CN107808766B - 一种大型牵引变压器闭环式干燥的工艺方法 - Google Patents

一种大型牵引变压器闭环式干燥的工艺方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种大型牵引变压器闭环式干燥的工艺方法，目前生产中干燥工艺主要包括第一次整体烘燥与第二次气相干燥，其中第二次气相干燥是主要干燥过程，目前实际生产中判断第二次气相干燥结束的依据不能够准确的、定量的检测、评估大型牵引变压器的干燥效果，致使生产效率较低，造成了资源与能源的浪费，本发明的主要步骤为：1)初始特征参数获取，2)整体烘燥，3)气相干燥，4)干燥效果检验，5)完成干燥工艺。本发明所提出的干燥方法采用闭环反馈的方式控制大型卷铁芯牵引变压器的干燥工艺，能够得到干燥后大型卷铁芯牵引变压器的水分含量，提高大型卷铁芯牵引变压器干燥的效率。

Description

一种大型牵引变压器闭环式干燥的工艺方法
技术领域
本发明属于大型牵引变压器生产工艺领域，具体涉及一种大型牵引变压器闭环式干燥的工艺方法。
背景技术
高速铁路在我国进入快速发展时期，牵引变压器作为牵引供电系统中的核心设备，其性能和运行状态直接关系到整个系统的经济性与可靠性。
大型牵引变压器的干燥是其出厂前必不可少的一道工艺，目前生产中干燥工艺主要包括第一次整体烘燥与第二次气相干燥，其中对器身进行第二次气相干燥是主要干燥过程，以煤油蒸汽为加热载体，排除绝缘件内部水分，对于保证变压器产品的绝缘性能具有显著意义，目前实际生产中判断第二次气相干燥结束的依据为：卷铁芯变压器器身温度在118℃以上，铁芯温度在115℃以上，每小时的出水量已极少。可知，实际生产中现有的干燥工艺中并不能够准确的、定量的检测、评估大型牵引变压器的干燥效果，并且针对最主要的第二次气相干燥过程主要是通过工作经验对干燥时间等进行控制，致使生产效率较低，造成了资源与能源的浪费，因此急需一种能够得到干燥后卷铁芯牵引变压器水分含量，并且效率较高的大型卷铁芯牵引变压器生产中干燥的工艺方法。
发明内容
为了能够有效检测大型牵引变压器干燥效果，并且提高大型卷铁芯牵引变压器的干燥效率，本发明提供了一种大型牵引变压器闭环式干燥的工艺方法。
一种大型牵引变压器闭环式干燥的工艺方法包含以下步骤：
第一步：初始特征参数获取
1.1检验准备及测试接线
将待干燥的牵引变压器的高压绕组进线端与高压绕组出线端短接，然后与频域介电谱测试仪电压输出端连接，将待干燥的牵引变压器的低压绕组进线端与低压绕组出线端短接，然后与频域介电谱测试仪电压输入端连接，测试环境温度并记为T(摄氏度)；
1.2频域介电谱测试
设置输出电压为1400伏特，设置测试频率范围为1kHz至1mHz，开启频域介电谱测试仪对待干燥的牵引变压器进行频域介电谱测试，得到环境温度T(摄氏度)下牵引变压器内绝缘的相对复介电常数实部(ε′)与相对复介电常数虚部(ε″)的频域介电谱；
1.3频域介电谱测试结果归算
将步骤1.2中测得的环境温度T下牵引变压器内绝缘的相对复介电常数实部(ε′)频域介电谱依据式(1)归算至参考温度15℃，将步骤1.2中测得的环境温度T下牵引变压器内绝缘的相对复介电常数虚部(ε″)频域介电谱依据式(2)归算至参考温度15℃
式中，fT为环境温度T下频域介电谱的测试频率(包括1mHz，2.15mHz，4.64mHz，0.01Hz，0.02154Hz，0.04642Hz，0.1Hz，0.21544Hz，0.46416Hz，1Hz，2.1544Hz，4.6416Hz，10Hz，20Hz，42Hz，60Hz，90Hz，220Hz，470Hz，1000Hz)，f15℃为fT在参考温度15℃下对应的频率点，式(1)与式(2)中的fT/f15℃有如下的表达式：
