计及永磁体漏磁效应的磁饱和型高压直流限流器设计方法

高压直流系统故障电流极快速的上升速度对系统安全稳定运行产生严重影响.永磁偏置磁饱和型高压直流限流技术是一种经济可靠的抑制高压直流系统故障电流快速上升的方法,但现有的磁阻网络计算法无法考虑永磁体漏磁效应带来的计算误差,导致设计计算结果不准确,因此亟待研究该类限流器的设计方法.该文提出一种基于高阶麦克劳林展开的磁通管区段拟合方法,能有效计及永磁体漏磁效应,进而精确计算限流器工作电感值,为该类限流器及永磁偏磁型电力设备提供设计方法.首先计算不同漏磁区段等效磁导值,其次重构限流器等效磁导网络,最后计算得到限流器电感值及相关尺寸参数.多组有限元仿真及样机试验结果表明,该文所提出方法较常规方法准确度等级提高约20％,且计算时间大大缩短,符合装备设计实际需求.     

大容量永磁饱和型故障限流器参数设计与优化

为适应大容量应用需求,针对一种直线式永磁饱和型故障限流器(permanent-magnet-biased saturation based fault current limiter,PMFCL)磁拓扑结构,基于等效磁路法建立了以饱和深度比、电感比与电感和为基本变量的结构参数设计算法,并通过分析铁心上工作点的变化规律,将PMFCL结构参数优化转化为对3个独立变量的优化,即对铁心I-Be曲线上3个关键点的优化问题,为获得最优结构参数奠定了算法基础.将参数优化算法应用于110 kV系统设计实例,并基于Maxwell-2D软件建立了直线式PMFCL的场一路耦合仿真模型,验证了算法及优化结构参数的有效性.     

直流偏磁条件下电力变压器铁心B-H曲线及非对称励磁电流

基于变压器铁心的直流偏磁特性提出了一种有效获取大型电力变压器直流偏磁条件下绕组励磁电流的方法.首先在按与实际产品1/50比例制作的产品级模型上通过试验研究建立了处于不同直流偏磁水平铁心的磁通一激励电流(φ-I)曲线族,(B-H日)曲线族;其次通过仿真计算考虑了偏置磁通对这些曲线的影响;最后提出了适合变压器工程应用的直流偏磁条件下非对称励磁电流的计算方法.实际测量数据与仿真计算结果的比较表明文中提出的方法是正确的.     

一种开路形式的永磁饱和型故障电流限制器的温度场稳态分析

永磁饱和型故障电流限制器(PMFCL)具有结构简单、损耗小和运行成本低的特点,具有良好的应用前景。永磁体在高温下会失磁,因此开展PMFCL温度场的计算分析有重要的实际意义。针对一种直线型的PMFCL结构,使用有限元软件进行磁场分析得出铁心在一个周期内的磁感应强度随时间变化的B-t曲线,再根据铁心的B-P曲线计算其损耗,并考虑永磁体的损耗,分析线路正常工作状态和故障状态保持持续的极端情况下永磁饱和型故障电流限制器的稳态温度场,仿真结果发现该新型的限流器的永磁体在线路正常工作状态和故障状态下均处于未失效的磁性状态的温度范围内,从而处于两个稳态中间的故障过渡过程中PMFCL的永磁体满足设计的温度和磁性性能要求,验证了此PMFCL具有很好的磁场热稳定性。     

基于直流偏磁实验的叠片铁心磁化特性分析

铁心中直流磁通的预测是研究变压器直流偏磁问题的关键.本文提出基于损耗函数的改进迭代法,在考虑磁滞效应的同时对基本磁化曲线进行修正,计算叠片铁心内的直流磁通.通过比较励磁电流的测量值与计算值,验证了该方法的有效性和正确性.获得了直流偏磁条件下叠片铁心的磁滞回线和基本磁化曲线,对有无直流偏磁条件下的基本磁化曲线进行了比较....     

CRH380A高速动车牵引变压器磁场、涡流及损耗的有限元分析

为研究CRH380A高速动车壳式牵引变压器磁场、涡流及损耗的大小,提出了采用ANSYS有限元分析的方法。结合多绕组变压器的磁动势方程,建立了涡流场分析计算的数学模型,详细介绍了有限元分析的流程。同时建立了该壳式牵引变压器的三维有限元模型,分析了变压器铁心主磁通、铁心夹板和油箱壁的漏磁及涡流,计算了变压器主要部件的损耗。仿真结果表明:变压器额定运行条件下铁心主磁通为1.5 T,钢夹板上的漏磁和涡流具有上下对称的规律,油箱漏磁和涡流最大的地方位于与绕组端部对应的区域。该研究工作弥补了传统工程设计方法中无法计算漏磁与涡流损耗的缺陷,同时也为变压器的优化设计提供了参考依据。     

单相四柱变压器铁心主磁通分布特性研究

建立了基于型号DSP-223000/500变压器1∶10铁心模型的变压器主磁通试验平台,开展仿真计算和试验研究,分析了铁心磁密工作点对单相四柱式铁心主磁通分布特性的影响.     

