变压器匝间短路故障电-磁-热多物理场协同分析

电力变压器是电力系统的关键核心设备,变压器的运行状态直接影响供电的可靠性。针对实际实验中变压器匝间短路系列故障设置困难问题,采用有限元仿真软件建立与实际变压器一致的电磁场仿真模型,分析了变压器空载时电流电压特性,验证了模型的准确性;建立了变压器低压侧匝间短路故障仿真模型和电路模型,得到了匝间短路时绕组电流变化趋势和电磁关系变化方程。研究了短路匝数不同对变压器绕组电流和电磁参数的影响,从短路4匝到16匝,短路电流最大值从14.5 kA降到4.2 kA,磁场的最大值为正常值的20多倍;建立了变压器三维温度场模型,对比了变压器正常和不同匝间短路故障工况时的温度场分布,发生4匝短路故障时,匝间短路绕组部分温度达到500 ℃,并且随着短路匝数的增加短路绕组部分温度上升,而其他部分温度变化在100 ℃以内,结果表明匝间短路故障会严重影响短路绕组部分温度场分布,而对其它部分影响较小     

基于磁通和电流不对称椭圆模型的变压器励磁涌流判别新算法

依据变压器空投时磁通和电流的严重不对称变化和正常运行或内部故障时磁滞影响使磁通和电流成偏移的近似椭圆对称变化,对磁通和电流做适当的变换处理.在一定数据窗内定义一个反应准椭圆中心的偏移度,并连续取半个周期准椭圆中心的偏移度平均值来反应磁通和电流是否对称变化.变压器空投时偏移度较大;内部故障时偏移度小;空投略微严重的内部故障时偏移度由大到小变化.偏移度大小作为区分励磁涌流和故障电流的判据,简单可靠,具有较高灵敏度.通过试验和仿真证明此种方法可以有效地区分励磁涌流和故障电流,具有较高的实用性.     

大功率电力机车异步牵引电机的典型故障研究

通过分析相电流信号,对大功率电力机车异步牵引电机的两种典型故障——转子断条故障和定子绕组匝间短路故障进行故障诊断,建立电机故障情况下的有限元模型并进行仿真.结果表明,电机故障引起了三相电流不对称,基于故障后的三相电流,利用频谱分析法和对称分量法进行后处理运算,可以提取到明显的故障特征,能够有效的诊断转子断条故障和定子绕组匝间短路故障.实验所得结果与仿真及理论分析吻合,证明了故障模型的正确性,也验证了基于相电流信号的故障诊断方法的有效性.     

基于相位差的轴向磁通无铁心电机早期轻微匝间短路故障诊断

针对轴向磁通定子无铁心电机早期匝间短路故障问题,提出一种基于零序分量和定子电流分量相位差的轴向磁通定子无铁心电机的早期匝间短路故障诊断和定位方法。首先,根据定子绕组电感极小的特点建立了匝间短路故障数学模型;其次,对故障前后的短路电流、相电流、零序分量等进行了傅里叶分析,通过零序电压基波幅值变化对匝间短路故障进行识别;最后,通过对比零序电压基波与定子三相电流初相位差来进行故障相定位。结果表明,匝间短路故障相的相电流基波初始相位与零序电压基波初相位差的绝对值近似180°,而健康相的相位差与180°相差较大。基于相位差可以实现轴向磁通无铁心电机早期匝间短路故障的诊断与定位,为永磁电机的匝间短路故障诊断提供了参考。     

基于Park变换和DRNN的定子绕组匝间故障诊断方法

采用定子电流信号检测方法诊断三相交流电机定子绕组匝间短路故障时,会受到电网电压不对称和负载变化等因素的影响,为克服这一缺陷,提出了基于派克变换和对角递归神经网络(DRNN)的定子绕组匝间故障诊断方法.该方法根据派克变换得到三相电流派克矢量模的轨迹变化,通过频谱分析提取故障严重度特征因子.为进一步确定短路绕组的匝数,综合考虑负载、三相输入电压不平衡度的变化情况,构建基于DRNN的短路匝数诊断模型.根据此方法,构建了试验系统并进行了匝间短路试验,试验结果证明:基于Park变换和DRNN的诊断方法,不但在稳态工况下可精确确定定子绕组短路故障的严重度及匝数,而且在电机启动、负载、电压不平衡动态变化时,取得比前馈神经网络(FFNN)故障诊断模型更好的诊断结果.     

