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变压器油中工频电弧特性及变压器防爆研究综述

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中国电机工程学报 2024年第7期44卷 2910-2926,I0033页

作者：贾云飞汲胜昌李金忠贾双瑞罗迅汪可孙建涛电力设备电气绝缘国家重点实验室(西安交通大学) 陕西省西安市710049 国家电网有限公司北京市西城区100031 中国电力科学研究院有限公司北京市海淀区100192

变压器内部短路电弧故障是变压器最严重的故障之一,极有可能引发变压器油箱的变形、变压器油的泄露,进而导致火灾,造成恶劣影响。研究变压器防爆技术对于保障电力系统的运行安全和人员生命财产安全具有重要意义。该文总结现有的油中工... 详细信息

变压器内部短路电弧故障是变压器最严重的故障之一,极有可能引发变压器油箱的变形、变压器油的泄露,进而导致火灾,造成恶劣影响。研究变压器防爆技术对于保障电力系统的运行安全和人员生命财产安全具有重要意义。该文总结现有的油中工频电弧试验技术,包括电容电感谐振法、变压器(发电机)短路法和其他等效方法;归纳已获得的油中工频电弧的电压、电流、气泡温度、产气、压力、光谱等特性;总结目前建立的电弧故障下的油箱压力仿真模型,分析各类模型的优缺点;讨论现有的变压器防爆原理及防爆技术。在此基础上,进一步探讨目前迫切需要研究的重点,对进一步深入研究油中工频电弧特性、压力仿真模型、变压器燃爆机理和防爆技术具有重要的参考价值。

关键词：变压器工频电弧大电流试验技术压力特征仿真模型防爆技术

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变压器绕组热缺陷温度演化规律及其辨识方法

高电压技术 2024年第4期50卷 1548-1559页

作者：张弦亮郝建刘丛王吉祥吴洁廖瑞金输变电装备技术全国重点实验室(重庆大学电气工程学院) 重庆400044

近年来变压器因绕组发生热故障烧毁时有发生,严重威胁电网安全。为保障变压器的安全稳定运行,开展了变压器绕组热缺陷温度演化规律及其辨识方法研究。首先,基于有限元法研究构建变压器绕组电磁-温度-流体多物理场耦合仿真模型,并通过温... 详细信息

近年来变压器因绕组发生热故障烧毁时有发生,严重威胁电网安全。为保障变压器的安全稳定运行,开展了变压器绕组热缺陷温度演化规律及其辨识方法研究。首先,基于有限元法研究构建变压器绕组电磁-温度-流体多物理场耦合仿真模型,并通过温升试验验证仿真模型的有效性;然后,仿真分析绕组不同过热位置、热缺陷严重程度和运行工况对绕组局部区域温度的影响规律;最后,应用绕组轴向油道多点温度突变分析研究提出绕组热缺陷位置和严重程度辨识方法。研究结果表明:基于该文多场耦合仿真模型计算的温度值与温升试验实测值的误差小于6%;绕组不同区域发生热缺陷时,过热区域热量会沿油流导向路径快速传递,绕组油道内多点温升值会随其下方区域过热温度的增大呈现线性规律增长;该文提出的热缺陷辨识方法对热缺陷位置辨识的准确度为100%,对热缺陷温度估计的相对均方根误差为6.1%。采用该研究成果能及早发现变压器运行过程中绕组上的热缺陷,避免由缺陷向更严重的故障发展,保障变压器的安全运行。

关键词：变压器绝缘绕组热缺陷温度分布辨识方法

结合FBG-FP的变压器局部放电光纤全方向传感研究

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光谱学与光谱分析 2024年第2期44卷 510-518页

作者：吴柯洁陈伟根张知先宋雨轩田皓元李萌刘帆重庆大学输配电装备及系统安全与新技术国家重点实验室重庆400044 国网湖北省电力科学研究院湖北武汉430000

为实现变压器局部放电的灵敏检测,避免漏检局部放电信号,基于光纤布拉格光栅(FBG)与法布里珀罗腔(Fabry-Perot cavity)传感原理提出了一种结合FBG-FP的变压器油中局部放电光纤全方向传感方法。介绍了FBG与FP腔的局部放电传感原理,局部... 详细信息

