而实现局放源的精确定位。最后在35 kV变压器实验平台上进行了局放定位实验,结果优化传播路径算法的平均定位误差为18.3 cm,验证了该算法的可行性与精确度。

城市电力电缆隧道消防安全评估研究

电力电缆隧道是未来城市电网建设的一个重要发展方向。为对城市电缆隧道的消防安全水平进行评价,构建了城市电力电缆隧道消防安全评估指标体系,共包含40个评价因素,涉及电缆的燃烧属性、电缆的运行状态、电缆隧道环境特征和电缆隧道消防配置4个方面;然后,利用模糊层次分析法对某城市地下电力电缆隧道的火灾风险进行实例研究,结果表明该评价体系具有一定的科学性,可为提升城市电力电缆隧道的消防安全水平提供建议。

粒子群优化算法在电力变压器声纹识别中的应用

针对非接触式电力变压器在监测及运行状态识别过程中存在的问题,提出了一种基于粒子群优化的电力变压器声纹识别技术。通过利用加权优化的线性预测倒谱系数和差分组合的梅尔频率倒谱系数作为变压器声纹识别的特征向量,构建了应用于变压器声纹识别的粒子群优化神经网络模型。实验结果表明,特征向量为线性倒谱系数时,所提模型识别效率要比BP神经网络的识别效率高33%;采用梅尔倒谱系数作为特征量识别准确率比线性预测倒谱系数大约提高了5.3%,平均识别时间缩短了约25%。

电力物联网下基于卷积神经网络和迁移学习的GIS局部放电模式识别分类方法研究

随着电力物联网建设的快速推进,对实时监测气体绝缘金属封闭开关设备(GIS)内部局部放电信号的特高频法提出了新的和更高的要求。在充分利用表征GIS局部放电信息构建模型以提升模式识别准确率的同时,将模型移植到嵌入式系统,进而构成以边缘计算为支撑的物联网智能终端,成为亟待解决的一个关键问题。为此,文中深入研究了基于卷积神经网络和迁移学习的GIS局部放电模式识别分类方法,在多种典型缺陷下对比了不同模型在训练时间、准确率、参数量和存储花销等方面的性能。结果表明,Mobilenet模型具有最小的参数量和存储花销以及较短的训练时间,在电力物联网下基于智能终端的GIS局部放电模式识别中具有明显优势。

CF_(3)SO_(2)F/N_(2)混合气体的电离特性试验研究

为评估CF_(3)SO_(2)F/N_(2)混合气体的绝缘性能,研究了其在电场中的电离特性。通过稳态汤逊实验(SST)测量获得了CF3SO2F摩尔分数分别为10%、20%、30%、40%、100%的CF_(3)SO_(2)F/N_(2)混合气体的有效电离系数和临界约化场强,研究了混合比例、约化场强和电极距离对其电离特性的影响,并比较了CF_(3)SO_(2)F/N_(2)混合气体相对于SF6的绝缘强度。结果表明:CF_(3)SO_(2)F摩尔分数为10%时,CF_(3)SO_(2)F/N_(2)混合气体的电离特性与N_(2)类似;随着CF_(3)SO_(2)F占比增大至20%以上后,CF3SO2F/N2混合气体的电离特性逐步由CF_(3)SO_(2)F主导;CF_(3)SO_(2)F/N_(2)混合气体相对于SF6的理论绝缘强度随着CF_(3)SO_(2)F摩尔分数的增大而增大,40%CF_(3)SO_(2)F/60%N_(2)混合气体的临界约化场强约为SF_(6)的1.01倍,但其对电场变化的敏感程度不如SF6。研究结果可为CF_(3)SO_(2)F/N_(2)混合气体的绝缘强度评估提供理论基础。

安徽省电网用镀锌钢的大气腐蚀及其影响规律

为评估安徽省大气环境下电网镀锌钢构件的腐蚀状态,针对自然曝露1a、3a后的镀锌钢试样,利用SEM、EDS及XRD等表征手段开展腐蚀产物组成及其形貌测试,探讨其大气腐蚀机理;采用失重法获取镀锌钢试样的腐蚀速率,结合灰色关联分析,揭示主要环境因素对镀锌钢试样大气腐蚀速率的影响规律。结果表明,镀锌钢试样大气腐蚀产物为ZnO及少量的Zn_(5)(OH)_(6)(CO_(3))_(2)和Zn_(4)(OH)_(6)SO_(4);腐蚀层表面胞状凸起由层片状的Zn_(5)(OH)_(6)(CO_(3))_(2)、Zn_(4)(OH)_(6)SO_(4)构成,呈菊花状。腐蚀层结构致密,与镀锌层结合紧密,具有良好的保护性,镀锌钢腐蚀程度低。主要环境因素对安徽省域镀锌钢试样大气腐蚀速率影响程度排序为:温度>相对湿度>O_(3)>NO_(2)>PM_(2.5)>PM_(10)>SO_(2)。温度及大气相对湿度的影响较大,而SO_(2)的影响较小。