油浸式变压器绕组振动特性研究

变压器外壳的振动信号是反应变压器运行状态的有效信息。为研究正常运行变压器绕组的振动信号特征,在分析变压器绕组振动原理的基础上对振动频率及加速度幅值两大特征量进行了讨论。并采用短路电流法进行变压器绕组振动信号测试,统计分析了不同型号、不同容量变压器绕组振动信号的频率分布和振动加速度幅值特点,测试结果与理论分析一致,正常状态下变压器绕组的振动信号频率集中在100Hz;B相绕组的所受电动力大于A、C两相,B相振动加速度幅值最大。本文结果可对进一步研究基于振动信号的变压器故障诊断技术提供参考。     

基于快速傅里叶分析法的油浸式变压器绕组振动特性分析

变压器外壳的振动信号是反应变压器运行状态的有效信息。为研究正常运行变压器绕组的振动信号特征,在分析变压器绕组振动原理的基础上,对振动频率及加速度幅值两大特征量进行了讨论。并采用短路电流法进行变压器绕组振动信号测试,统计分析了不同型号、不同容量变压器绕组振动信号的频率分布和振动加速度幅值特点。测试结果与理论分析一致,正常状态下变压器绕组的振动信号频率集中在100 Hz;B相绕组所受电动力大于A、C两相,B相振动加速度幅值最大。结果可对进一步研究基于振动信号的变压器故障诊断技术提供参考。     

短路冲击下变压器振动频响函数研究

针对离线测试方法无法对遭受短路冲击后的绕组状态进行在线评估和诊断的问题,提出了一种利用冲击电流下绕组振动的频响函数来表征绕组机械状态的方法。该方法利用振动信号和冲击电流构建了单输入多输出的振动系统,通过自功率谱密度函数获得短路冲击下变压器绕组振动的频响函数,并利用相关系数对多次短路冲击下绕组振动频响函数的相关性进行分析。对一台220kV变压器短路冲击试验的研究结果表明,在多次短路冲击中,不同频响函数间的相关系数与相电抗的偏差之间存在一定的负相关关系,即相关系数随相电抗的偏差增大而降低,相电抗偏差越大,相关系数越低。该方法可以利用短路故障时的录波信息,通过绕组的振动频响函数和两次短路冲击的相关系数来表征变压器绕组的机械状态。     

变压器内部故障的仿真模型及特性分析

在分析单相双绕组变压器数学模型的基础上，建立一种以磁链作为状态变量的单相变压器内部故障仿真模型．基于所建模型，对双绕组变压器正常运行时典型励磁涌流和绕组匝地匝间短路故障时一次侧电流进行仿真计算及特性分析，仿真波形与理论分析相吻合，验证了所建模型的正确性和有效性。     

变压器绕组累积形变模拟与仿真

随着现代电力系统的建设与发展,短路电流水平不断攀升,甚至超过了有些变压器耐受水平。对变压器进行校核可以及时发现绕组缺陷,有利于电力部门维修进而避免电力事故的发生。为此,提出了考虑短路电动力累积效应的变压器校核方法。首先,分析了变压器绕组形变累积效应与短路电流冲击次数的关系;其次,利用有限元方法和有限元软件,搭建了模拟了短路情况下变压器漏磁场-电动力冲击-绕组形变的累积效应仿真模型;最后,在已构建仿真模型的基础上,对实际运行变压器绕组形变情况进行了模拟分析。研究结果可作为变压器校核提供参考,具有较重要的理论参考意义。