通过对归算至参考温度15℃后的测试结果进行多项式拟合得到参考温度15℃下1kHz至1mHz的对复介电常数实部(ε′)与相对复介电常数虚部(ε″)的频域介电谱曲线；
1.4初始特征参数提取
采用式(4)、(5)所示ε′和ε″表达式，基于步骤1.3中得到参考温度15℃下牵引变压器内绝缘的ε′与ε″的频域介电谱，使用MATLAB通过非线性最小二乘法进行拟合，进而得到特征参数(σdc，Δε1，Δε2，τ1，τ2)的初始值，记为(σdc_0，Δε1_0，Δε2_0，τ1_0，τ2_0)，在进行拟合时为保证模型参数拟合结果的唯一性和准确性，以(6)为目标函数，当误差平方和θ的值最小时，认为拟合有效；
式中，σdc为直流电导率，Δε1为界面极化的弛豫强度，Δε2为偶极子转向极化的弛豫强度，τ1为界面极化的弛豫时间，τ2为偶极子转向极化的弛豫时间，α1界面极化的分布参数，α2为偶极子转向极化的分布参数，ω为角频率，ε′fit(f15℃,15℃)为相对复介电常数实部拟合值，ε″fit(f15℃,15℃)为相对复介电常数虚部拟合值；
第二步：整体烘燥
对大型牵引变压器线圈组进行干燥，干燥环境温度设置为130摄氏度，干燥时间设置为7天；
第三步：气相干燥
对大型牵引变压器的器身进行二次气相干燥，以煤油蒸汽为加热载体，排除大型卷铁芯牵引变压器的绝缘件的内部水分，本步骤的气相干燥时间设置为2天；
第四步：干燥效果检验
根据第一步中初始特征参数提取中所示的方法，对干燥后的牵引变压器进行相同的测试，提取大型牵引变压器干燥后的特征参数(σdc，Δε1，Δε2，τ1，τ2)的值，记为(σdc_n，Δε1_n，Δε2_n，τ1_n，τ2_n),其中n为已经干燥的次数，然后通过式(7)计算特征参数变化率H，当变化率H小于0.05时则干燥效果合格进行第五步，如果H大于0.05则干燥效果不合格返回至第三步；
第五步：完成干燥工艺
其中在第1.4步骤中初始特征参数提取过程的使用MATLAB通过非线性最小二乘法进行参数拟合时，边界限制条件如下：高频介电常数0<ε∞<10，直流电导率10-11<σdc<10-4界面极化弛豫强度0.1<Δε1<400，界面极化弛豫时间10<τ1<10000，偶极子转向极化弛豫强度0.1<Δε2<20，偶极子转向极化弛豫时间10-12<τ2<10-6，分布参数0<α1、α2<1。
本发明所提出的干燥方法采用闭环反馈的方式控制大型牵引变压器的干燥工艺，能够有效的检测干燥过程中大型卷铁芯牵引变压器内绝缘的干燥效果，提高大型卷铁芯牵引变压器干燥的效率。
附图说明
图1一种大型牵引变压器闭环式干燥的工艺方法流程图
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明：
图1所示为一种大型牵引变压器闭环式干燥的工艺方法流程图。从图中可以看出一种大型牵引变压器闭环式干燥的工艺方法主要包括以下步骤：
第一步：初始特征参数获取
1.1检验准备及测试接线
将待干燥的牵引变压器的高压绕组进线端与高压绕组出线端短接，然后与频域介电谱测试仪电压输出端连接，将待干燥的牵引变压器的低压绕组进线端与低压绕组出线端短接，然后与频域介电谱测试仪电压输入端连接，测试环境温度并记为T(摄氏度)；
1.2频域介电谱测试