温度及直流偏磁对换流变压器铁心磁性能及磁场问题影响的研究

测量了30ZH120电工钢片在不同直流偏磁及温度条件下磁特性,经过迭代计算得到了考虑偏置磁通后的B-H曲线。基于一台产品级750kV换流变压器(哈密-郑州特高压直流输变电工程),仿真计算了不同直流偏磁及温度条件下换流变压器磁场分布和空载电流,结果表明:直流偏磁和工作温度影响电工钢片和换流变压器铁心线性区和非线性区,随着温度及直流偏磁的增加,换流变压器铁心磁通密度和空载电流增加,因此,在设计中应该考虑温度及直流偏磁的影响。     

基于谐波平衡法的变压器直流偏磁电路-磁路频域耦合模型

基于叠片铁心与单相三柱变压器进行直流偏磁实验。依据直流偏磁条件下电路与磁路的稳态特征,将谐波平衡法引入到不同结构的变压器电路-磁路耦合模型。基于各电磁变量的谐波向量,建立以绕组励磁电流和铁心内磁通为未知量的谐波平衡方程,通过铁心非线性磁阻的迭代实现方程在频域内的求解。测量结果与计算结果相吻合,验证了本文提出的频域计算方法的有效性。依据谐波向量的计算结果,分析了直流偏磁对变压器励磁电流和铁心磁通的影响规律。     

用分层法计算异步电机笼型转子凸形槽起动时比漏磁导

采用分层计算法，在假定每层电流均匀分布的条件下，推导凸形槽比漏磁导的计算过程，并引入饱和系数以修正一般计算中忽略铁心磁压降引起的误差。该方法可用于工程计算     

Comparative study on the static and dynamic characteristics of four types of PMFCLs for large capacity applications

Permanent-Magnet-Biased Saturation Based Fault Current Limiter (PMFCL) may find early applications in high-voltage and large capacity power systems due to prominent advantages such as compactness, small size, reliable and safe operation, and zero reset time. The prevailing topologies and the operating principles of the PMFCLs are elucidated in the paper. Theoretical analysis on both the static and dynamic characteristics of different modes of PMFCLs is carried out comparatively, in which new concepts of effective magnetic flux density and magnetic field intensity are proposed to describe the overall impacts of the magnetic field on the current limiting capacity of the PMFCLs. Based on theoretical analysis and mathematical deduction, equivalent magnetic circuits and equations are established, which presents invaluable fundamentals for further study on the operating mechanism of different modes of PMFCLs as well as optimization of the fault current limiting topology design.     

饱和铁心型超导限流器的暂态特性分析

随着电网规模的不断扩大,短路电流超标问题已成为制约电网负荷增长和电网发展的突出因素之一。传统的限流措施已经很难满足现代电力系统发展的需要,随着超导材料的快速发展,超导限流器这种利用新兴超导技术而研制出的快速有效的限流装置应运而生。由于饱和铁心型超导限流器拥有突出的优越性能,其被广泛应用于输电线路及配电系统中。考虑到饱和铁心型超导限流器的实际结构,提出了一种新式等效磁路法,进而可以精确、有效地分析限流器的暂态特性。等效磁路法的提出对饱和铁心型超导限流器的理论分析及实际应用都有重要的意义。     

基于脉冲漏磁理论的铁磁性材料斜裂纹检测

在广泛应用于各行各业的铁磁性材料中,由于应力和环境等因素的作用,裂纹是其最常见的缺陷之一,且多以不规则的形状(如斜裂纹)存在。为了分析斜裂纹的脉冲漏磁信号特点,建立了脉冲漏磁检测斜裂纹的有限元仿真模型,对比分析了斜裂纹与垂直裂纹的脉冲漏磁信号的差异,提取并研究了相关特征量与斜裂纹尺寸的关系。同时,利用脉冲漏磁检测系统对几种斜裂纹进行了实验,检测结果与仿真分析结果一致,验证了利用脉冲漏磁检测斜裂纹的可行性,为下一步对斜裂纹的定量检测提供了理论指导。     

三相三柱变压器对偏磁电流的耐受特性研究

为了分析三相三柱电力变压器在高压直流输电系统大地回流作用下运行性能的变化情况,采用电路—磁路耦合的数值方法建立了包括变压器内部主要漏磁回路在内的该型式变压器详细模型,并利用该模型通过改变漏磁磁阻值重点讨论了漏磁回路对变压器耐受直流电流偏磁能力的影响。仿真分析结果表明,三相三柱变压器内部漏磁回路特性对变压器受直流电流偏磁作用的影响不可忽视。当漏磁磁阻减小至一定程度时,该种型式变压器仍然会受到直流偏磁电流的影响,因此在三相三柱变压器设计制造环节应对其漏磁回路加以充分考虑。     

