瞬态电磁场对屏蔽电缆的耦合机理

为了研究瞬态电磁场对屏蔽电缆的耦合机理,提出了区域分解时域有限差分法。基于法拉第定律的积分形式推导出了圆柱坐标系下三角形网格内磁场分量的FDTD差分方程,获得了屏蔽电缆不同截面上电磁场分布和屏蔽层上电流密度分布的规律。初步研究表明快速瞬态电磁场难以透过电缆屏蔽层耦合电缆芯线,缝隙耦合可能是瞬态电磁场耦合电缆的主要途径。     

不同频率谐波下单芯电缆温度场仿真分析

电力电缆的温度是保证其安全运行的重要参数之一,本文分析了现有电缆谐波温度场模型情况及其局限性,根据电力电缆线路产热和散热的特点,建立了电缆的电磁场-温度场耦合二维有限元分析模型。确定了电磁-热耦合场分析的边界条件,综合考虑电缆敷设方式及谐波情况下的集肤效应和邻近效应,求解得到了电缆内部电磁场分布。将得到的谐波焦耳热损耗作为热源耦合至热场模型进行计算,提出了一种多相电缆谐波温度场仿真模型,并仿真了不同频率谐波下电缆的温度分布情况。该研究可以为电力电缆线路的热分析和热老化寿命评估提供一定的参考。     

有限元法计算交联电缆涡流损耗

电力电缆的导体交流损耗和金属屏蔽层涡流损耗是影响电缆群温度场分布和电缆载流量确定的重要因素。为确定电缆运行中的损耗,在考虑趋肤效应和邻近效应的基础上,利用有限元法对电缆群不同排列方式和接地方式下的导体交流损耗和金属屏蔽层涡流损耗进行了计算。计算结果表明,导体交流损耗随回路数增多、电缆间距减小而增大,金属屏蔽层损耗随回路数增多而增大,与电缆间距的关系与接地方式有关,单端接地时,金属屏蔽层损耗随间距增大而减小,双端接地时,金属屏蔽层损耗随间距增大而增大。     

谐波激励下变压器铜屏蔽杂散损耗的计算和验证

通过参考IEC61378-2标准提供的换流变压器谐波损耗计算方法,得出计算变压器铜屏蔽杂散损耗的解析公式。基于P21~c-EM1简化模型,采用一种新的杂散损耗测量方法,即通过模型总损耗测量值减去模型激励线圈损耗的精确仿真值得到结构件中的损耗,以此作为实验值,对解析公式计算的结果进行验证。结果表明:铜板的基波损耗计算结果与实验值基本一致;基波叠加多次谐波激励下的铜板损耗与各次谐波单独激励下的铜板损耗之和大致相同;在激励电流频率相同的情况下,铜板杂散损耗与电流大小的平方满足一定的比例关系;在激励电流大小相同的情况下,铜板损耗与电流频率的0.8次方不满足IEC标准给出的频率特性。基于此,引入一个考虑磁场分布的修正因子对频率特性进行修正,通过修正结果与实验值的对比验证了修正因子的合理性。     

有损大地上屏蔽电缆耦合的感应电流分布特性

为研究有损大地上的屏蔽电缆与外界电磁场耦合的感应电流分布特性,基于天线理论和传输线模型导出外场辐射下电缆屏蔽层耦合的异模感应电流和共模感应电流计算公式,推导了电缆端接不同负载时,电缆屏蔽层耦合的共模感应电流解析表达式,并研究了感应电流的分布特性,得到了电缆两端架空时谐振频率与电缆长度的关系。结果表明:异模感应电流、共模感应电流和总感应电流均随电缆架空高度的增大而增大;异模感应电流、共模感应电流和总感应电流均随大地电导率的增大而减小。研究成果可为计算感应电流的辐射大小提供理论依据和数据基础,同时对电缆的电磁防护有一定参考价值。     

低噪声屏蔽电机定子屏蔽套激振力和受迫振动分析

三相屏蔽电机是屏蔽电泵专属特种电机,该电机的性能优劣对系统振动噪声有很大影响。屏蔽电机气隙内的旋转磁场在定子屏蔽套中感应出涡流,除产生屏蔽套涡流损耗外,该涡流还将与气隙合成磁场相互作用形成径向和切向高频电磁激振力。考虑到定子屏蔽套是薄壁件,与定子齿冠间存在一定的安装间隙,所以在电磁激振力下定子屏蔽套将产生电磁振动和噪声。首先从解析的角度推导得到了径向和切向电磁激振力的数学表达式,进而采用有限元法计算定子屏蔽套典型位置点磁通密度时间谐波和圆周方向上磁通密度空间谐波分布规律及谐波含量,得到了不同屏蔽套材质时的涡流电流密度分布。计算了定子屏蔽套采用哈氏合金时的电磁激振力变化曲线,并与解析计算结果进行了横向对比,验证了解析计算的正确性。最后,计算分析定子屏蔽套的工作模态和在电磁激振力作用下的机械形变,为后续屏蔽电机的减振降噪提供理论依据。     

