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基于介電譜測試的牽引變壓器絕緣狀態評估技術及應用 版權信息
- ISBN：9787030711526
- 條形碼：9787030711526 ; 978-7-03-071152-6
- 裝幀：一般膠版紙
- 冊數：暫無
- 重量：暫無
- 所屬分類：>
基于介電譜測試的牽引變壓器絕緣狀態評估技術及應用 內容簡介
牽引變壓器是高速鐵路供電系統的核心設備，其內部油紙絕緣狀態嚴重影響變壓器的可靠性，進而影響整個高鐵供電的可靠性。頻域介電響應法由于其含絕緣信息豐富、抗干擾能力強、無損測試等特點，具有很高的研究與實用價值，被廣泛應用于油紙絕緣系統評估與診斷中，但由于負荷沖擊性、接線特殊性、運行維護特殊性，常規測試與評估方法難以有效應用于牽引變壓器的絕緣評估。本書詳細闡述了牽引變壓器油紙絕緣介電響應模型的建立、油紙絕緣介電譜的時變溫度、水分影響規律、特征與機理，牽引變壓器絕緣狀態的評估方法，并結合實際工程進行案例分析，研究內容具有重要的理論意義和工程參考價值。
基于介電譜測試的牽引變壓器絕緣狀態評估技術及應用 目錄
目錄
第1章 概述 1
1.1 電氣化鐵路與牽引供電系統 1
1.2 牽引變壓器結構及接線方式 2
1.2.1 牽引變壓器主要部件及作用 2
1.2.2 接線方式 4
1.3 牽引變壓器絕緣系統及其劣化分析 7
1.3.1 牽引變壓器絕緣系統組成 7
1.3.2 牽引變壓器絕緣材料劣化分析 8
1.3.3 牽引負荷對絕緣系統劣化的影響 9
1.4 牽引變壓器絕緣狀態評估方法 11
1.5 頻域介電譜法研究現狀 14
第2章 牽引變壓器絕緣系統介電響應模型 19
2.1 正弦激勵下絕緣介電響應建模 19
2.1.1 絕緣介電響應載流子來源分析 19
2.1.2 載流子運動分析及控制方程 20
2.1.3 正弦激勵下絕緣介電響應模型 21
2.2 模型驗證及分析 23
2.2.1 仿真模型與邊界條件 23
2.2.2 試驗測試及驗證 24
2.2.3 載流子分布特征分析 28
2.3 牽引變壓器油紙絕緣系統介電參數方程 32
2.3.1 介電參數方程的構建 32
2.3.2 試驗測試及驗證 34
2.4 本章小結 39
第3章 溫度對牽引變壓器頻域介電譜的影響 40
3.1 牽引變壓器時變溫度下頻域介電譜特征分析 40
3.1.1 試驗測試 40
3.1.2 特征及影響規律分析 41
3.2 牽引變壓器頻域介電譜測試的時變溫度影響校正 44
3.2.1 校正方法研究 44
3.2.2 試驗測試及驗證 47
3.3 溫度差異對牽引變壓器頻域介電譜測試的影響 49
3.3.1 試驗測試及分析 49
3.3.2 規律歸納及證明 50
3.4 牽引變壓器頻域介電譜測試參考溫度歸算方法 55
3.4.1 歸算方法研究 55
3.4.2 歸算方法證明 56
3.5 本章小結 58
第4章 基于頻域介電譜的牽引變壓器絕緣狀態評估 59
4.1 不均勻熱老化對狀態評估影響規律 59
4.1.1 試驗測試 59
4.1.2 熱老化對頻域介電譜的影響 62
4.1.3 規律分析及歸納 67
4.2 牽引變壓器絕緣受潮狀態評估方法 72
4.2.1 試驗測試 72
4.2.2 水分對頻域介電譜的影響 73