基于铁基纳米晶的磁调制传感器的仿真研究

针对现有磁调制式直流传感器材料和结构上的不足,提出了一种新型磁调制式直流漏电流传感器。该传感器使用铁基纳米晶材料做磁芯,基于磁调制LR振荡器,通过检测绕组端电压的脉冲宽度变化,实现对直流漏电流大小和方向的测量。用两个反相绕在同一磁芯上的线圈进行差分的方法,来抑制零点漂移的产生,提高系统的稳定度。在仿真软件PSPICE中建立了磁调制传感器的模型。对磁调制直流传感器模型的仿真分析为后续基于铁基纳米晶的磁调制传感器的设计提供了理论依据。     

大容量永磁偏置型故障限流器的经济性分析与优化

构建了永磁偏置型故障限流器PMFCL的经济性分析模型,包括材料成本和运行成本两部分。材料成本取决于PMFCL的关键结构参数,基于等效磁路法导出了PMFCL 4个关键结构参数与电感和、电感比以及饱和深度比这3个独立电磁变量间的函数关系;运行成本由铁芯损耗和绕组铜耗组成,并给出了各自的计算方法。针对500 k V PMFCL经济性分析实例,分析了电磁变量对PMFCL经济性的影响,并建立其经济性优化模型,求得了PMFCL的最优成本和对应的结构参数。结果表明,在高压大容量应用场合,PMFCL具有较好的经济性优势。Ansoft Maxwell二维有限元仿真验证了经济性优化模型的合理性。     

Jiles–Atherton Hysteresis Approach in Analyzing the Effect of Field Suppression in Saturated Iron-core Superconducting Fault Current Limiters

Saturated iron-core superconducting fault current limiters (SISFCL) are becoming more popular in the recent years due to their ability of reliable, effective and instantaneous fault limiting. With a superior performance than conventional current limiting methods, the SISFCL is finding its application in modern transmission lines and distribution system. In the SISFCL, the iron core is forced into saturation using a superconducting coil carrying DC current. During a fault in the system, the high fluxes set up in the AC coils interact with the DC flux, thereby reducing the flux density abruptly. This sudden change in the flux density induces a high voltage across the DC coil, which may damage the DC current source as well as the superconducting material. As a protective measure, a field suppressor unit is used that disconnects the DC supply following a fault. In this paper, a mathematical model of the SISFCL is developed considering hysteresis and the effects of the field suppressor unit have been analyzed. The paper also aims to highlight the effects on the performance of SISFCL with varying hysteresis loops of the core material.     

Current Transformer Model

This paper presents a current-transformer (CT) model that is useful for low-frequency applications. To describe the iron-core magnetic behavior, a hysteresis model is proposed, which is able to generate minor asymmetric loops and remanent flux. The effects of classic eddy current losses and anomalous losses are represented by linear and nonlinear resistors, respectively. The obtained results are compared with those calculated by the Preisach's model and measured in the laboratory. This model may be applied in power system protection studies, as it is the case of numeric correction of distorted secondary currents in current transformers (CTs)     

电抗器铁芯振动噪声的多场耦合分析方法

针对电抗器铁芯磁致伸缩导致的振动噪声问题,提出在瞬态电磁场方程和结构力场方程及声场方程的基础上建立物理模型。从多物理场耦合的角度,对一台三相串联铁芯电抗器的磁场分布、铁芯磁致伸缩位移、铁饼间的麦克斯韦力、应力和声压级进行计算。对磁致伸缩和麦克斯韦力作用下的振动位移和声场分布分别分析,得出磁致伸缩是电抗器铁芯振动的主要原因。实验研究表明,增加修正系数后的电抗器振动噪声仿真结果与实测得到的电抗器振动噪声基本一致,满足工程需要,证实多场耦合分析方法可用于电抗器设计阶段对铁芯噪声进行预估。     

基于动态虚拟磁通分析的CT饱和识别方案研究

阐述了CT的工作原理,分析了CT饱和时铁芯磁通的特征,提出了基于动态虚拟磁通分析的CT饱和识别方案。该方案通过二次电流与CT铁芯磁通存在的联系计算动态虚拟磁通,根据CT饱和时饱和区磁通达到最大值与电流过零时刻的相对时间变短进行CT饱和识别,根据CT饱和时线性区磁通小于饱和区的磁通进行线性区识别。该方案利用磁通特征识别饱和及线性区,不受非周期分量、高次谐波等电流特征的影响。经仿真验证,该方案能够快速判断CT是否发生饱和,准确定位线性区起止点,原理简单,实现方便,具有实际应用价值。