基于主元-分形理论的电子式电压互感器计量误差自主辨识方法研究

电子式电压互感器(EVT)由大量的电子单元组成,易受变电站复杂运行环境的影响,计量误差的长期稳定性较差。常规检测方法是定期与标准互感器比对校准,属于一种设备状态的抽样检测方法,无法评估EVT的计量数据对节点电能累积作用的影响。针对这一问题,文章基于电力系统节点三相对称的运行特性,通过对三相EVT的计量数据进行主元分形,在残差子分量中建立平方预测方差SPE统计量实现了EVT计量误差的自检测;通过计算EVT运行过程中SPE统计量的分形维数,实现了EVT计量误差劣化形式的自主辨识。研究成果有利于推动EVT的状态检测由定期检测发展为按需检测。

安徽省地级市发电碳排放因子特征与聚类研究

电力行业是我国最大的碳排放单一来源行业,进行实时、准确、全面的电力碳排放计量是开展电源结构调整、技术创新、供需联动、碳排放权交易等降碳措施的重要基础。为揭示2022年安徽省地级市层面发电碳排放因子,动态采集测算了区域电网与发电企业的不同电源实时出力数据与火电机组煤耗数据,并在此基础上,构建多项统计指标,以层次聚类和k-means方法进行聚类,以进一步揭示发电碳排放因子的时空变化特征。结果显示,全省2022年的发电碳排放因子均值为634 g/(kW·h),月度均值变化范围为580~687 g/(kW·h),呈现出冬夏高、春秋低的季节特征;地级市中铜陵市年均碳排放因子最高,高达780g/(kW·h),而黄山市因为没有火电,碳排放因子最低,从空间上看,皖北、皖中地区高于皖南地区。通过聚类得到地级市的四种类型,分别命名为无火电城市、高比例可再生能源城市、中比例可再生能源城市和火电依赖型城市,四个类型的可再生能源发电占比依次减少,从第一类中黄山市的100%下降至第四类中铜陵市的3%;而碳排放因子依次上升,且随时间变化的波动性逐渐下降。针对地级市差异化的发电碳排放因子与波动性特征,为安徽省及所辖地级市进一步降低电力行业碳排放提出建议。

高压开关柜故障起火自动灭火装置优化设计研究

近年来发生了多起高压开关柜火灾事故,传统开关柜灭火通过人工方式灭火,存在灭火效率低、人员风险大等问题。现有开关柜自动灭火装置研究存在引入电场畸变、启动阈值不清及灭火剂选择不当等问题。为解决上述问题,文中开展了高压开关柜故障起火自动灭火系统研究。优化设计了了灭火剂喷头结构,降低了最大场强,避免了绝缘击穿风险。进行了真型开关柜火灾模拟试验,基于试验过程中温度场分布确定了灭火装置启动阈值。探索了灭火剂类型与用量,确定了合理的高压开关柜灭火剂设置方案。建立了完整的高压开关柜自动灭火系统,试验结果表明文中所提出灭火系统快速有效。

高压直流断路器中的IGCT功能性模型仿真研究

高压直流断路器在柔性直流输电系统中起着至关重要的作用,其中集成门级换流晶闸管(Integrated gate commutated thyristors,IGCT)是保障高压断路器正常分断的关键器件之一。因此,研究IGCT开通和关断时的电压电流暂态特性模型,是高压断路器系统研究中的一个重要内容。对PSCAD中的自带IGCT模型进行了二次开发,建立一种IGCT开、断暂态的功能性模型。首先,采用电气等效、曲线拟合的方法,实现电路仿真中IGCT的不同运行状态。其次,在PSCAD中用所提出的模型搭建了仿真测试电路,并与器件手册进行对比分析。最后,将该模型嵌入到组合式直流断路器中进行仿真验证。仿真结果验证了IGCT功能性模型的有效性与正确性,为进一步研究高压断路器中半导体模块的应力分析打下了基础,具有较高的工程价值和研究意义。

油柱直径对变压器油燃爆特性影响实验研究

特高压换流变压器管件内的变压器油易蒸发并形成可燃的油气混合物,当点火源存在时,变压器油燃爆会造成电力设备严重破坏。目前,有关变压器油爆炸动力学演化规律的实验研究匮乏,采用压力传感器测压和高速相机记录火焰形状,研究了油柱直径对变压器油爆炸超压演化和火球行为的影响。实验结果表明,随着油柱直径从93 mm增加至350 mm,最大超压和反射超压均呈现先增大后减小的趋势。随着压力测点与爆炸中心之间的距离增大,最大超压呈现逐渐下降的趋势。当油柱直径从153 mm变化至350 mm时,炸药爆炸诱导的变压器油火球行为相似,爆炸火球的传播以竖直向上扩展为主。变压器油爆燃火球的最大高度和最大面积随着油柱直径增加呈现先增大后减小的变化趋势。