为实现变压器局部放电的灵敏检测,避免漏检局部放电信号,基于光纤布拉格光栅(FBG)与法布里珀罗腔(Fabry-Perot cavity)传感原理提出了一种结合FBG-FP的变压器油中局部放电光纤全方向传感方法。介绍了FBG与FP腔的局部放电传感原理,局部放电产生的超声波会引起FBG反射光谱与FP腔干涉光谱的偏移,通过光谱边缘解调法进行光强解调可实现局放信号的检测。研制了局部放电光纤全方向传感器,通过3D打印技术制作了尺寸为25 mm×25 mm×25mm的长方体探头,探头中空结构用于插入单模光纤形成FP腔,四个侧面用于形成膜片式FBG传感结构,可接收不同方向的超声信号。基于变压器油中局部放电的频谱特性与液相环境中膜片的振动模型设计了超声传感膜片,选用镀有高反介质膜的康宁玻璃作为FP腔传感膜片,膜片半径为1.7 mm,厚度为0.165 mm,理论谐振频率为82 kHz;选用单晶硅作为FBG传感膜片,膜片半径为2.5 mm,厚度为0.1 mm,理论谐振频率为25.6 kHz。搭建了光纤局部放电传感系统并进行了局部放电光纤全方向传感器性能测试。通过断铅实验测得变压器油中传感器FBG传感膜片实际谐振频率约为23 kHz,FP腔传感膜片实际谐振频率为71.4 kHz。将光纤全方向传感器与压电传感器(PZT)对同一局部放电信号进行对比检测,光纤全方向传感器FBG传感部分可检测到83.8 pC的金属尖端放电,FP腔传感部分可检测到27.1 pC的金属尖端放电,其局部放电检测灵敏度高于PZT。测试了传感器的方向响应,普通的FP传感器高灵敏检测范围有限,存在检测盲区,所研制的光纤全方向传感器FP腔传感部分与FBG传感部分高灵敏检测范围互补,可实现局部放电全方向灵敏检测,具有良好的方向响应性能。

关键词：变压器局部放电光纤布拉格光栅法布里珀罗腔全方向

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基于多层六边形MAM的变压器降噪方法设计

振动与冲击 2024年第2期43卷 201-207页

作者：谢泽龙杨廷方刘寒遥周慧康王润璞单淞译周强辉长沙理工大学电气与信息工程学院长沙410114 湖南省计量检测研究院长沙410014

城市变压器的噪声治理是输变电工程中亟需解决的问题。该研究对某110kV变压器的噪声频谱进行分析,得到变压器噪声主频的分布特性。利用不同类型薄膜声学超材料隔声能力的互补性,设计了一种基于多层六边形薄膜型声学超材料的复合隔声结... 详细信息

城市变压器的噪声治理是输变电工程中亟需解决的问题。该研究对某110kV变压器的噪声频谱进行分析,得到变压器噪声主频的分布特性。利用不同类型薄膜声学超材料隔声能力的互补性,设计了一种基于多层六边形薄膜型声学超材料的复合隔声结构。该隔声结构具有体积小、隔声性能强的特点。采用有限元法对六边形薄膜声学超材料建立仿真模型,研究分析薄膜厚度与预应力对其隔声性能的影响,结合分析结果对该材料进行优化。在此基础上,建立复合隔声结构的有限元仿真模型。仿真结果表明,该种复合隔声结构在变压器噪声的主频点均具有较高的声传递损失,最低可达20.4 dB左右,能很好地阻断变压器噪声传播。

关键词：变压器薄膜型声学超材料复合隔声结构噪声

基于温升特性的强迫导向油循环风冷结构变压器负荷能力评估

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高电压技术 2024年第1期50卷 232-241,I0019页

作者：刘刚兰和潼姜雄伟刘云鹏王文浩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电力科学研究院杭州310014

