《电工技术学报》电器装备及智能化领域最新优文推荐｜2024年7月28日

《电工技术学报》是中国电工技术学会主办的电气工程领域综合性学术期刊，报道基础理论研究、工程应用等方面具有国际和国内领先水平的学术及科研成果。中国工程院院士马伟明任《学报》编委会主任，兼《学报》主编。

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作者：李鹏飞, 翟国富, 孙志刚, 王国涛, 赵相江

摘要：密封电子元器件与装置作为航天系统中的重要组成部分,具有高精密性、高可靠性以及高复杂性的典型特点,而多余物问题是严重影响其高可靠性的主要因素之一。随着航天技术的快速发展,多余物检测技术也在不断改进与深入。该文以认识多余物、控制多余物产生以及检测多余物为主线,围绕多余物的防控方法、检测方法、检测标准进行综合论述。着重分析了检测方法中的颗粒碰撞噪声检测（PIND）方法,分别从小型元器件多余物检测、中大型装置多余物检测两个角度,针对现有研究进展逐一进行了详细的介绍。在此基础上,结合现有国内多余物检测研究的现状,针对多余物检测的难点与未来发展趋势进行归纳,并提出了期望与目标。

引用本文：李鹏飞, 翟国富, 孙志刚, 王国涛, 赵相江.密封电子元器件与装置多余物检测发展综述[J].电工技术学报, 2024, 39(10): 3152-3179. 李鹏飞, 翟国富, 孙志刚, 王国涛, 赵香江.密封电子元件和设备的松散余数检测综述。电工技术学报, 2024, 39(10): 3152-3179.

作者：刘志赢, 汪友华, 刘成成, 彭江湃, 宋华宾

摘要：对金属带材进行横向磁通感应加热（TFIH）时，通常会存在加热温度分布不均匀以及加热温度偏离目标值两个问题。该文研究了加热器结构参数与电源参数对45号钢带材回火热处理温度的影响,并对两种参数分别进行优化,使带材在加热器出口处的平均温度达到目标值600℃,同时获得均匀的温度分布。采用Morris法对加热器结构参数进行全局灵敏度分析，选取显著影响相对不均匀度的参数并建立径向基函数（RBF）神经网络预测模型。使用多岛遗传算法（MIGA）对筛选的结构参数进行优化，初步获得均匀的温度分布。最后以降低温度分布的相对不均匀度和达到理想平均温度为目标,在优化后的加热器结构基础上使用响应面法（RSM）优化电源参数,实现多目标优化设计。仿真验证结果表明,45号钢带材在加热器出口处的平均温度为600.06℃、相对不均匀度为2.36%,满足45号钢回火热处理的要求。

引用本文：刘志赢, 汪友华, 刘成成, 彭江湃, 宋华宾.基于多岛遗传算法与响应面法的横向磁通感应加热装置参数优化设计[J].电工技术学报, 2024, 39(10): 3180-3191. 刘志英, 王友华, 刘程程, 彭江派, 宋华斌.基于多岛遗传算法和响应面法的横向磁通感应加热装置参数优化设计.电工技术学报, 2024, 39(10): 3180-3191.

作者：赵靖英, 李宁, 张雪辉, 赵正元

摘要：多簧片结构的磁保持继电器衔铁转动引起的触点碰撞、弹跳现象使运动过程复杂,静、动态特性理论分析和仿真模型建立困难。以某型号多簧片结构的磁保持继电器为研究对象,理论分析结构拓扑及工作机理,考虑触点间切入深度,引入狄拉克函数和赫维赛德函数,解决簧片受力分散及触点由于碰撞、弹跳引起的作用力不连续问题;将簧片等效为悬臂梁,基于欧拉-伯努利梁理论建立触簧系统三簧片分段耦合动力学模型。利用Ansys Maxwell引入基于误差的自适应网格划分方法，求解电磁机构静态特性;考虑触簧系统簧片运动变形效应，通过ADAMS基于模态理论，构建刚柔耦合动力学仿真模型。基于分段动力学思想,搭建电-磁-机械运动多物理场刚柔耦合仿真模型。利用高速摄像机、电流探头等设计磁保持继电器实验方案,搭建实验平台,测试并分析磁保持继电器触点吸合运动时间、触点压力、弹跳时间、线圈电流,并分析人工装配簧片引起触点压力不同使继电器动作过程存在的不一致性问题,验证该文所提多簧片结构的磁保持继电器特性分段耦合分析方法和多物理场刚柔耦合仿真模型的有效性。

