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直流偏磁下变压器振动机理与振动信号分析研究

段旭  
【摘要】:变压器作为一种电网建设所必需的电气设备其运行的安全可靠性历来是人们关注的焦点。随着我国特高压电网的建设,电压等级的不断提高,变压器容量的不断加大,其内部的电磁力也日益增大,自1989年3月13日发生严重的地磁风暴在北美严重影响了电力系统的正常运行以来,地磁感应电流导致的直流偏磁问题一直是研究的热点。关于变压器的振动机理前人也开展了许多的相关研究,但是考虑直流偏磁下变压器振动机理的变化方面的研究开展甚少。因此本文就这一方面开展了研究。利用理论上数学公式的推导,电磁场-结构力场之间的耦合场建模,研制变压器振动监测系统,搭建实验平台开展相关实验,通过盲源分离技术对采集的变压器振动数据进行分离这几种研究手段和方法开展了具体的工作。 论文的主要创新性工作包括以下几点: ①考虑直流偏磁的影响,结合现有的变压器振动的相关理论,推导出了变压器铁心和绕组所受电磁力方程和位移方程。并以此为基础讨论了变压器铁心和绕组随直流偏磁量变化的规律。建立了考虑磁致伸缩影响的电磁场和结构力场的耦合场模型,通过此模型考察了发生直流偏磁时变压器内部磁通密度、机械应力分布、张力分布以及位移场分布的变化规律。 ②进一步考察电力谐波对变压器振动的影响,并为此建立了基于混沌电路的电弧炉模型,该模型能够很好的模拟电网中实际电弧炉内电弧电压和电弧电流的非线性特性,尤其是模拟了其中的混沌特性。以建立的仿真电弧炉模型作为谐波源,通过仿真考察了变压器铁心和绕组振动变化的规律,通过模拟真实环境得到的变压器振动数据更有说服力。 ③研制了变压器振动在线监测系统,这套在线监测系统采用了LabView作为开发平台,实现了通道信号实时显示、实时频谱显示、通道选择、触发选择、触发设置、数据存储等功能,特别是采用了新的数据存储方式,通过创建数据库来管理复杂监测任务。还实现了信号捕捉功能,使得瞬变信号不会消失,并且当变压器振动超过阈值时会自动记录波形。该在线监测系统不仅能完成本文的测量任务,还能作为一般的数字存储示波器使用。本文还搭建了实验平台,在此实验平台上完成本文所要要开展的各项工作,包括不同直流偏置量与变压器振动行为之间关系的研究,相同直流偏磁下不同负载和三相不平衡对变压器振动的影响研究等实验项目,填补了本课题方向上的研究空白。 ④提出了采用基于FastICA的盲源分离技术考察直流偏磁与变压器振动之间关系的的研究方法。并根据分离出的信号特征分辨出了铁心和绕组的振动信号,通过此方法分别考察了铁心和绕组振动随直流偏置电流变化的规律,相比目前本课题相关方向的研究都是以变压器器身振动信号作为研究对象来说,更能揭示变压器振动的本质。


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