针对强迫导向油循环风冷(oir directrd air forced,ODAF)结构变压器负荷能力受温升约束影响的问题,提出了3种负荷类型情况下变压器负荷能力评估方法。首先,考虑风扇与油泵的运行状态以及油粘度变化对热阻的影响等因素,基于热电类比法建... 详细信息

针对强迫导向油循环风冷(oir directrd air forced,ODAF)结构变压器负荷能力受温升约束影响的问题,提出了3种负荷类型情况下变压器负荷能力评估方法。首先,考虑风扇与油泵的运行状态以及油粘度变化对热阻的影响等因素,基于热电类比法建立了变压器热路模型,以计算绕组热点与顶部油温度;其次,采用粒子群优化(particle swarm optimization,PSO)算法拟合热路模型参数,并基于2台不同型号变压器的运行数据,对热路模型的计算精度与拟合参数适用性进行有效性验证;最后,参考GB/T1094.7负载导则给出的温升限值,基于温升特性提出了负荷能力评估模型。分析结果表明,该研究所提热路模型计算热点温度的误差不大于2.35℃,在工程允许范围内;正常周期性负荷下当环境温度低于1℃时,关闭1组子散热器后仍满足温升约束。

关键词：负荷能力 ODAF冷却方式变压器温升特性热路模型

基于Mel-GADF与ConvNeXt-T的变压器铁心松动故障诊断方法

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电力自动化设备 2024年第3期44卷 217-224页

作者：万可力马宏忠崔佳嘉王健河海大学能源与电气学院江苏南京211100

为解决传统梅尔(Mel)时频谱图对变压器铁心松动程度识别率较低的问题,提出一种基于梅尔-格拉姆角差场(Mel-GADF)时频谱图与ConvNeXt-T网络相结合的变压器铁心松动故障诊断模型。将变压器声纹信号生成Mel时频谱图,同时将原始声纹数据经... 详细信息

为解决传统梅尔(Mel)时频谱图对变压器铁心松动程度识别率较低的问题,提出一种基于梅尔-格拉姆角差场(Mel-GADF)时频谱图与ConvNeXt-T网络相结合的变压器铁心松动故障诊断模型。将变压器声纹信号生成Mel时频谱图,同时将原始声纹数据经过格拉姆角场(GAF)变换得到格拉姆角和场(GASF)与GADF这2种时频谱图;生成Mel-GASF与Mel-GADF这2种特征融合的时频谱图来弥补Mel时频谱图的低频缺失问题;将3种时频谱图放入ConvNeXt-T网络进行训练对比,选出效果最佳的诊断模型。以型号为S13-M-200/10的变压器为对象进行空载试验,对不同铁心松动程度下的声纹信号进行分析,分析结果表明,将Mel-GADF作为特征时频谱图结合ConvNeXt-T网络,可将测试集准确率从传统Mel时频谱图的98.273%提升至99.500%,提升了1.227个百分点。

关键词：变压器铁心松动 Mel时频谱图格拉姆角场卷积神经网络迁移学习

基于多孔介质理论的35kV油浸式变压器热点简化计算

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高电压技术 2024年第3期50卷 1034-1042页

作者：吕金潮陈希之刘刚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 国网湖南省电力有限公司株洲供电分公司株洲412000 华北电力大学新能源电力系统全国重点实验室北京102206

低电压等级的油浸式变压器绕组往往由漆包圆线绕制而成,其温升及热点的准确计算需要考虑漆包圆线间的缝隙对油流及温升的影响,而精细建模时建模工作量和数值计算量都非常大。针对这一问题,提出将多孔介质理论应用于油浸式变压器简化建... 详细信息

