500kV电力变压器直流偏磁损耗特性的仿真研究

局部过热是变压器发生直流偏磁现象时的一个重要特征。为了较为准确地分析变压器直流偏磁时的损耗特性及其诱发的局部过热问题,文中基于电路—磁路模型计算了500 kV变压器直流偏磁时的励磁电流,然后以此为边界条件建立了变压器的有限元分析模型,仿真研究了500 kV变压器的漏磁场和结构件损耗随直流分量的变化规律。计算结果表明,直流偏磁时,励磁电流、漏磁场、夹件和油箱表面的涡流损耗均随直流分量的增加呈现增大趋势。当变压器铁心工作在磁化曲线的饱和段时,励磁电流、夹件和油箱表面的涡流损耗的增幅加剧,可能会出现局部过热现象。研究结果可为变压器直流偏磁耐受性能分析提供理论依据。     

特高压变压器直流偏磁涡流损耗计算分析

为了分析直流偏磁对特高压自耦变压器结构件的损耗分布的影响,文中考虑拉板、夹件、铜屏蔽等结构件,并利用结构的对称性,建立特高压自耦变压器的1/8涡流场计算模型。以负载运行时不同直流偏磁下的线圈电流作为激励源进行瞬态仿真,分析了不同直流偏磁下变压器各结构件上的涡流损耗的分布规律。由结果可见,随着直流量的增大,各结构件上的损耗显著增大,且各结构件上的损耗分布不均匀,漏磁大的地方损耗较大。     

换流变压器直流偏磁对油箱涡流损耗的影响

换流变压器直流偏磁状态下油箱涡流损耗会大幅增加，导致变压器温度升高，威胁其安全稳定运行，因此快速评估直流偏磁下油箱涡流损耗的大小就显得十分必要。该文首先分析了换流变压器在额定和空载直流偏磁状态下油箱表面漏磁场的分布特点。再结合实际换流变压器非线性负载电流和励磁电流波形，得到了不同换流器触发角和直流电流下油箱涡流损耗的变化规律。并在IEC/IEEE 60076-57-129标准的基础上，给出了换流变压器直流偏磁状态下油箱涡流损耗的计算公式。针对一台800 kV单相四柱式换流变压器，利用场路耦合法进行油箱涡流损耗有限元计算。通过对损耗仿真数值以及油箱表面磁通密度和涡流损耗分布的分析，验证了理论分析的正确性，并获得了不同工况下，计算公式中的损耗占比值。利用不同属性的线性负载替代换流器触发角的变化，对两台单相四柱式380 V交流变压器进行了直流偏磁实验，进一步验证了理论分析的正确性。     

变压器箱体涡流损耗的三维有限元分析

建立了电力变压器漏磁场及箱体涡流损耗的计算模型,计算了变压器箱体的涡流损耗分布,提出了减少箱体涡流损耗的电磁屏蔽和磁屏蔽方法.     

特高压调压变压器直流偏磁特性计算

分析了特高压调压变压器的工作原理,获得直流偏磁下调压变压器的等效电路,建立了调压变压器的有限元磁场模型。基于时域场路耦合模型,计算分析了当调压抽头位于第一分接头时不同直流偏磁影响下特高压调压变压器的电流特性,也对比分析了调压变压器各绕组电流的谐波的变化规律。计算结果可为调压变压器的保护提供参考。     

单相四柱试验变压器铁心磁化曲线等效与直流偏磁分析

在单相四柱式自耦变压器试验平台上,开展了空载及负载直流偏磁试验,基于试验数据分析了试验变压器直流偏磁后的电流、谐波、无功功率的变化规律。基于硅钢片接缝结构和空载试验数据得到2种不同的铁心磁化曲线模型,以提高电流的计算精度,并对比分析了不同的磁化曲线在计算无直流偏磁和有直流偏磁下的空载电流的区别。基于场路耦合模型,仿真分析了变压器负载直流偏磁下的磁场分布。研究方法及结论为试验变压器后续的直流偏磁下的温升研究奠定了基础。     

