中国石油大庆油田有限责任公司第八采油厂电力维修大队技术队 黑龙江 大庆 163300）
摘要：传统的电动汽车无线充电技术存在续航里程较短的问题。为避免上述问题，提出了一种电动汽车动态无线充电技术。首先，通过对比分析，得到较适用于电动汽车动态无线充电的无线传输方式。其次，通过仿真分析获取系统互感与轴偏移距离的关系以及不同结构松耦合变压器的磁屏蔽效果。结果表明发射端摆放条形磁芯且接收端摆放圆盘型磁芯的ICPT系统能够满足电动汽车动态无线充电的电源需求和电磁屏蔽要求。
关键词：无线电能传输；无线充电；电动汽车；动态供电
1引言
由于节约能源，减少环境污染，电动汽车受到世界各国的大力推广。但是，充电却成为阻碍电动汽车发展的最大问题。传统的插拔充电方式由于受到接口的限制只能同一时间为一台电动车充电且存在安全问题。采用无线充电技术为电动汽车充电，用户只需将车开到指定充电区域，便可自动进行充电。然而，传统无线充电还存在充电频繁、续航里程短、电池组笨重且成本高昂等问题。在这样的背景下，电动汽车动态无线充电技术应运而生，它以非接触的方式为行驶中的电动车实时地提供能量供给。电动车续航里程得到延长，同时电能补给更加安全、便捷。
2无线充电技术理论分析
无线电能传输区别于传统的有线传输，通过磁场为负载供电。目前，无线电能传输的主要方式有微波式、耦合式和谐振式。微波式无线电能传输技术传输距离能达到千米级且可实现准确定向，但受传输介质影响，很难穿透障碍物，一般适合在真空或空旷地方进行。耦合式无线电能传输技术是最为成熟的无线电能传输技术，基于安培环路定理和法拉第电磁感应定律，短距离内可实现kW级的传输功率。谐振式无线电能传输技术基于感应耦合原理，传输效率高，但工作频率要求达到MHz级别，且目前传输功率较低。
综上所述，电动汽车动态无线充电系统要求传输功率较高，且发射侧和接收侧传输距离在15cm-25cm之间属近场传输，因此采用耦合式无线电能传输技术较为适合。
3不同结构的松耦合变压器实用性研究
电动汽车动态无线充电系统须具备效率高、侧移性能好、磁屏蔽能力强的特点。松耦合变压器占系统80%的重量和空间，通过磁场将能量从发射端传输到接收端。由于松耦合变压器工作气隙较大使得系统漏感较大，磁化通量较少，并且发射端与接收端发生轴偏移也将导致系统传输效率降低。当松耦合变压器传输能量时，发散式磁场对车体四周进行电磁辐射，将对汽车控制系统将产生影响。在耦合距离一定的情况下，参数不同的松耦合变压器传输效率、侧移性能、磁屏蔽效果也将不同。所以，对比分析不同结构松耦合变压器的传输效率、侧移性能、磁屏蔽效果是电动汽车动态无线充电系统设计工作的重要内容。
根据电动汽车动态无线充电的实际情况，设定结构1中松耦合变压器仅由线圈构成。结构2中发射端摆放条形磁芯，接收端摆放圆盘形磁芯。结构3中接收端摆放条形磁芯，发射端摆放条形磁芯。结构模型如图1所示：
（1）结构1 （2）结构2 （3）结构3
图1 三种松耦合变压器结构模型
3.1轴偏移距离对互感的影响
对电动汽车进行无线充电时，因驾驶员对电动汽车的人为手动操纵将导致松耦合变压器的接收端与发射端发生轴偏移，进而影响系统互感。不对称现象的出现是不可能完全消除的，因此研究轴偏移距离对互感的影响程度及趋势具有实际意义。设定发射端与接收端轴偏移距离变化范围为(0-200)mm。磁芯结构、轴偏移距离k与互感Mij的关系如图2所示。
由图2可以看出：当结构1中发射端与接收端轴偏移距离超过100mm时，互感接近于0mH。结构2中互感变化趋势与结构1中互感变化趋势类似，但大小是结构1中的3倍。结构3中互感为结构1中互感的两倍，相比于结构2，互感下降35%。当轴偏移距离在0mm至100mm之间，随着侧移量的增大，三种耦合结构中互感下降明显，这是由于耦合能力的下降，导致系统线圈内阻损耗增加所致。当轴偏移距离大于100mm时，三种耦合结构中互感都接近于0mH。通过对比可知，当轴偏移距离在0mm至100mm之间时，在发射端摆放条形磁芯，接收端摆放圆盘形磁芯的松耦合变压器中，轴偏移距离对互感的影响最小。
图3 磁场强度仿真结果图