引用本文：赵靖英, 李宁, 张雪辉, 赵正元.多簧片结构的磁保持继电器多物理场刚柔耦合仿真模型建立和实验分析[J].电工技术学报, 2024, 39(10): 3192-3205. 赵静莹, 李宁, 张学辉, 赵正元.多簧片结构磁闭锁继电器多物理场刚柔耦合仿真模型的建立及实验分析.电工技术学报, 2024, 39(10): 3192-3205.

作者：汤龙飞, 姚林睿, 阳文蔚

摘要：该文对接触器的优化设计进行研究,将磁链闭环控制引入接触器本体优化设计中,实现控制策略与本体优化设计的协同。首先,综合考虑接触器的外部漏磁和磁场分布特性,在三维有限元动态仿真的基础上构建改进的磁路模型,以实现磁路模型的参数化计算。然后，提出了一种改进的非支配排序遗传算法（NSGA-II.）与磁路模型相结合进行优化设计，以Pareto前沿个数判断种群进化进程，实现自适应遗传-差分混合进化策略，提高了多目标优化设计算法的全局收敛性和收敛速度。最后,将恒磁链闭环控制策略与多目标优化设计相结合,通过减小接触器的电磁惯性、机械惯性及提高控制磁通密度,来提高机构响应速度和磁性材料利用率,同时减小触头弹跳。仿真及实验验证了改进磁路模型及多目标优化设计方法的有效性。

引用本文：汤龙飞, 姚林睿, 阳文蔚.磁链闭环控制下接触器的优化设计方法[J].电工技术学报, 2024, 39(10): 3206-3217. 唐龙飞, 姚林瑞, 杨文伟.磁链闭环控制下的接触器优化设计方法.电工技术学报, 2024, 39(10): 3206-3217.

作者：周利军, 员秀程, 王东阳, 周猛, 张俊

摘要：变压器绕组振荡波能够有效地反映绕组状态变化,实际应用中发现振荡波末期存在不规律振荡行为,影响了基于振荡波的变压器绕组故障诊断准确性。该文针对此问题,首先,搭建变压器绕组故障模拟平台,获取轴向移位、局部翘曲、饼间短路和匝间短路四种故障下绕组振荡波数据;其次,通过定义的能量衰减因子,提出了一种基于电压阻尼振荡的变压器绕组振荡波有效波段动态选取方法;再次,基于确定的有效波段,提出了基于二值化的Tamura纹理特征的特征参数提取方法,并结合波形特征关联度（FCD）,提出了用于故障类型（轴向移位、局部翘曲、饼间短路和匝间短路）、区域、程度诊断的特征参数组合并分析了其分布规律;最后,基于特征参数组合的分布规律通过实际变压器进行了应用分析。结果表明,动态选取出的波段干扰信息少、衰减振荡规律性明显且包含丰富的特征信息,可实现对故障类型、故障程度和故障区域的识别分类。

引用本文：周利军, 员秀程, 王东阳, 周猛, 张俊.基于电压阻尼振荡的变压器故障绕组识别方法[J].电工技术学报, 2024, 39(10): 3218-3231. 周丽军, 云秀程, 王东阳, 周孟, 张军. 基于电压阻尼振荡的变压器故障绕组识别方法.电工技术学报, 2024, 39(10): 3218-3231.