考虑集肤效应与邻近效应的变压器谐波损耗模型

现有变压器模型无法精确计算变压器谐波损耗,因此提出了考虑集肤效应与邻近效应的变压器谐波损耗模型。对变压器中绕组的电磁场进行了分析,利用坡印亭矢量法得出各层绕组的损耗计算公式,由此分析了集肤效应与邻近效应对绕组的影响,建立了变压器谐波损耗模型。仿真结果表明,和Simulink自带模型相比,利用所提模型计算谐波损耗时精度更高。     

高压塑料电力电缆半导电层界面现象的研究

本文综合分析研究高压塑料电力电缆半导电屏蔽层的场强效应、热效应和界面效应,指出半导电层与绝缘层间的界面效应将从局部放电、水树放电方面影响电缆运行寿命。通过经验公式可以计算界面场强、计算半导电层ε值、限定半导电层ρ值以改善界面场强分布,计算和控制有害杂质尺寸、有害气隙尺寸,克服和减少界面接触不良引起的附加损耗以提高电缆性能和运行寿命。     

谐波对矿用XLPE电缆容量和稳态温度的影响

大量非线性工业负荷在矿井配电网中的高度渗透使电力谐波对电缆的影响不可忽略,通过分析谐波引发的附加功率损耗,建立了谐波对矿用高压XLPE电缆容量和稳态温度影响的评估方法。定义额定容量降低因子,定量描述谐波引发的额外损耗导致的电缆载流量降低,并修订鉴幅式电流保护动作值。根据单芯电缆温升计算式,给出了兼顾谐波电流的三芯电缆温升解析式,进行稳态温升预测。基于导体损耗的温度正相关性,利用ANSYS有限元仿真软件,建立热电耦合迭代模型来确认理论模型,并对电缆温升和载流能力进行仿真计算。算例表明该研究为谐波环境下电缆的设计、选型、监测和保护提供有效决策依据。     

谐波电流作用下变压器损耗及绝缘寿命的计算

谐波电流通常会对变压器造成损耗增加、温度升高、绝缘寿命缩短等不良影响。在分析谐波电流作用下集肤效应对变压器绕组电阻影响的基础上,定义了绕组电阻谐波损耗因子,利用谐波损耗因子计算变压器损耗。修正了热点温度计算公式,基于绝缘等值老化模型计算谐波电流导致的变压器绝缘寿命损失。最后,建立了六脉波整流仿真模型,验证了谐波损耗计算方法的准确性和谐波电流导致绝缘寿命损失计算的重要性。     

电力电缆护层电压补偿装置研究

电力电缆线路改造时容易造成换位的电缆三段不等长,从而引起护层电压不平衡,产生护层环流。在对电缆护层电压理论分析的基础上,推导了电缆几种主要排列方式下的护层感应电压数学模型;提出了电缆护层电压的补偿方法。该方法是在电缆终端增加一补偿电感,即在铁芯上绕制线圈,此线圈一端接电缆金属护层末端,另一端接地,基于这一补偿方法开发了补偿装置计算的软件包,并进行仿真计算,在此基础上研制了补偿装置。通过改变该补偿装置的气隙和匝数,可以对电缆护层电压进行有效补偿,使补偿后电缆护层的总电压大为减小,有效地抑制了护层环流,可大幅度降低电缆损耗,提高电缆传输容量。     

电缆护层电压补偿与护层电流抑制技术

金属护层中产生感应电压是电力电缆的普遍现象,电缆敷设时常采用三段换位的方法以降低护层电压,但随着城市建设发展的加快,电缆线路的改造也越来越多,电力电缆线路改造时往往造成换位的电缆三段不等长,从而引起护层电压不平衡,产生护层环流。文中通过对电缆护层电压的理论分析,推导了电缆任意排列方式下的护层感应电压的计算模型;提出了在电缆终端加补偿装置的方法来平衡护层电压,抑制护层电流。其基本原理是将该补偿装置套装于电缆上,电缆中通过电流时,补偿装置产生感应电动势,利用该感应电势来抵消电缆护层电压。导出了补偿电感的计算模型,根据模型进行仿真计算,研制了电缆护层电压补偿装置,并在电力公司进行大量的现场实测,其实测结果与仿真计算基本一致。结果表明,基于所提出的方法可以有效地减小电缆护层的感应电压,从而减小护层环流,显著减小电缆损耗。     

