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基于布里渊光时域峰值边沿分析的变压器绕组局部热点检测

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电工技术学报 2024年第11期39卷 3486-3498页

作者：刘云鹏黎晏霖李欢范晓舟华北电力大学河北省输变电设备安全防御重点实验室保定071003

变压器绕组的温度分布一直是电网运行人员重点关注的对象。与传统传感器相比,分布式光纤传感具有抗电磁干扰能力强、可实现分布式测量等优势,其中布里渊光时域分析技术(BOTDA)的性能稳定,适用于大多数场景,但BOTDA的空间分辨率为m级,难... 详细信息

变压器绕组的温度分布一直是电网运行人员重点关注的对象。与传统传感器相比,分布式光纤传感具有抗电磁干扰能力强、可实现分布式测量等优势,其中布里渊光时域分析技术(BOTDA)的性能稳定,适用于大多数场景,但BOTDA的空间分辨率为m级,难以分辨绕组运行中的局部热点。该文从布里渊散射增益谱的机理入手,利用双峰拟合算法,并结合对异常峰值曲线的边沿分析,提出了一种在不增加系统硬件复杂度的基础上提升BOTDA空间分辨率的方法,以满足局部热点检测要求。通过对光纤沿线不同位置、不同热点长度及不同热点温度下的模拟试验验证了该方法的有效性,在实验室条件下可将准确传感的热点长度提升至原空间分辨率的一半以内。基于变压器实际绕组的局部升温试验,实现了绕组异常热点的精确定位和长度感知,并准确解调了绕组局部热点的温度,进一步验证了该方法的实际可行性和检测优越性,温度相对误差控制在5%以内,为提高变压器绕组温度在线监测的经济性和可行性提供新的思考,同时也为变压器绕组局部故障的提前感知和预警提供了新的思路。

关键词：光纤传感变压器绕组热点温度布里渊光时域分析技术空间分辨率

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高温强余旋非均匀来流条件模拟方法研究

航空动力学报 2024年第8期39卷 27-38页

作者：刘云鹏张举星邸东颜应文南京航空航天大学能源与动力学院南京210016

针对新一代一体化加力燃烧室进口高温强余旋非均匀进气特点,设计了一种可用于模拟一体化加力燃烧室真实进气条件的高温强余旋非均匀进口流场发生装置,该装置能够模拟真实的一体化加力燃烧室进口来流条件。同时开展了耦合进口马赫数、温... 详细信息

针对新一代一体化加力燃烧室进口高温强余旋非均匀进气特点,设计了一种可用于模拟一体化加力燃烧室真实进气条件的高温强余旋非均匀进口流场发生装置,该装置能够模拟真实的一体化加力燃烧室进口来流条件。同时开展了耦合进口马赫数、温度和余旋角度的不均匀流场数值模拟研究,评估了非均匀来流生成装置设计、测量方法与评价指标的有效性,并通过试验结果验证了数值模拟的准确性。结果表明:数值计算所得余旋角误差在壁面附近约为±2°,这是由于数值计算低估了壁面的耗散作用,而在中心区域则在优于±2°;同样在马赫数不均匀模拟中,在主流区域误差在10%以内;此外在对于温度不均匀性的模拟中,数值仿真表现出了较大的误差,这是因为数值计算中未考虑壁面向外界的传热过程。综合来看,本文所提出的高温强余旋非均匀生成装置可生成用于模拟下一代一体化加力燃烧室进口所面临的真实复杂不均匀进口流场条件,所采用的数值模拟方法可以较为准确地揭示流场非均匀特性。

关键词：一体化加力燃烧室高温强余旋条件非均匀进口流场发生装置非均匀空间分布均匀性评价指标

温度对油-纸界面处微水迁移与局部放电的影响

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电工技术学报 2024年第16期39卷 5182-5193页

作者：刘云鹏杨超杰赵涛杨家骏刘一瑾华北电力大学河北省输变电设备安全防御重点实验室保定071003 新能源电力系统全国重点实验室(华北电力大学) 北京102206

变压器内部温度的改变会使油-纸绝缘中水分分布和聚集位置发生改变,而局部高含水量会严重影响油-纸绝缘的电气强度。因此,有必要研究温度对油-纸绝缘界面处微水迁移与局部放电(PD)的影响。该文利用楔形-板电极,研究了升温、起泡及降温... 详细信息