大型电力变压器直流偏磁分析的磁路建模与应用

为了深入理解电力变压器在直流偏磁工况下的运行特性以提高电网安全运行性能和变压器本体设计,针对大型电力变压器产品的直流偏磁计算要求,提出了改进的磁路模型;根据铁心和绕组的几何结构形成磁路的拓扑,在铁心磁阻的计算中考虑涡流效应的作用,同时将铁心接缝气隙的作用引入计算模型中,建立了大型电力变压器直流偏磁的磁路模型;基于矢量匹配法获得铁心等效磁路模型中元件参数的最优解;基于铁心接缝气隙的几何结构和磁场分布特性,通过分段处理,建立了气隙等效磁路模型。作为应用实例,计算了2种不同铁心结构的大容量电力变压器产品的直流偏磁性能。验证了这些模型分析大型电力变压器直流偏磁的有效性。计算表明直流偏磁使变压器产品建立工作磁场更加困难;变压器的绕组漏磁显著增加,而且不同的变压器铁心结构受直流偏磁的影响存在差异。     

变压器三相对称电流引起法兰盘涡流损耗及温升的分析

正借助MAGNET 3D有限元分析软件,建立不同工况下的计算模型,对变压器三相对称电流通过低压法兰时产生的涡流分布进行计算和分析,探讨其涡流损耗密度分布和热点分布规律。随着我国电力事业的不断发展,变压器容量的日益增大,其低压侧三相电流也相应增大。根据电磁感应定律,当电流通过引线时,会在引线周围产生磁场,该磁场会在其附近的法兰钢板中感应出电动势,并产生涡流,进而产生涡流损     

直流偏磁条件下单相三柱电力变压器的损耗计算

基于产品级的单相三柱变压器模型的大量测量结果,首次建立了处于不同直流偏磁水平的铁心的损耗-磁通密度(W-Bm)曲线族;运用MAGNET软件建立了变压器直流偏磁三维瞬态计算模型,按照空载、负载等不同运行工况完成了变压器内部磁场的分析计算,并以磁场计算结果为基础,计算了不同偏置直流电流条件下变压器的损耗和各构件的平均损耗密度。实际测量与仿真计算的比较表明:该变压器模型空载、负载偏磁损耗随不同直流电流的计算与试验变化趋势一致,仿真建模和计算结果是有效的。     

基于串联电阻的特高压变压器空载直流偏磁计算

利用变压器时域场路耦合模型,计算单相特高压自耦变压器的空载直流偏磁特性。通过增加串联电阻值,提高计算电流中直流分量的计算精度。根据不同串联电阻值时的计算分析,得到串联电阻的取值范围。增加串联电阻,改变电路结构,通过电压补偿的迭代仿真计算,可有效消除增大串联电阻值导致的电流计算偏差。求解瞬态电流的四阶龙格库塔法,一次斜率计算,对应一次磁场求解电感计算。适当减小步长,有利于提高计算电流中直流分量的计算精度,降低串联电阻的取值。在稳定性和精确性分析的基础上,进行特高压变压器不同直流偏磁电流下的空载直流偏磁仿真计算,获得励磁电流波形,并分析了电流的谐波成分。     

特高压换流变压器支撑件的直流偏磁损耗计算

根据抑制特高压换流变压器直流偏磁原因温升的需求,提出研究换流变压器铁芯钢质支撑件直流偏磁损耗的计算方法,为设计与制造抑制温升提供依据。根据换流变压器的短路阻抗大以及拉板、夹件结构的设计特点,采用Ansoft Maxwell仿真软件,建立了包括铁芯和油箱、拉板等支撑件的三维有限元模型,考虑短路阻抗和拉板、夹件等因素的影响,完成了励磁电流、涡流场分布及涡流损耗效应的计算。结果表明,与普通变压器相比,换流变压器直流偏磁油箱及铜屏蔽的涡流损耗增加得较快,以及铁芯拉板的开槽方式,也会造成拉板涡流损耗增大。     