4.2.3 受潮狀態映射關系 74
4.3 牽引變壓器絕緣狀態綜合評估系統 89
4.3.1 多分類*小二乘支持向量機 89
4.3.2 評估方法及系統 95
4.3.3 系統軟件開發 99
4.4 本章小結 104
第5章 案例及應用 105
5.1 牽引變壓器主絕緣 105
5.2 牽引變壓器附屬高壓套管 108
參考文獻 114
第1章 概述 1
1.1 電氣化鐵路與牽引供電系統 1
1.2 牽引變壓器結構及接線方式 2
1.2.1 牽引變壓器主要部件及作用 2
1.2.2 接線方式 4
1.3 牽引變壓器絕緣系統及其劣化分析 7
1.3.1 牽引變壓器絕緣系統組成 7
1.3.2 牽引變壓器絕緣材料劣化分析 8
1.3.3 牽引負荷對絕緣系統劣化的影響 9
1.4 牽引變壓器絕緣狀態評估方法 11
1.5 頻域介電譜法研究現狀 14
第2章 牽引變壓器絕緣系統介電響應模型 19
2.1 正弦激勵下絕緣介電響應建模 19
2.1.1 絕緣介電響應載流子來源分析 19
2.1.2 載流子運動分析及控制方程 20
2.1.3 正弦激勵下絕緣介電響應模型 21
2.2 模型驗證及分析 23
2.2.1 仿真模型與邊界條件 23
2.2.2 試驗測試及驗證 24
2.2.3 載流子分布特征分析 28
2.3 牽引變壓器油紙絕緣系統介電參數方程 32
2.3.1 介電參數方程的構建 32
2.3.2 試驗測試及驗證 34
2.4 本章小結 39
第3章 溫度對牽引變壓器頻域介電譜的影響 40
3.1 牽引變壓器時變溫度下頻域介電譜特征分析 40
3.1.1 試驗測試 40
3.1.2 特征及影響規律分析 41
3.2 牽引變壓器頻域介電譜測試的時變溫度影響校正 44
3.2.1 校正方法研究 44
3.2.2 試驗測試及驗證 47
3.3 溫度差異對牽引變壓器頻域介電譜測試的影響 49
3.3.1 試驗測試及分析 49
3.3.2 規律歸納及證明 50
3.4 牽引變壓器頻域介電譜測試參考溫度歸算方法 55
3.4.1 歸算方法研究 55
3.4.2 歸算方法證明 56
3.5 本章小結 58
第4章 基于頻域介電譜的牽引變壓器絕緣狀態評估 59
4.1 不均勻熱老化對狀態評估影響規律 59
4.1.1 試驗測試 59
4.1.2 熱老化對頻域介電譜的影響 62
4.1.3 規律分析及歸納 67
4.2 牽引變壓器絕緣受潮狀態評估方法 72
4.2.1 試驗測試 72
4.2.2 水分對頻域介電譜的影響 73
4.2.3 受潮狀態映射關系 74
4.3 牽引變壓器絕緣狀態綜合評估系統 89
4.3.1 多分類*小二乘支持向量機 89
4.3.2 評估方法及系統 95
4.3.3 系統軟件開發 99
4.4 本章小結 104
第5章 案例及應用 105
5.1 牽引變壓器主絕緣 105
5.2 牽引變壓器附屬高壓套管 108
參考文獻 114
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基于介電譜測試的牽引變壓器絕緣狀態評估技術及應用 節選