变压器内部温度的改变会使油-纸绝缘中水分分布和聚集位置发生改变,而局部高含水量会严重影响油-纸绝缘的电气强度。因此,有必要研究温度对油-纸绝缘界面处微水迁移与局部放电(PD)的影响。该文利用楔形-板电极,研究了升温、起泡及降温过程中不同含水量(W_(C)=3.61%和5.76%)的油-纸绝缘体系在水分瞬态作用下的PD特性。在温度变化过程中,持续监测油的温度、含水量和水活性,并采用升压及恒定电压法进行PD试验。试验结果表明,温度升高,油-纸界面处局部放电起始电压(PDIV)短时增加,随后PDIV开始逐渐降低且PD强度突然增强。两种含水量体系的油中含水量均逐渐增加。油浸纸板含水量越高,从纸板进入油中的水分越多。气泡出现,PDIV快速下降,油中含水量急剧增加。降温阶段,两个体系的PDIV呈现先减后增趋势,与之相对应,PD强度呈现先增后减趋势,且PD均保持在一个相对较高的水平。油温降至室温,PD并未完全消失。该研究成果对油浸式电力设备中水分的实时监测及其绝缘性能的评估具有重要理论价值。

关键词：矿物油油浸纸板微水迁移温度油-纸界面局部放电

基于POD-αATS的油浸变压器瞬态温升降阶自适应变步长计算方法

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中国电机工程学报 2024年第16期44卷 6656-6666,I0030页

作者：刘刚郝世缘胡万君刘云鹏李琳河北省输变电设备安全防御重点实验室(华北电力大学) 河北省保定市071003 新能源电力系统国家重点实验室(华北电力大学) 北京市昌平区102206

针对油浸式电力变压器瞬态温升计算效率过低的问题,该文提出本征正交分解-αATS(proper orthogonal decomposition-adaptive time stepping based onαfactor,POD-αATS)降阶自适应变步长瞬态计算方法。首先,推导变压器绕组瞬态温升计... 详细信息

针对油浸式电力变压器瞬态温升计算效率过低的问题,该文提出本征正交分解-αATS(proper orthogonal decomposition-adaptive time stepping based onαfactor,POD-αATS)降阶自适应变步长瞬态计算方法。首先,推导变压器绕组瞬态温升计算的有限元离散方程;其次,采用POD降阶算法改善传统瞬态计算中存在的条件数过大及方程阶数过高的问题;同时对于瞬态计算中的时间步长选择问题,提出适用于非线性问题的αATS变步长策略;然后,为验证方法的有效性,基于110 kV油浸式电力变压器绕组的基本结构建立二维八分区数值计算模型,同时将计算结果与基于110 kV绕组的温升实验结果进行对比。数值计算及实验结果表明,所提算法与全阶定步长算法在流场和温度场中的精度几乎相同,且流场计算效率提升约45倍,温度场计算效率提升约38倍,计算速度得到显著提高。这一点在温升实验中同样得到验证,说明该文所提算法的准确性、高效性及一定的工程实用性。

关键词： αATS变步长算法本征正交分解降阶方法瞬态流热耦合问题快速计算方法温升实验

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基于角度偏差自校正的光纤形状传感结构设计

半导体光电 2024年第1期45卷 130-136页

作者：王春霞刘云朋焦作大学机电工程学院河南焦作454000 焦作大学人工智能学院河南焦作454000

光纤形状传感中FBG的放置角度误差会影响曲率的计算精度,从而增大形状反演的误差。为了实现传感胶棒的角度自校正,设计了一种自校正形状传感结构,在传感胶棒的感知截面上布设9个FBG,以120°等角度间隔作为基准位置,分别提取±10°位置... 详细信息

光纤形状传感中FBG的放置角度误差会影响曲率的计算精度,从而增大形状反演的误差。为了实现传感胶棒的角度自校正,设计了一种自校正形状传感结构,在传感胶棒的感知截面上布设9个FBG,以120°等角度间隔作为基准位置,分别提取±10°位置上的应变,从而实现FBG响应与角度偏差的函数映射。提出了一种基于角度偏差自校正算法,通过适应度函数完成对传感参量α与k的阈值优化,实现任意角度偏差的自校正。仿真分析不同α与k条件下的响应关系,发现α具有很好的线性变化特性,k仅随主敏感FBG波动的特性。在单截面实验中,加载0~100 N应力变化后,9个FBG的平均响应度介于[-1.012με/N,0.987με/N]之间。响应度的正负可以表征弯曲方向,相邻FBG的响应也具有很好的线性度。在组合截面实验中,根据反演结果重建传感胶棒三维结构,输出各点位坐标和应力值信息。

关键词：光纤形状传感自校准角度偏差传感胶棒组合探测

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

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电工技术学报 2024年第17期39卷 5331-5343页

作者：刘刚高成龙胡万君刘云鹏李琳河北省输变电设备安全防御重点实验室(华北电力大学) 保定071003 新能源电力系统全国重点实验室(华北电力大学) 北京102206