有限元电路—磁场耦合的三相变压器直流偏磁仿真

直流输电单极—大地运行时,地中直流通过大地和电网构成回路在变压器中流通,使变压器铁心磁通增大,发生磁饱和,从而影响变压器的正常传变特性,发生直流偏磁。因此,计算直流输电引起的直流偏磁磁场,需要综合电路—磁场来分析。本文克服一般变压器直流偏磁磁场分析脱离电路的缺陷,采用多物理场耦合分析软件(COMSOL)进行基于电路—磁场耦合三相变压器直流偏磁仿真,详细进行了不同偏置电压下的不同结构的三相变压器的偏磁情况。     

特高压变压器直流偏磁计算及无功功率特性分析

针对变压器的直流偏磁问题,分析了特高压变压器直流偏磁时无功损耗的响应机理,给出无功损耗计算方法,进行无功损耗特性分析。采用增加串联电阻的方法,提高计算电流中直流分量的计算精度。结合电压补偿,消除增加串联电阻后导致的电压下降问题。根据特高压变压器的实际参数,建立变压器的场路耦合模型,进行特高压变压器不同直流偏磁电流下的仿真计算。研究表明,变压器直流偏磁时,励磁电流波形严重畸变。随着直流偏磁电流的增加,特高压变压器的空载无功功率逐渐增加,直流偏磁电流超过一定范围后,无功功率随着直流偏磁电流的增加近似呈线性增加。相同直流偏磁电流时,负载下的无功功率明显大于空载下的无功功率。相比于无直流偏磁时的无功功率,相同直流偏磁电流时,空载与负载下的无功增额大体相同。     

高压自耦变压器的涡流损耗计算与屏蔽措施

为应对大型电力变压器漏磁场及杂散损耗问题,采用三维非线性涡流场有限元分析方法,以1台高压自耦变压器为研究对象,引入B-H曲线来描述非线性材料的磁特性,对变压器结构件进行了漏磁场及涡流损耗计算。采用屏蔽措施之前,油箱及夹件等结构件涡流损耗及涡流损耗密度较大,容易引起局部过热问题并且影响变压器正常运行。通过进一步分析,给出了油箱磁屏蔽、夹件L型磁屏蔽和肺叶式磁屏蔽等降低杂散损耗的措施,以及多种屏蔽形式对漏磁场及结构件涡流损耗的影响。结果表明对电力变压器油箱、夹件等结构件采取合理的磁屏蔽措施能够有效地降低杂散损耗并消除热点,不同屏蔽形式对其周围结构件涡流损耗及漏磁场具有不同影响。     

三相五柱变压器空载直流偏磁的计算分析

由于地磁暴在大地产生感应电流以及直流输电系统单极性运行方式与大地形成回路,使得直流电流进入变压器中性点,造成变压器直流偏磁,电流发生畸变,产生谐波。文中在已经研究过的单相特高压变压器直流偏磁计算的基础之上,以230 kV三相五柱式变压器为例,依据单相变压器和三相变压器电路、磁场的区别,利用变压器磁场模型与电路模型建立微分方程,对三相变压器的直流偏磁进行了计算分析。为使计算结果能够快速稳定,在电路中人为串联大电阻,并在计算完成后使用电压补偿的方法将串联电阻所分电压补偿在电路中,根据计算结果可知,电压补偿可以较好的消除由于串联电阻所带来的波形偏移现象,补偿后的结果可以较好的分析三相五柱变压器直流偏磁现象,为三相五柱变压器的直流偏磁耐受能力及其变压器保护提供了参考。     