低电压等级的油浸式变压器绕组往往由漆包圆线绕制而成,其温升及热点的准确计算需要考虑漆包圆线间的缝隙对油流及温升的影响,而精细建模时建模工作量和数值计算量都非常大。针对这一问题,提出将多孔介质理论应用于油浸式变压器简化建模的思路。首先验证了多孔介质理论应用于油浸式变压器热点计算的有效性。其次,基于多孔介质理论建立35 kV油浸式变压器绕组的简化模型,采用Fluent软件计算出其温升热点分布。最后将变压器的多孔介质理论简化模型所得的仿真结果与光纤测量结果进行对比。结果表明仿真与实验的热点温度误差在4℃以内,热点位置与实验结果保持一致,验证了多孔介质理论简化模型计算方法的准确性。多孔介质理论的应用为大规模变压器3维流-热耦合提供了新的计算思路,有助于工程实际中变压器热点温度的简化计算。

关键词：油浸式变压器多孔介质理论 Fluent 热点流-热耦合

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基于电压阻尼振荡的变压器故障绕组识别方法

电工技术学报 2024年第10期39卷 3218-3231页

作者：周利军员秀程王东阳周猛张俊西南交通大学电气工程学院成都611756

变压器绕组振荡波能够有效地反映绕组状态变化,实际应用中发现振荡波末期存在不规律振荡行为,影响了基于振荡波的变压器绕组故障诊断准确性。该文针对此问题,首先,搭建变压器绕组故障模拟平台,获取轴向移位、局部翘曲、饼间短路和匝间... 详细信息

变压器绕组振荡波能够有效地反映绕组状态变化,实际应用中发现振荡波末期存在不规律振荡行为,影响了基于振荡波的变压器绕组故障诊断准确性。该文针对此问题,首先,搭建变压器绕组故障模拟平台,获取轴向移位、局部翘曲、饼间短路和匝间短路四种故障下绕组振荡波数据;其次,通过定义的能量衰减因子,提出了一种基于电压阻尼振荡的变压器绕组振荡波有效波段动态选取方法;再次,基于确定的有效波段,提出了基于二值化的Tamura纹理特征的特征参数提取方法,并结合波形特征关联度(FCD),提出了用于故障类型(轴向移位、局部翘曲、饼间短路和匝间短路)、区域、程度诊断的特征参数组合并分析了其分布规律;最后,基于特征参数组合的分布规律通过实际变压器进行了应用分析。结果表明,动态选取出的波段干扰信息少、衰减振荡规律性明显且包含丰富的特征信息,可实现对故障类型、故障程度和故障区域的识别分类。

关键词：变压器振荡波绕组故障动态波段波形特征纹理特征

基于特征提取与 INGO-SVM 的变压器故障诊断方法

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电力系统保护与控制 2024年第7期52卷 24-32页

作者：包金山杨定坤张靖张英杨镓荣胡克林贵州大学电气工程学院贵州贵阳550025 重庆邮电大学先进制造工程学院重庆400065 贵州电网有限责任公司电力科学研究院贵州贵阳550002

针对使用支持向量机(support vector machine,SVM)对变压器进行故障诊断时有效特征提取困难、模型参数难以选择的问题,提出一种基于特征提取与INGO-SVM的变压器故障诊断方法。首先,使用核主成分分析(kernel principal component analysi... 详细信息

针对使用支持向量机(support vector machine,SVM)对变压器进行故障诊断时有效特征提取困难、模型参数难以选择的问题,提出一种基于特征提取与INGO-SVM的变压器故障诊断方法。首先,使用核主成分分析(kernel principal component analysis,KPCA)方法对构建的21维待选特征进行特征融合和低维敏感特征提取。其次,使用佳点集、随机反向学习和维度交叉学习等策略对北方苍鹰优化算法(northern goshawk optimization,NGO)进行改进。通过2个典型测试对改进北方苍鹰优化算法(improved northern goshawk optimization,INGO)进行性能测试,验证了INGO算法的优越性。然后,基于KPCA提取的低维敏感特征,使用INGO对SVM的参数进行组合寻优,建立基于KPCA特征提取与INGO-SVM的变压器故障诊断模型。最后,对不同变压器故障诊断模型进行实例仿真对比实验。结果表明:所提方法故障诊断精度高、稳定性好,更适用于变压器的故障诊断。

关键词：变压器故障诊断支持向量机核主成分分析北方苍鹰优化算法