设置输出电压为1400伏特，设置测试频率范围为1kHz至1mHz，开启频域介电谱测试仪对待干燥的牵引变压器进行频域介电谱测试，得到环境温度T(摄氏度)下牵引变压器内绝缘的相对复介电常数实部(ε′)与相对复介电常数虚部(ε″)的频域介电谱；
1.3频域介电谱测试结果归算
将步骤1.2中测得的环境温度T下牵引变压器内绝缘的相对复介电常数实部(ε′)频域介电谱依据式(1)归算至参考温度15℃，将步骤1.2中测得的环境温度T下牵引变压器内绝缘的相对复介电常数虚部(ε″)频域介电谱依据式(2)归算至参考温度15℃
式中，fT为环境温度T下频域介电谱的测试频率(包括1mHz，2.15mHz，4.64mHz，0.01Hz，0.02154Hz，0.04642Hz，0.1Hz，0.21544Hz，0.46416Hz，1Hz，2.1544Hz，4.6416Hz，10Hz，20Hz，42Hz，60Hz，90Hz，220Hz，470Hz，1000Hz)，f15℃为fT在参考温度15℃下对应的频率点，式(1)与式(2)中的fT/f15℃有如下的表达式：
通过对归算至参考温度15℃后的测试结果进行多项式拟合得到参考温度15℃下1kHz至1mHz的对复介电常数实部(ε′)与相对复介电常数虚部(ε″)的频域介电谱曲线；
1.4初始特征参数提取
采用式(4)、(5)所示ε′和ε″表达式，基于步骤1.3中得到参考温度15℃下牵引变压器内绝缘的ε′与ε″的频域介电谱，使用MATLAB通过非线性最小二乘法进行拟合，进而得到特征参数(σdc，Δε1，Δε2，τ1，τ2)的初始值，记为(σdc_0，Δε1_0，Δε2_0，τ1_0，τ2_0)，在进行拟合时为保证模型参数拟合结果的唯一性和准确性，以(6)为目标函数，当误差平方和θ的值最小时，认为拟合有效；
式中，σdc为直流电导率，Δε1为界面极化的弛豫强度，Δε2为偶极子转向极化的弛豫强度，τ1为界面极化的弛豫时间，τ2为偶极子转向极化的弛豫时间，α1界面极化的分布参数，α2为偶极子转向极化的分布参数，ω为角频率，ε′fit(ω)为拟合值，ε″fit(ω)为拟合值；
第二步：整体烘燥
对大型牵引变压器线圈组进行干燥，干燥环境温度设置为130摄氏度，干燥时间设置为7天；
第三步：气相干燥
对大型牵引变压器的器身进行二次气相干燥，以煤油蒸汽为加热载体，排除大型卷铁芯牵引变压器的绝缘件的内部水分，本步骤的气相干燥时间设置为2天；
第四步：干燥效果检验
根据第一步中初始特征参数提取中所示的方法，对干燥后的牵引变压器进行相同的测试，提取大型牵引变压器干燥后的特征参数(σdc，Δε1，Δε2，τ1，τ2)的值，记为(σdc_n，Δε1_n，Δε2_n，τ1_n，τ2_n),其中n为已经干燥的次数，然后通过式(7)计算特征参数变化率H，当变化率H小于0.05时则干燥效果合格进行第五步，如果H大于0.05则干燥效果不合格返回至第三步；
第五步：完成干燥工艺。

Claims (1)

1.一种大型牵引变压器闭环式干燥的工艺方法，其特征在于，包含以下步骤：
第一步：初始特征参数获取
1.1检验准备及测试接线
将待干燥的牵引变压器的高压绕组进线端与高压绕组出线端短接，然后与频域介电谱测试仪电压输出端连接，将待干燥的牵引变压器的低压绕组进线端与低压绕组出线端短接，然后与频域介电谱测试仪电压输入端连接，测试环境温度并记为T，单位为℃；
1.2频域介电谱测试
设置输出电压为1400伏特，设置测试频率范围为0.001Hz至1kHz，开启频域介电谱测试仪对待干燥的牵引变压器进行频域介电谱测试，得到环境温度T下牵引变压器内绝缘的相对复介电常数实部ε′(fT,T)与相对复介电常数虚部ε″(fT,T)的频域介电谱；
1.3频域介电谱测试结果归算
