實驗名稱：變壓器縮比模型實驗驗證、特高壓換流變壓器現(xiàn)場試驗

　　研究方向：電力變壓器局部放電（PD）超聲波檢測與定位技術，聚焦于超聲波在變壓器內(nèi)部復雜結(jié)構中的多徑傳播特性反演及數(shù)字孿生建模應用。

　　實驗目的：

　　1.驗證射線追蹤模型的準確性：通過縮比模型和實際換流變壓器實驗，驗證所提三維多徑追蹤仿真方法的有效性。

　　2.分析多徑傳播特性：研究超聲波在變壓器內(nèi)部的折射、反射、繞射及衍射機制，明確其對局放檢測可靠性的影響。

　　3.優(yōu)化傳感器布置：為變壓器局放超聲定位提供理論依據(jù)，提升檢測精度。

　　測試設備：

　　1.變壓器縮比模型實驗

　?。?）超聲波模擬發(fā)射系統(tǒng)：由信號發(fā)生器、高壓放大器和超聲換能器組成，實驗框圖（見圖1）。

　?。?）接收設備：磁吸式超聲波傳感器、示波器。

　　（3）模型結(jié)構：單相三柱式縮比模型（1.6m×1.2m×0.9m），含繞組、鐵芯、夾件等。

圖1變壓器超聲波傳播特性實驗平臺圖

2傳感器布置位置

　　2.特高壓換流變壓器試驗

　?。?）傳感器布置：頂面安裝兩個超聲波傳感器（見圖2）。

　?。?）局放檢測系統(tǒng)：用于捕捉放電波形。

　　實驗過程：

　　變壓器縮比模型實驗

　　1.模型搭建：構建1.6m×1.2m×0.9m的單相三柱式變壓器縮比模型，包含繞組、鐵芯、夾件等結(jié)構。

　　2.聲源與傳感器布置

　?。?）聲源設置在繞組外部或內(nèi)部。

　?。?）傳感器分別布置在油箱正面和背面中心位置。

　　3.射線發(fā)射與追蹤：采用固定間隔法或黃金螺旋法發(fā)射射線（2592條），迭代追蹤射線傳播路徑（步長30mm），記錄到達傳感器的射線數(shù)量及傳播時間。

　　4.數(shù)據(jù)采集與分析：通過傳感器接收超聲波信號，利用K-means聚類算法對傳播時間分類，對比仿真與實測波形的波達時間。

　　特高壓換流變壓器試驗

　　1.傳感器布置：在頂面安裝2個超聲波傳感器，坐標分別為(3580,308,4200)mm和(2722,1820,4200)mm。

　　2.局放信號檢測：當網(wǎng)側(cè)電壓升至0.4Um/√3時，檢測到局部放電超聲信號，記錄傳感器波形（見圖3）。

　　3.模型反演：基于放電源坐標(6650,220,3800)mm，采用黃金螺旋法發(fā)射2000條射線，追蹤傳播路徑并計算波達時間。

　　4.結(jié)果驗證：對比仿真波達時間與實測數(shù)據(jù)，分析誤差來源。

圖3傳感器采集局放波形

　　實驗結(jié)果：

　　1.縮比模型

　　多徑現(xiàn)象：射線分簇與實測脈沖波達時間一致（如正面?zhèn)鞲衅鳎?07μs、384μs、1047μs）。

　　誤差分析：仿真與實測波達時間相對誤差≤6.57%，驗證模型準確性。

　　2.換流變壓器

　　路徑反演：成功識別縱波、橫波及反射路徑（見圖4），但部分脈沖路徑未反演。

　　誤差原因：經(jīng)驗波速與實際介質(zhì)參數(shù)差異。

圖4換流變壓器模型射線追蹤結(jié)果

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圖：ATA-7000系列高壓放大器指標參數(shù)

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