作者：邓祥力, 朱宏业, 严康, 张展, 刘世明

摘要：针对变压器绕组变形、轻微匝间故障等早期故障,传统的保护方案一般难以进行有效的诊断,根据变压器绕组漏磁场变化可以灵敏地检测出绕组的早期故障,但缺乏适用于工程应用的绕组漏磁场分析的解析方法和在线测量方案。针对这些问题,该文计算了简化模型下的变压器绕组漏磁场分布,通过测量绕组上、下表面和中部的漏磁感应强度,提出故障分量磁平衡保护的整定方法和判别逻辑。最后,建立了Ansys的仿真模型和动模实验模型,验证了保护方案具有不受负荷变化及不受励磁涌流的影响,并且区内故障检测灵敏度高的优点。

引用本文：邓祥力, 朱宏业, 严康, 张展, 刘世明.基于光纤漏磁场测量的变压器磁平衡保护研究[J].电工技术学报, 2024, 39(3): 628-642. 邓祥丽, 朱宏业, 闫康, 张展, 刘世明.基于光纤泄漏磁场测量的变压器磁平衡保护.电工技术学报, 2024, 39(3): 628-642.

作者：刘刚, 胡万君, 郝世缘, 刘云鹏, 李琳

摘要：油浸式电力变压器绕组温升监测是保证其安全稳定运行的重要手段。为了改善采用有限元方法计算油浸式电力变压器绕组瞬态温升时存在效率不高的问题，提出一种结构保留的本征正交分解（SPOD）与离散经验插值方法（DEIM）相结合的计算策略。首先，该文采用最小二乘有限元法（LSFEM）与迎风有限元法（UFEM）构建变压器绕组瞬态温升计算控制方程;其次,针对控制方程的特点,引入SPOD方法,通过将采样时间内的计算结果构成快照矩阵,建立降阶模型,降低有限元刚度矩阵的计算阶数,提高求解有限元方程的效率;然后,为了改善本征正交分解方法对于非线性问题效率提升不高的缺陷,结合DEIM算法,对有限元方程中的非线性项进行插值处理,从而减少每一时步形成总体刚度矩阵的时间,进一步提高总体计算效率。为了验证文章所提算法的精确性及高效性,根据油浸式电力变压器绕组的基本特点,建立了单分区分匝绕组传热模型,对其瞬态传热过程进行计算,结果表明：基于SPOD-DEIM的有限元降阶计算能够在保证精度的前提下有效提高计算效率,与全阶计算结果相比,流场与温度场的计算误差均不超过1.5%,且计算效率提升5.1倍。同时,为了充分说明SPOD-DEIM算法在工程应用中的价值,该文基于110 kV变压器绕组搭建了温升实验平台,建立了八分区分匝绕组数值计算模型,对算法的精度、效率及工程应用价值进行了验证及讨论,计算及实验结果表明：精度方面,降阶计算较全阶计算的瞬态全过程计算误差小于2.5%,且与实验结果相比,误差不超过5.41 K;效率方面,降阶计算的全过程计算时间为54.28 h,与全阶计算相比,计算效率提升至10.57倍,与商业仿真软件Fluent相比,效率提升至6.37倍,充分说明所提算法的高效性及工程应用价值,为大型电力设备快速仿真提供新思路。

引用本文：刘刚, 胡万君, 郝世缘, 刘云鹏, 李琳.油浸式变压器绕组瞬态温升降阶快速计算方法[J].电工技术学报, 2024, 39(3): 643-657. 刘刚, 胡万军, 郝世元, 刘云鹏, 李琳. 油浸式电力变压器稳态温升的降阶计算方法.电工技术学报, 2024, 39(3): 643-657.