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,... 详细信息

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。

关键词：响应面方法径向基函数热点温度鲸鱼优化算法油浸式变压器挡板结构优化

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高压断路器触头烧蚀及电寿命评估研究综述

高电压技术 2024年第2期50卷 489-502页

作者：赵书涛黄伟杰刘会兰杨嘉睿刘云鹏华北电力大学河北省输变电设备安全防御重点实验室保定071003 国网浙江省电力有限公司经济技术研究院杭州310000

随着高压断路器接近设计寿命年限其触头烧蚀情况越来越严重,评估高压断路器电寿命可提高利用效率同时保证其运行可靠性。根据近些年有关开关电器电寿命相关文献,首先从触头烧蚀数学模型出发剖析了断路器电寿命终结物理过程;然后对比了... 详细信息

随着高压断路器接近设计寿命年限其触头烧蚀情况越来越严重,评估高压断路器电寿命可提高利用效率同时保证其运行可靠性。根据近些年有关开关电器电寿命相关文献,首先从触头烧蚀数学模型出发剖析了断路器电寿命终结物理过程;然后对比了目前常用的断路器电寿命评估方法优缺点,指出数据模型是驱动设备寿命准确评估的关键,并借鉴其他类型开关电器电寿命相关研究为高压断路器靠性评估开拓了思路。最后指出高压断路器电寿命预测所面临挑战以及研究方向。

关键词：高压断路器状态评估电寿命触头烧蚀开关电器

基于光辐射强度的日盲紫外放电检测结果一致性校准方法

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电工技术学报 2024年第13期39卷 4176-4187,4256页

作者：李泳霖黄世龙刘云鹏耿江海杨家骏新能源电力系统全国重点实验室(华北电力大学) 北京102206 华北电力大学河北省输变电设备安全防御重点实验室保定071003

随着紫外放电检测技术的广泛应用,为解决不同型号日盲紫外成像仪的检测结果缺乏一致性和可比性的问题,该文基于MODTRAN模型分析了温度、湿度、气压和检测距离等不同因素对日盲紫外波段光辐射的大气传输过程的影响特性,建立了紫外检测辐... 详细信息

随着紫外放电检测技术的广泛应用,为解决不同型号日盲紫外成像仪的检测结果缺乏一致性和可比性的问题,该文基于MODTRAN模型分析了温度、湿度、气压和检测距离等不同因素对日盲紫外波段光辐射的大气传输过程的影响特性,建立了紫外检测辐射传输模型,搭建了辐射计量一致性校准平台,提出了紫外检测结果一致性校准方法。利用该方法建立了3台不同型号紫外成像仪的检测结果一致性校准公式,可将紫外成像仪测得的光斑面积换算为检测目标产生的光辐射强度。使用3台紫外成像仪对棒-板模型电晕放电和氘灯光源进行紫外放电检测,由一致性校准公式所得检测目标的光辐射强度计算值的相对标准偏差均小于0.1,验证了一致性校准方法的普适性。

关键词：紫外放电检测辐射传输模型辐射计量一致性校准平台一致性校准方法光辐射强度

基于ER-YOLO算法的跨环境输电线路缺陷识别方法

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电工技术学报 2024年第9期39卷 2825-2840页

作者：裴少通张行远胡晨龙杨文杰刘云鹏河北省输变电设备安全防御重点实验室(华北电力大学) 保定071003

为提高输电线路缺陷智能检测算法在不同环境条件下的鲁棒性,克服现有智能检测算法在不同环境下识别性能下降的问题,该文提出了跨环境鲁棒YOLO(ER-YOLO)算法。首先,基于广义注意力理论在YOLOv8的骨干网络中引入Transformer注意力机制;其... 详细信息

为提高输电线路缺陷智能检测算法在不同环境条件下的鲁棒性,克服现有智能检测算法在不同环境下识别性能下降的问题,该文提出了跨环境鲁棒YOLO(ER-YOLO)算法。首先,基于广义注意力理论在YOLOv8的骨干网络中引入Transformer注意力机制;其次,使用大卷积核和通道注意力模块优化特征提取;最后,应用多重注意力机制检测头网络强化算法多尺度、空间位置和多任务感知能力。为获得测试数据,该文探索生成了模拟暗光、雾霾、模糊环境的虚拟数据集。经消融实验和对比分析,跨环境鲁棒YOLO算法在跨环境测试中展现了更高的缺陷识别精度和鲁棒性,各测试数据集下mAP平均值为0.726,相对改进前提升0.069,同时在实际环境下进行了验证,证明了该算法的有效性。该文提出的跨拍摄环境的输电线路缺陷识别方法,在跨环境识别中表现出卓越的性能。跨环境图像生成方法可为后续虚拟数据集生成技术提供借鉴。

关键词：输电线路缺陷检测深度学习数据集生成