变电站二次电缆屏蔽层接地方式探讨

变电站二次电缆屏蔽层是提高变电站电磁兼容水平的重要措施。二次电缆的屏蔽层采用1端接地还是2端接地目前仍然是一个有争议的问题。文章从抗干扰和防止过电压的角度分析了屏蔽层的作用，认为采用2端点接地后屏蔽层中流过的电流应分为感应电流和噪声电流。感应电流是由外界电磁场感应产生的，其实际作用是抵消外界电磁场的干扰。屏蔽层中的噪声电流对芯线干扰很小。屏蔽层1点接地情况下由于无电流回路，因而屏蔽层无法取得良好的屏蔽效果。在一个良好的接地网中采取均压、分流配套措施后，屏蔽层再采用2端接地则会具有更好的防止电磁干扰的效果，且屏蔽层很难发生烧毁事故。     

谐波电流扰动下配电变压器损耗计算与绝缘寿命损失评估

针对谐波电流引起配电变压器损耗增加、热老化加速、绝缘寿命下降的问题,提出了一种计算谐波电流扰动下变压器空载损耗的方法。通过对Yyn0和Dyn11联结的配电变压器在谐波电流扰动下的杂散损耗分析,改进了基于谐波损耗因子的变压器负载损耗计算方法,修正了热点温度计算模型。以98℃为变压器热点温度基准值,利用6℃准则修正了IEEE C57.91中的绝缘纸相对老化因子计算方法。计算及试验结果表明:变压器损耗随谐波电流畸变率增大有较大增加,造成变压器绝缘系统寿命损失,缩短变压器运行寿命。     

感应牵引电机定子绕组涡流附加损耗分析

高功率密度感应牵引电机具有结构紧凑、磁通饱和度高、工作频率高、单位体积损耗密度大等特点。高工作频率导致定子绕组趋肤效应和邻近效应明显增加,在定子绕组中感应高频涡流附加损耗,引起附加铜耗大大增加。基于感应电机内部谐波磁场理论分析定子绕组涡流附加损耗的来源、计算方法及影响因素,并对一款4极650 kW感应牵引电机进行了详细有限元分析。分析了感应牵引电机定子槽内磁场分布、槽内磁场的各次谐波、谐波幅值与距槽口深度的关系,并计算了槽内导体的涡流附加损耗。计算结果表明槽口附近导体的涡流附加损耗最大,随着距离槽口深度的增加,槽内导体的涡流附加损耗呈明显减小的趋势,通过合理设计定子槽口深度可以有效减小槽口附近导体的涡流附加损耗。     

高压电力电缆护层感应电压的补偿研究

电力电缆敷设时常采用三段换位的方法以降低护层电压,但电力电缆线路改造时容易造成换位的电缆三段不等长,从而引起护层电压不平衡,产生护层环流。为解决此问题,通过对电缆护层电压的理论分析,推导了电缆单回路和双回路任意排列方式下的护层感应电压的计算模型;提出了在电缆终端加补偿装置(实际上为补偿电感器)的方法来平衡护层电压,抑制护层电流,其基本原理是将该补偿装置套装于电缆上,电缆中通过电流时,补偿装置产生感应电动势,利用该感应电势来抵消电缆护层电压。补偿电感的仿真计算表明,该法可有效减小电缆护层的感应电压,从而减小护层环流,大大减小电缆损耗。     

绕组分布对永磁伺服电机电磁场与温度场影响的研究

永磁伺服电机采用不同的绕组分布形式对电机的电磁场和温度场均会产生一定的影响,文章以一台8极10 k W的永磁伺服电机为例,建立不同绕组分布的永磁伺服电机模型,对比分析电机不同绕组分布对电磁场和温度场的影响。首先,采用时步有限元计算方法对永磁伺服电机谐波磁场变化进行分析,基于傅里叶谐波分解理论给出电机内各次谐波的变化情况。然后,结合电机转矩脉动系数的分析对不同绕组分布下的永磁电机转矩脉动进行研究,给出电机转矩波动随绕组分布形式的变化规律;其次对电机各损耗的变化规律进行分析,并揭示电机内谐波磁场对电机损耗的影响机理。在损耗研究的基础之上,进一步对不同绕组分布下的永磁伺服电机绕组温度与永磁体温度进行分析,给出不同绕组分布下的温度变化规律。最后,结合有限元计算结果及相关实验验证计算分析的准确性,并进一步揭示双层绕组分布在永磁伺服电机提高电机综合性能方面的作用。     

基于谐波损耗的干式变压器降容研究

IEEE Std C57.110中给出了计算电流畸变情况下变压器损耗的计算方法,其利用绕组涡流谐波损耗因子和杂散谐波损耗因子计算变压器的涡流损耗和杂散损耗,但忽略了绕组高频交流情况下集肤效应和邻近效应引起的附加损耗,计算精度受到一定影响。为了精确计算变压器谐波情况下的损耗,引入了绕组电阻谐波损耗因子,考虑了谐波情况下绕组集肤效应引起的损耗,并据此计算变压器最大负荷电流。在此基础上,研究了电流畸变率对干式变压器降容率的影响,计算结果表明谐波对干式变压器最大负荷电流及带负载能力有较大影响,当谐波畸变率达到60%时,变压器带负荷能力减小一半。