作者：刘帼巾, 刘达明, 缪建华, 杨雨泽, 王乐康, 刘琦

摘要：自动转换开关（ATSE）是保证系统连续供电的设备，对其进行健康监测和故障诊断对系统的稳定运行具有重要意义。为了实现对ATSE的非侵入式故障识别，该文提出一种基于电流信号变分模态分解（VMD）的特征提取和改进灰狼算法（IGWO）优化深度置信网络（DBN）相结合的故障诊断方法。该方法首先利用样本熵确定VMD分解次数并对故障电流进行分解;其次对分解后得到的本征模态函数进行小波包能量的提取，并利用IGWO对DBN网络结构参数进行优化;最后，通过DBN将电流能量特征与ATSE的故障类型建立起映射关系，从而完成最终的故障识别。所提IGWO采用了分段调节与非线性递减的衰减因子相结合的策略,以平衡算法全局搜索和局部搜索能力;并采用莱维飞行更新探狼的移动位置,来避免算法陷入早熟收敛。实验结果表明,该算法不仅能显著提高前期对参数寻优的训练速度,后续泛化实验的故障分类准确率也有98.78%的良好表现。

引用本文：刘帼巾, 刘达明, 缪建华, 杨雨泽, 王乐康, 刘琦.基于变分模态分解和改进灰狼算法优化深度置信网络的自动转换开关故障识别[J].电工技术学报, 2024, 39(4): 1221-1233. 刘国金, 刘大明, 苗建华, 杨玉泽, 王乐康, 刘奇.基于VMD-WPE和IGWO优化DBN的自动转换切换设备故障识别.电工技术学报, 2024, 39(4): 1221-1233.

作者：刘云鹏, 黎晏霖, 李欢, 范晓舟

摘要：变压器绕组的温度分布一直是电网运行人员重点关注的对象。与传统传感器相比，分布式光纤传感具有抗电磁干扰能力强、可实现分布式测量等优势，其中布里渊光时域分析技术（BOTDA）的性能稳定，适用于大多数场景，但BOTDA的空间分辨率为m级，难以分辨绕组运行中的局部热点。该文从布里渊散射增益谱的机理入手,利用双峰拟合算法,并结合对异常峰值曲线的边沿分析,提出了一种在不增加系统硬件复杂度的基础上提升BOTDA空间分辨率的方法,以满足局部热点检测要求。通过对光纤沿线不同位置、不同热点长度及不同热点温度下的模拟试验验证了该方法的有效性,在实验室条件下可将准确传感的热点长度提升至原空间分辨率的一半以内。基于变压器实际绕组的局部升温试验,实现了绕组异常热点的精确定位和长度感知,并准确解调了绕组局部热点的温度,进一步验证了该方法的实际可行性和检测优越性,温度相对误差控制在5%以内,为提高变压器绕组温度在线监测的经济性和可行性提供新的思考,同时也为变压器绕组局部故障的提前感知和预警提供了新的思路。

引用本文：刘云鹏, 黎晏霖, 李欢, 范晓舟.基于布里渊光时域峰值边沿分析的变压器绕组局部热点检测[J].电工技术学报, 2024, 39(11): 3486-3498. 刘云鹏, 李彦林, 李欢, 范小舟.基于布里渊光学时域峰边分析的变压器绕组局部热点检测.电工技术学报, 2024, 39(11): 3486-3498.

作者：范兴明, 李涛, 张鑫

摘要：以晶闸管作为主断器件是降低混合式直流断路器造价和技术难度的手段之一,电容电压是此类直流断路器能够顺利开断直流故障的关键影响因素。现有结构中电容大多为预充电型,但预充电方式和电容电压的维持较为复杂。因此,该文提出一种基于电容自然充电换相的混合式直流断路器,利用母线电压与预充电电容的电压差值实现电容的预充电和电容电压的自动维持,从而保证断路器的开断能力。此外该断路器还具备二次开断能力,可以满足极短时间内重复开断的需求。针对所提断路器的工作过程和元器件参数进行了详细的理论推导，基于PSCAD/EMTDC建立单端等效和四端柔性直流电网模型验证了所提结构的适用性。最后与其他方案进行比较,结果表明,所提方案在开断速度、电容预充电方式和二次开断方面具备一定优势。

引用本文：范兴明, 李涛, 张鑫.基于电容自然充电换相的混合式直流断路器设计与仿真[J].电工技术学报, 2024, 39(11): 3510-3521. 范兴明, 李涛, 张欣.基于电容自然充电换向的混合直流断路器设计与仿真.电工技术学报, 2024, 39(11): 3510-3521.

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