大地直流偏磁影响下电力变压器损耗及温升计算研究

地磁感应电流引起的直流偏磁对电网稳定运行会产生不利影响,其中单相变压器、三相五柱电力变压器受到的影响最为严重。本文根据IEEE Std C57.91标准,以一台OSFSZ-420000/354三相电力变压器为研究对象,研究地磁感应电流直流偏磁下对电力变压器磁化电流和磁场温升的计算方法及相应解决方案。传统解析方法难以模拟地磁感应电流直流偏磁引起的变压器饱和特性变化。本文通过有限元与PSCAD迭代联合计算,研究地磁感应电流影响的电力变压器运行特性的变化,首先基于有限元研究变压器铁心饱和运行条件下励磁特性计算方法,基于变压器铁心饱和特性曲线搭建PSCAD的地磁感应电流影响下磁化电流仿真模型,最终基于PSCAD与三维涡流场耦合分析,提出地磁感应电流影响下的变压器损耗及温升计算方法。     

大型电力变压器箱体不同屏蔽方式的屏蔽特性研究

针对大型电力变压器箱体屏蔽与降低箱壳涡流损耗问题,利用三维瞬态有限元法,在考虑箱体材料的非线性和磁屏蔽叠片结构的情况下,计算分析了不同屏蔽方式的屏蔽特性,对磁屏蔽叠片结构采用各向异性材料来近似表示叠片特性。以一台330 k V单相电力变压器为研究对象进行计算分析,分别计算研究了配置箱体前后侧磁屏蔽、增加上下磁屏蔽和增添箱体拐角铜屏蔽三种方案下箱体的磁场及涡流损耗。基于计算结果,总结了不同屏蔽方式的屏蔽特性,为工程设计提供了依据。     

HVDC中直流偏磁电力变压器叠片铁心损耗及磁通分布

为了研究高压直流输电系统中直流偏磁电力变压器叠片铁心中的损耗及磁通分布,提出并研制了完全按照电力变压器铁心的标准设计和叠装工艺制作的叠片铁心模型。通过模型实验获得了叠片材料在不同偏置磁场作用时的损耗曲线,解决了直流偏磁条件下叠片铁心三维电磁场数值计算中所需要的材料性能数据问题。考察了不同偏置磁场作用下变压器铁心取向硅钢片中的损耗和磁通分布,研究不同偏置磁场强度对取向硅钢片特性的影响,提出解决计算三维非线性和各向异性涡流问题的实用措施。研究表明,不同偏磁工况下模型铁损和磁通的计算结果和测量结果具有较好一致性,所得结果和结论有助于通过优化设计来提高电力变压器的性能指标。     

变压器电磁耦合模型中动态电感的计算方法

变压器瞬时电感参数计算是备受关注的研究内容。本文结合变压器直流偏磁问题,基于能量平衡原理计算动态电感。建立变压器电磁耦合模型,求解时变非线性磁场,利用局部线性化方法获取系统能量,从而计算动态电感;通过电路求解时域电流,并回馈磁场实现耦合。在此基础上模拟变压器直流偏磁电磁特性,分析在不同直流扰动下动态电感与非线性励磁的对应关系,并总结其规律。搭建实验平台,对比实测数据与计算结果,验证本文所采用方法的准确性。     

特高压变压器直流偏磁对绕组电流的影响

为了快速而准确地分析特高压变压器负载下直流偏磁对各绕组电流的影响,基于棱边有限元法建立特高压变压器的时域场路耦合模型,在磁场模型中根据能量扰动原理,通过能量增量计算动态电感,在电路模型中利用动态电感参数建立瞬态电路偏微分方程模型并应用四阶龙格库塔法进行求解。针对特高压变压器大电感、小电阻带来的极为漫长的过渡过程以及直流偏磁计算易被忽略的难点,通过在电路模型中增加串联电阻,使达到稳态的时间大大缩短,并通过电压迭代补偿,有效消除串联电阻值导致的计算偏差,计算特高压变压器负载运行时受直流偏磁影响下的励磁电流与各绕组电流,并分析不同直流偏置电流对特高压变压器各绕组电流的影响。通过搭建与特高压变压器相同的铁心结构以及高、中、低压侧具备相同绕组匝数比和容量关系的缩比模型直流偏磁试验平台,验证了该文所提模型的正确性。