磁芯与空气相比具有较高相对磁导率和低磁阻率，可以对磁力线进行改变，达到磁屏蔽的效果。由以上三种不同结构的松耦合变压器磁场强度分布情况可以看出，磁芯起到了屏蔽作用。未添加磁芯的结构1中，传输效果及屏蔽效果与其他两种结构相比较差。结构3添加条形磁芯的松耦合变压器与结构2添加圆盘形磁芯的松耦合变压器相比传输效果大致相同，但磁屏蔽效果略差。通过对比分析可知，结构2即发射端摆放条形磁芯，接收端摆放圆盘形磁芯的松耦合变压器传输效果较好且具有良好的磁屏蔽效果。
4结论
本文对电动汽车动态无线充电系统进行了理论建模和仿真分析。基于研究对象，得出以下结论：
(1)当轴偏移距离大到一定程度时，松耦合变压器的不同结构对系统互感无影响。在有效范围内，发射端摆放条形磁芯且接收端摆放圆盘型磁芯的松耦合变压器耦合能力强，系统线圈内阻损耗相对较少，偏移距离对系统互感影响较小。
(2)具有较高的相对磁导率和低磁阻率的磁芯可以对磁力线进行改变，达到磁屏蔽的效果。发射端摆放条形磁芯且接收端摆放圆盘型磁芯的松耦合变压器磁屏蔽效果较好，可减少对外的电磁辐射，降低对车载控制系统的影响。
变电站运行常见故障处理分析与状态检修探讨
景清虎 国网宁夏电力公司固原供电公司 宁夏回族自治区 固原市 756000
摘要：新时期，人们日常生活、商业运作、工业生产等离不开电力系统的支持，且对电力的需求量也在逐渐增加，进而对供电企业提出了更高的要求，强化电力系统建设成为当前的重要任务。由于各个领域的用电量急剧增加，会让整个电力系统始终属于高负荷运转状态下，久而久之，变电站就会滋生各种故障，最终威胁着整个电力系统的高效运行。
关键字：变电站运行；故障处理；状态检修
1变电站运行中产生故障的主要因素
1.1操作因素
在变电站运行的过程中，正确的操作流程是决定变电站安全运行的重要因素。但在实际运行过程中，经常有一些工作人员没有足够了解相关工作流程，从而导致事故的发生。在变电站运行过程中，工作人员对变压器的连接形式较为随意，导致变压器中线路与线路之间发生短路，使其内部温度上升，油箱压力随之上升，这样对变电站的安全运行就会造成严重的影响。同时，由于工作人员接触的设备相对较多，工作时间相对较长，使得工作人员无法集中精力，从而导致安全事故的发生，对变电站的正常运行造成严重影响。
1.2管理因素
在我国行业不断发展的过程中，变电站安全事故的发生概率不断增加，不仅影响着行业的健康发展，也对我国社会经济的发展造成了严重的影响。追根究底就是因为变电站运行中的安全管理力度不够，对变电站安全管理缺乏科学性、合理性及实效性。在变电站运行的过程中，管理人员对变电站中母线连接法的收集和分配等工作进行有效划分，但由于母线的连接存在一些问题，会对变电站安全运行造成严重影响，甚至引发安全事故。
2变电站运行中常见故障问题
变电站运行在电力系统中体现的主要功能是监督变电站的运行，管理相关的各电力设备，根据工作人员的调度对其中电力设备进行控制，确保变电站的安全稳定运行。变电站的主要工作是严格检测管理电力设备的正常运转。但是变电站在实际工作中仍存在一些缺陷，如由于存在较多电力设备需要控制，因此检测管理工作中十分容易出现故障问题；此管理工作相对而言较为枯燥，使得相关工作人员在工作中容易怠慢，并未对变电站的运行进行严格管理；变电站安置区域较为广泛，所安排的工作人员比较分散，导致无法集中对其进行管理，造成许多不良现象发生。出现在变电站运行过程中最常见的故障有以下几种：保险熔断、系统接地合断线等。若电力系统是因为消弧线圈设置之后接入地面而出现的故障，而不是因为直接接入地面才产生的故障问题，那么系统中的中央信号就会发出一系列信号指示，因为电压继电器被设置于消弧线圈的母线开口三角处，当电力系统运行三相平衡时，此时的电压继电器值与零值接近。如果上述几种故障出现，将会使三相电压值出现不平衡状态，当电压继电器的电压值到达一个固定整值时，将会使电压继电器发出指示信号。因此工作人员不允许仅仅依靠这个指示信号对变电站运行故障进行判断，还应该参考其它表现对其进行判断。如果电力系统中存在一相或者两相的电压值是零，那么就会导致此时其它相电压所表现故障是保险熔断。如果只有一相电压值为零值，那么其它两相电压值就会比线电压值更大，此时系统接地是主要故障问题。如果存在一相电压值变高，但另外两相电压值变低，则此时故障问题就是断线问题。相关工作人员针对这些故障，必须先掌握故障发生的原因，然后采取相对应的有效措施进行处理。工作人员对系统接地故障的解决方案是全方位对各种电力设备进行巡视检查。对保险熔断问题，工作人员则需要对二次电压进行重点检查。对断线故障问题，工作人员应该及时向有关上级部门进行汇报，并进行调度处理工作。