基于电磁瞬态过程的GIS隔离开关分合位置确认方法研究

GIS隔离开关在电力系统中扮演着重要角色,但分合闸不到位故障会威胁系统安全。传统的状态检测方法所反映的腔体内部信息有限,文中提出了一种基于电磁瞬态过程的新方法。利用在GIS隔离开关带电分合过程中产生的电磁瞬态信息,通过分析电磁瞬态信号的起止时间与开关动静触头位置关系,反演GIS隔离开关腔体内动静触头状态。同时,还提出了一种低采样频率下提取高频电磁瞬态信号特征的方法,并开发了相应的采集装置。不仅有效降低了数据采集量,同时可以成功确认GIS隔离开关的分合位置。最后通过实验证明了文中提出方法的有效性。

不同着火位置对高压开关柜火灾影响的数值研究

基于流体动力学计算软件文中研究了不同着火位置对高压开关柜火灾的影响,分析了柜内温度场、无量纲温度因子、烟气分布及总热释放率火灾特征参量。计算结果表明,手车室发生火灾时最高温度低于电缆室或母线室最高温度,且不同着火位置下顶壁或侧壁无量纲温度因子差异明显,可用来进行早期火灾安全预警的诊断手段。烟气场和总热释放速率分布表明,电缆室和手车室着火时,其烟气可充满整个高压开关柜柜体,而母线室着火时烟气仅充满整个母线舱室。另外,电缆室火灾具有较大的总热释放率,因其相邻手车室可燃构件也被引燃进而释放更多的热量。通过文中的研究结果,可进一步认识和了解高压开关柜火灾蔓延发展趋势,也可为高压开关柜的早期安全预警提供技术和理论支撑。

谐波环境下模块化多电平换流器子模块电容器的多场耦合分析及优化研究

金属化薄膜电容器作为柔性直流输电用换流阀的核心设备,在大谐波分量与高环境温度的复杂多物理场作用下存在异常温升、鼓包形变等问题,严重影响着电容器的使用寿命。该文建立了金属化薄膜、电容器单体与电容器整机的电-热-力多场耦合模型,分析了模块化多电平换流器子模块常见谐波环境下,电容器内部多物理场特性。发现谐波电流增强了电容器层间电场畸变与金属化层的欧姆损耗,谐波电场的叠加增大了基膜的介质损耗,综合导致了电容热点温度与内部应力值在谐波分量的增大下呈指数形式上升。为改善电容器在谐波环境下的运行稳定性,采用多目标粒子群算法对单体电容的结构参数进行了优化,得到了单体结构最优解:膜厚4.7mm,膜宽41.8mm,电容直径40.6mm。优化后电容器内部电场畸变系数、热点温度与最大应力值分别降低了23%、22%与31%。提高了电容器在谐波环境下的工作性能,对提升其运行可靠性有一定的指导意义。

气云爆炸条件下消防炮的抗爆性能研究

以换流变压器站变压器燃爆防控及消防应用为背景,针对变压器在失控条件下可能发生的燃爆事故,通过设计模拟试验,完成变压器燃爆事故的模拟。进而对现有消防设备消防炮的功能可靠性和抗爆性能进行验证。结果发现,在高温、高压的气云爆炸火球范围内,消防炮的抗爆性能无法满足实际需要,在变压器爆炸后存在功能损失的情况。发现了消防炮自身的抗爆薄弱环节,提出了消防炮抗爆设计及安装改进建议。可为换流变压器站的抗爆型消防炮设计提供基础数据参考。

电力系统传动转矩控制器低频振荡控制方法研究

转矩控制器时常发生的低频振荡问题,不仅影响电力系统正常运行、对相关系统设备具有较大危害,而且电力系统参数的过快变化,也在一定程度上提升了低频振荡的控制难度,为此,面向电力系统中的转矩控制器,提出一种低频振荡控制方法。根据网压信号构建系统的状态空间模型方程,经初始化与重采样处理粒子集,依据粒子最优状态估计去除信号噪声,基于dq轴模型与网压网流得到信号序列,识别出低频振荡模式;采用网侧电压、电流基波分量以及输入电压,架构dq坐标下变流器模型,通过选取控制器状态变量,设计灵敏度检验策略,制定加权函数提取条件,得到低频振荡控制器。仿真实验阶段,通过发电机网压波形、变流器交流侧电压及电流波形、中间直流回路电压波形,验证所提方法能够较好地控制低频振荡现象,且有效抑制了发电机数量多少的影响。