第1章 概述 1.1 電氣化鐵路與牽引供電系統 電氣化鐵路是國家重要的交通基礎設施，也是資源節約型和環境友好型的運輸方式之一，具有經濟便民、全天候運輸、運能大、節能減排、高效等特點，在我國綜合交通體系中處于骨干地位，加快電氣化鐵路的發展已經成為社會各方面的共識。一方面，我國已有和正在規劃、建設的國內和國際鐵路運輸通道對于資源、物資的輸入與輸出，具有重要的經濟意義；另一方面，電氣化鐵路是強化控制和保護領土的*有效的工具之一，其地緣政治戰略和國防安全作用毋庸置疑；電氣化鐵路網是連接各大經濟區域之間的大動脈，對建設資源節約型、環境友好型社會和國民經濟可持續發展具有重要的政治、軍事和經濟意義。 從1952年7月1日我國**條電氣化鐵路（寶成鐵路線，寶雞至鳳州段）開始修建，截至2020年7月中國電氣化鐵路總里程已經累計突破100000km，電氣化率達71.9%，位居世界**。我國擁有規模龐大的鐵路網絡，自2007年實施了第六次全國鐵路大提速，鐵路基礎設施的改善為城市服務業創造了良好的發展環境。同時作為中國對外的一張名片，中國高速鐵路在路網建設、科技創新、產業化能力等方面取得了巨大的成就。中國已開通運營高速鐵路里程位居全球**，超過世界其他國家高速鐵路運營里程的總和。中國高速鐵路以“八縱八橫”為骨架的網絡基本成型，這是世界上規模*大的高速鐵路網絡，連通覆蓋了中國大陸除西藏外的所有省、自治區、直轄市和香港特別行政區。我國高速鐵路網絡覆蓋將進一步擴大，路網結構將更加優化，骨干作用將更加顯著，將更好地發揮鐵路對經濟社會發展的保障作用。 電氣化鐵路運營的核心保障是牽引供電系統的安全可靠運行，牽引供電系統由牽引變電所、饋電線、接觸網、軌道回流線、鋼軌等組成，電氣化鐵路牽引供電系統如圖1-1所示。 發電廠或電網輸入的電能通過牽引變電所的牽引變壓器轉換成適合電力機車牽引要求的電能，通過饋電線送到接觸網，電動車組受電弓和接觸網的滑動接觸，牽引電能由接觸網進入電力動車組單元驅使牽引列車運行，軌道完成導通回流，通過軌道回流線把導軌中的回路電流導入牽引變電所的牽引變壓器。牽引變壓器作為牽引供電系統的核心設備，其獨*的負載特性，需要更加準確地掌握變壓器的絕緣狀況，維護和保證其良好的電氣和機械性能，減少事故發生。因此，對牽引變壓器絕緣狀態評估開展研究，對絕緣狀況和故障信息進行診斷，掌握牽引變壓器的運行狀態，制定科學、合理的運行、維護以及更新計劃，對提高牽引變壓器的可用率和整個電氣化鐵路的可靠性而言，都具有重大意義。 1.2 牽引變壓器結構及接線方式 1.2.1 牽引變壓器主要部件及作用 牽引變壓器是牽引供電系統的核心設備，主要完成降壓和傳遞能量的作用。將三相電轉換成兩相電（兩供電臂）為電力機車提供電能，同時牽引變壓器具有負載率高、負載波動大（甚至會出現單相負載情況）和諧波含量高等負載特性。牽引變壓器主要為油浸式變壓器，整體結構如圖1-2所示，繞組實物圖如圖1-3所示，它主要由鐵心、繞組、油箱、高壓套管、油枕、防爆管（壓力釋放器）、凈油器、散熱器、呼吸器、溫度計（散熱風機及控制回路、溫度量/電量轉換裝置）、瓦斯繼電器（氣體采集器）、油位表、變壓器油、分接開關（有載調壓裝置）等組成。牽引變壓器各主要部件及其作用如下。 （1）鐵心：是牽引變壓器*基本的組成部分之一，由硅鋼片疊裝而成，牽引變壓器的一、二次繞組都繞在鐵心上。鐵心必須單點接地，其接地引出線通過磁套管從變壓器上部引出，在油箱外接地。 （2）繞組：用銅線或鋁線繞成圓筒形的多層線圈，分一次側繞組和二次側繞組，其都繞在鐵心上，導線外邊用紙或沙包絕緣。通過改變一次側繞組和二次側繞組的匝數達到轉換電壓的目的。 （3）油箱：是牽引變壓器的外殼，內部充滿變壓器油，鐵心與繞組浸在變壓器油內。變壓器油的作用是絕緣與散熱。 （4）高壓套管：牽引變壓器各側引線必須使用絕緣套管，為了線圈的引出線從油箱內引到油箱外，使帶電的引線穿過油箱時與接地的油箱絕緣。高壓套管的作用是絕緣和支撐。 （5）油枕：牽引變壓器油因溫度的變化會發生熱脹冷縮的現象，油面也會因溫度的變化而上升和下降。油枕的作用是儲油和補油，保證油箱內充滿油，同時油枕縮小了變壓器與空氣的接觸面，減慢了油的劣化速度。油枕側面的油位表還可以監視油的變化。 （6）呼吸器：油枕內空氣隨變壓器油體積的膨脹或縮小，排出或吸入的空氣都經過呼吸器。呼吸器內裝有干燥劑（硅膠）來吸收空氣中的水分，過濾空氣，從而保持油的清潔。 （7）防爆管：裝于牽引變壓器頂蓋上，管口用薄膜封住。當牽引變壓器內部發生故障時，油箱內溫度升高，產生大量氣體，壓力也隨之增大，油和氣體便沖破防爆管口薄膜向外噴出，防止牽引變壓器油箱爆炸或變形。 （8）散熱器：當牽引變壓器上層油溫和下層油溫產生溫差時，通過散熱器形成油的對流，經散熱器冷卻后，流回油箱以降低牽引變壓器的溫度。為提高冷卻效果可采用風冷、強迫油循環風冷、強迫油循環水冷等措施。 （9）瓦斯繼電器：裝在油箱與油枕的連接管上。當牽引變壓器內部發生嚴重故障時，接通跳閘回路；當牽引變壓器內部無嚴重故障時，接通信號回路。 （10）溫度計：用來測量油箱內上層油溫，監視牽引變壓器是否正常運行。 1.2.2 接線方式 電氣化鐵路中牽引負荷為單相負荷，因此需要牽引變壓器通過電磁感應原理將電力系統的三相電轉變為單相電以供電力機車使用。電氣化鐵路中的供電方式主要包括直接供電方式、吸流變壓器-回流線方式（BT方式）與自耦變壓器方式（AT方式）三種，直接供電方式和BT方式基本采用三相YNd11接線方式（圖1-4），也可采用單相V/v接線方式（圖1-5），AT方式主要采用三相變兩相的斯科特（Scott）接線方式（圖1-6）與V/x接線方式（圖1-7）。 1.三相YNd11接線方式 三相YNd11接線方式（圖1-4）中，牽引變壓器的高壓側通過引入線按規定次序接到110kV或220kV三相電力系統的高壓傳輸線上。變壓器低壓側的一個角與軌道回流線連接，另外兩個角分別連在母線上。由兩相牽引母線分別向兩側對應的供電臂供電，兩臂電壓的相位差為60°。 設次邊兩負荷相等，以為基準量，即，得到原邊、次邊電流關系如下： （1-1） （1-2） （1-3） 2.單相V/v接線方式 將兩臺單相變壓器以V的方式與三相電力系統連接，具體接線：一臺變壓器的原邊一端接A相，另一端接B相；另一臺變壓器的原邊一端接C相，另一端接B相，如圖1-5所示。 設變比為K，則原邊、次邊電流關系如下： （1-4） （1-5） （1-6） 3.Scott接線方式 Scott接線方式可以采用單鐵心結構，也可以采用雙鐵心結構，其接線如圖1-6所示。 原邊電流關系如下： （1-7） 當次邊兩相牽引負荷電流相等且兩供電臂功率因數相等時，以為參考相量，即，，則得到 （1-8） （1-9） （1-10） 4.V/x接線方式 V/x接線牽引變壓器是三繞組變壓器，每相有兩個次邊繞組，次邊繞組的匝數是V/v接線牽引變壓器的2倍，如圖1-7所示。
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