尹芳辉、王黎明团队在换流变压器振动特性研究领域取得新进展

       近年来，我国超特高压直流技术发展迅速，换流变压器作为超特高压直流输电系统的关键设备之一，其安全可靠运行对电网安全至关重要。然而，国内曾发生多起由换流变压器机械状态异常导致的故障或跳闸，严重威胁人身安全，造成了较大经济损失。因而有必要开展换流变机械状态监测。振动分析法作为一种非侵入式的在线监测手段，通过采集并分析换流变表面振动信号，可以有效推断其内部机械状态。换流变压器机械结构复杂，电流谐波含量大，振动特性与交流变压器有很大差异。目前仍缺少针对换流变压器多工况振动特性的系统性研究。

       近日，清华大学深圳国际研究生院尹芳辉、王黎明团队和南方电网科学研究院袁耀团队合作对空负载多工况下±800kV换流变压器的振动特性进行了研究。研究团队对空载合闸、空载站内加压和空载带线路加压下换流变压器的振动数据进行了特征提取，并对其振动特性及相应变化机理进行了分析和讨论，总结了振动特征量的典型分布区间。研究结果表明，振幅、谐波畸变率和递归率对于换流器解锁敏感，振动功率熵对于空载带线路加压过程敏感。这些振动特征量在不同空载工况下呈现不同的变化规律与敏感性，根据运行工况选择合适的振动特征量对于振动状态评估至关重要。 

图1 振动传感器测点位置示意图 

图2 不同空载工况下的振动功率熵 

       此外，团队对于负载率变化下的换流变压器振动特性也展开了研究。基于换流变压器调试试验时收集的振动数据，计算和研究了多种振动特征量，包括振幅、振动频谱、主频、多频率段振动功率占比、振动功率熵和奇偶谐波比。另外，考虑谐波电流影响，对于负载工况下绕组受到的电磁力和相应的振动加速度进行了理论分析。研究结果表明多数振动特征量对负载率变化敏感且呈现不同规律，奇偶谐波比对于滤波器投退敏感。并且，在负载状态下，电流中的谐波成分使得振动主频向300Hz或400Hz偏移。 

图3 负载率变化时换流变压器部分振动特征量 

       论文研究成果揭示了±800kV换流变压器在空载和负载多工况下的振动规律和相应的机理，为后续的振动状态评估和故障检测提供了坚实基础。

       相关研究成果以“±800kV换流变压器振动特性（1）：空载条件”(Vibration characteristics of ±800kV converter transformers part I: under no-load conditions)和“±800kV换流变压器振动特性（2）：负载条件”(Vibration characteristics of ±800kV converter transformers part II: under load conditions)为题发表在《国际电力与能源系统杂志》（International Journal of Electrical Power & Energy Systems）上。

       两篇论文的第一作者为清华大学深圳国际研究生院2021级硕士生钱梦昊，通讯作者为清华大学深圳国际研究生院助理教授尹芳辉和南方电网科学研究院研究员袁耀。论文其他作者还包括了清华大学深圳国际研究生院王黎明教授、蒋培榆助理研究员，以及南方电网科学研究院赵林杰研究员。本研究工作得到了清华大学深圳国际研究生院交叉研究基金的资助。

论文链接：

https://doi.org/10.1016/j.ijepes.2024.110060

https://doi.org/10.1016/j.ijepes.2024.110026

文/图：钱梦昊

编辑：彭锦涛

审核 ：尹芳辉