应用案例

　　实验名称：变压器缩比模型实验验证、特高压换流变压器现场试验

　　研究方向：电力变压器局部放电（PD）超声波检测与定位技术，聚焦于超声波在变压器内部复杂结构中的多径传播特性反演及数字孪生建模应用。

　　实验目的：

　　1.验证射线追踪模型的准确性：通过缩比模型和实际换流变压器实验，验证所提三维多径追踪仿真方法的有效性。

　　2.分析多径传播特性：研究超声波在变压器内部的折射、反射、绕射及衍射机制，明确其对局放检测可靠性的影响。

　　3.优化传感器布置：为变压器局放超声定位提供理论依据，提升检测精度。

　　测试设备：

　　1.变压器缩比模型实验

　　（1）超声波模拟发射系统：由信号发生器、高压放大器和超声换能器组成，实验框图（见图1）。

　　（2）接收设备：磁吸式超声波传感器、示波器。

　　（3）模型结构：单相三柱式缩比模型（1.6m×1.2m×0.9m），含绕组、铁芯、夹件等。

图1变压器超声波传播特性实验平台图

2传感器布置位置

　　2.特高压换流变压器试验

　　（1）传感器布置：顶面安装两个超声波传感器（见图2）。

　　（2）局放检测系统：用于捕捉放电波形。

　　实验过程：

　　变压器缩比模型实验

　　1.模型搭建：构建1.6m×1.2m×0.9m的单相三柱式变压器缩比模型，包含绕组、铁芯、夹件等结构。

　　2.声源与传感器布置

　　（1）声源设置在绕组外部或内部。

　　（2）传感器分别布置在油箱正面和背面中心位置。

　　3.射线发射与追踪：采用固定间隔法或黄金螺旋法发射射线（2592条），迭代追踪射线传播路径（步长30mm），记录到达传感器的射线数量及传播时间。

　　4.数据采集与分析：通过传感器接收超声波信号，利用K-means聚类算法对传播时间分类，对比仿真与实测波形的波达时间。

　　特高压换流变压器试验

　　1.传感器布置：在顶面安装2个超声波传感器，坐标分别为(3580,308,4200)mm和(2722,1820,4200)mm。

　　2.局放信号检测：当网侧电压升至0.4Um/√3时，检测到局部放电超声信号，记录传感器波形（见图3）。

　　3.模型反演：基于放电源坐标(6650,220,3800)mm，采用黄金螺旋法发射2000条射线，追踪传播路径并计算波达时间。

　　4.结果验证：对比仿真波达时间与实测数据，分析误差来源。

图3传感器采集局放波形

　　实验结果：

　　1.缩比模型

　　多径现象：射线分簇与实测脉冲波达时间一致（如正面传感器：207μs、384μs、1047μs）。

　　误差分析：仿真与实测波达时间相对误差≤6.57%，验证模型准确性。

　　2.换流变压器

　　路径反演：成功识别纵波、横波及反射路径（见图4），但部分脉冲路径未完全反演。

　　误差原因：经验波速与实际介质参数差异。

图4换流变压器模型射线追踪结果

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