3变电站电力电容器故障处理方法
3.1电力电容器运行电压控制
为了防止电力电容器运行过程中出现各种电力故障，电力电容器的运行电压应该始终保持在1~1.1倍额定电压之间，如果超过额定电压，运行时间应控制在5h以下。环境温度大于电力电容器的运行温度、运行电压超过额定电压时，应迅速的切断电源，采取一定的散热降温措施。一般情况下，电力电容器电压上升会导致电流随之增加，但只要能够将电流控制在额定电流1.3倍以下，基本不会影响电力电容器的安全运行，超过该临界值，则应强制停运。
3.2电力电容器保护装置跳闸处理
实际的运行过程中，电力电容器采用手动送电的方式，为了避免安全隐患，电力电容器上不得安装自动合闸装置，送电之前，首先需要对电力电容器进行放电处理，确保电荷全部放出之后才能够合闸，合闸时保护装置如果自动跳闸，说明电力电容器内部电荷没有完全释放，确定电荷完全放出之后依然跳闸，则需要对保护装置进行检查，并采取对应措施进行处理，之后才能够合闸送电。
3.3电力电容器熔丝熔断处理
电力电容器熔丝熔断之后，会严重危害电力系统的安全，工作人员必须要及时上报相关情况，上级批准之后，将该故障电力电容器与整个电力电容器组断开，对其进行放电处理，检查电力电容器的性能，如果电力电容器外观没有明显的故障，则应更换熔丝，通电观察一段时间，如果熔丝再次熔断，说明电力电容器内部出现了故障，此时需要断开电源，使故障电力电容器退出电力电容器组，其他电力电容器则通电继续运行。电力电容器组之间是相互独立的，不会影响各自的运行，将故障电力电容器与电力电容器组分开，不会影响电力电容器组功能的发挥。
3.4电力电容器响声异常处理
电力电容器正常运行的时候会发出持续的响声，当响声出现异常时说明电力电容器可能出现了故障，因此工作人员在日常的检查维护过程中要能够经常倾听电力电容器运行时的声音，电力电容器响声过大、表面温度迅速升高，电力电容器的内部可能存在着局部放电的不良现象，此时相关检修人员应立即对电力电容器进行停电检查，详细的分析引起电力电容器发生故障的原因，采取对应的应对措施，保证电力电容器运行安全。
4变电站日常维护机制分析
在变电站日常运行中，要时刻进行全面的维护，有助于规避掉一些故障事故，把可能的后续损失降到最低。第一是要做好对变电站中大大小小的重要设备的安全监管，通过多项指标，如油位、油温、基础声响等多个方面开展全面的检测和控制，确保设备运行稳定正常。第二是要重视检测基础变压器承载负荷结构，延长设备使用寿命。第三是要通过检测变压器内部噪音、爆破音等方面的指标变化，采集充分的信息，对于相应开关的启闭进行控制。第四是增加对设备、管道油料跑冒滴漏的检测频率，减少资源浪费。第五是要通过对基础设备内油位上升的合理控制，节约资源使用。
结束语：综上所述，通过分析，我们了解到变电站在整个电力系统中所占据的地位与作用是不容忽视的，只有保证变电器运行的高效性与稳定性，才能提升电力系统运行的安全性与可靠性。因此，为了能够提高供电质量，必须加强对变电站故障的管控，通过对各类故障的分析，采取相对应的处理措施，以提升变电站的实际作用，为电力系统的高效运行提供重要条件。
参考文献
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[5]苏艳鹏.变电站运行常见的故障处理与防范措施分析[J].电子技术与软件工程,2015,11:139.
论文作者:刘幸幸, 谭凤
论文发表刊物:《电力设备管理》2017年第8期
论文发表时间:2017/8/17
标签：变电站论文; 电容器论文; 电力论文; 结构论文; 故障论文; 变压器论文; 电压论文; 《电力设备管理》2017年第8期论文;