将步骤1.2中测得的环境温度T下牵引变压器内绝缘的相对复介电常数实部ε′(fT,T)频域介电谱依据式(1)归算至参考温度15℃，将步骤1.2中测得的环境温度T下牵引变压器内绝缘的相对复介电常数虚部ε″(fT,T)频域介电谱依据式(2)归算至参考温度15℃；
式中，fT为环境温度T下频域介电谱的测试频率；所述测试频率包括：0.001Hz、0.00215Hz、0.00464Hz、0.01Hz、0.02154Hz、0.04642Hz、0.1Hz、0.21544Hz、0.46416Hz、1Hz、2.1544Hz、4.6416Hz、10Hz、20Hz、42Hz、60Hz、90Hz、220Hz、470Hz和1000Hz；f15℃为fT在参考温度15℃下对应的频率点，式(1)与式(2)中的fT与f15℃有如下的表达式：
通过对归算至参考温度15℃后的测试结果进行多项式拟合得到参考温度15℃下0.001Hz至1kHz的相对复介电常数实部ε′(f15℃,15℃)与相对复介电常数虚部ε″(f15℃,15℃)的频域介电谱曲线；
1.4初始特征参数提取
采用式(4)、(5)所示ε′(f15℃,15℃)和ε″(f15℃,15℃),基于步骤1.3中得到参考温度15℃下牵引变压器内绝缘的相对复介电常数实部ε′(f15℃,15℃)与相对复介电常数虚部ε″(f15℃,15℃)的频域介电谱，使用MATLAB通过非线性最小二乘法进行拟合，进而得到特征参数σdc、Δε1、Δε2、τ1、τ2的初始值，分别记为σdc_0、Δε1_0、Δε2_0、τ1_0、τ2_0，在进行拟合时为保证模型参数拟合结果的唯一性和准确性，以式(6)为目标函数，当误差平方和θ的值最小时，认为拟合有效；
式中，σdc为直流电导率，Δε1为界面极化的弛豫强度，Δε2为偶极子转向极化的弛豫强度，τ1为界面极化的弛豫时间，τ2为偶极子转向极化的弛豫时间，α1为界面极化的分布参数，α2为偶极子转向极化的分布参数，ω为角频率，ε′fit(f15℃,15℃)为相对复介电常数实部拟合值，ε″fit(f15℃,15℃)为相对复介电常数虚部拟合值，ε∞为高频介电常数；
第二步：整体烘燥
对大型牵引变压器线圈组进行干燥，干燥环境温度设置为130摄氏度，干燥时间设置为7天；
第三步：气相干燥
对大型牵引变压器的器身进行二次气相干燥，以煤油蒸汽为加热载体，排除大型卷铁芯牵引变压器的绝缘件的内部水分，本步骤的气相干燥时间设置为2天；
第四步：干燥效果检验
根据第一步1.4步骤中初始特征参数提取中所示的方法，对干燥后的牵引变压器进行相同的测试，提取大型牵引变压器干燥后的特征参数σdc、Δε1、Δε2、τ1、τ2的值，分别记为σdc_n、Δε1_n、Δε2_n、τ1_n、τ2_n，其中n为已经干燥的次数，然后通过式(7)计算特征参数变化率H，当变化率H小于0.05时则干燥效果合格进行第五步，如果H大于0.05则干燥效果不合格返回至第三步；
第五步：完成干燥工艺；
第1.4步骤中初始特征参数提取过程的使用MATLAB通过非线性最小二乘法进行参数拟合时，边界限制条件如下：高频介电常数0<ε∞<10，直流电导率10-11<σdc<10-4，界面极化弛豫强度0.1<Δε1<400，界面极化弛豫时间10<τ1<10000，偶极子转向极化弛豫强度0.1<Δε2<20，偶极子转向极化弛豫时间10-12<τ2<10-6，0<界面极化的分布参数α1<1，0<偶极子转向极化的分布参数α2<1。
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