大型电力变压器漏磁场的ANSYS有限元分析

首先,讨论了电力变压器中漏磁场的基本问题。然后,运用电磁场理论和有限元法,对其进行了系统的研究,分别建立了二维和三维漏磁场计算模型,准确计算了油箱中的漏磁场分布情况,给出了详细的分析方法,并得出有关结论。变压器容量越大,漏磁场也越强,油箱中损耗就不能忽略。如果不采取措施,油箱壁出现局部过热点能影响变压器性能。传统的计算方法是根据经验公式来估算,这就具有相当大的误差,于是更加准确的有限元法被引进到漏磁场计算中。     

变压器油箱涡流损耗的三维有限元分析

大型电力变压器中油箱涡流损耗占其杂散损耗绝大部分,易使变压器产生局部过热,烧损变压器。因此,为了有效降低油箱涡流损耗,提出采用ANSYS软件三维有限元法对变压器进行仿真计算,以求得到其油箱漏磁和涡流损耗分布及大小,然后采取相应的防控措施,即在变压器加入磁屏蔽。经仿真计算分析,在变压器加入磁屏蔽有利于降低油箱中的漏磁密度、减小损耗,同时也说明采用该方法计算损耗准确、可行。     

变压器热-磁三维有限元计算

为使高漏抗、多绕组电力机车主变压器的漏磁场计算更加准确,建立了高速电力机车主变压器油箱热-磁三维有限元计算模型及物理方程,采用边单元有限元法对主变压器的油箱损耗进行了计算,同时按照磁-热弱耦合方法,计算出采取屏蔽措施前后油箱稳态温度场的分布。经试验得到该台变压器损耗为31.245 kW,三维有限元计算值为30.478 kW;同时在采用屏蔽措施后,油箱壁左侧与右侧铜屏蔽最高温度均降低3℃,其温度场分布更加均匀,为电力机车主变压器的优化设计提供了参考。     

轴向双分裂发电机变压器漏磁场及穿越短路阻抗计算与分析

由于轴向双分裂发电机变压器绕组结构复杂,其短路阻抗较难准确地计算。为此,以1台轴向双分裂发电机变压器为例,建立了漏磁场和等效电路模型,对其进行了3维和2维漏磁场分析。并采用漏磁链法和场路耦合方法进一步计算了不同工况下的穿越短路阻抗以及分裂支路电流分配问题,将计算结果与实验值进行对比分析。结果表明:对于短路阻抗的计算,采用场路耦合的3维有限元法比2维有限元法及漏磁链法更接近实验值,3维有限元法计算误差2%,而漏磁链法最大误差达到了7.2%;与漏磁链法相比,3维有限元法能够更精确地计算变压器的漏磁场以及分裂支路电流分配问题。对分裂变压器短路阻抗的计算研究为分裂变压器的合理设计提供了参考依据。     

电力变压器结构件损耗研究

文中首先介绍电力变压器漏磁场与涡流损耗问题研究计算的国内外研究状况,并论述了电力变压器金属构件上产生的漏磁问题及损耗问题的意义及目的。同时,针对文中在计算过程中遇到的难题给出相应的解决方法以及简化计算的相应实际假设。文中应用Comsol软件建立了大型电力变压器的数学模型及实际三维变压器有限元模型,并对大容量变压器的三维漏磁场进行了准确地计算,并提出一种基于双标量磁位的表面阻抗法,利用此方法分析计算了电力变压器的结构件如:拉板、夹件,油箱等这些部件上的漏磁以及涡流损耗大小和分布。并将仿真结果和理论值相比较,验证了这种基于双标量磁位的表面阻抗法在分析大型电力变压器的涡流损耗的真实有效性及分析计算结果的准确性。然后文中进一步将此方法用到一台容量为6300 kVA的大型电力变压器的漏磁场及涡流损耗分析计算中,分析其金属构件上的漏磁场及涡流损耗。     

高压自耦变压器肺叶磁屏蔽特性的数值计算与分析

针对一种新型的器身磁屏蔽——肺叶磁屏蔽自身以及其在变压器中的设计问题,以一台容量为334MV?A、带有肺叶磁屏蔽的单相自耦变压器为研究对象,首先应用三维频域非线性有限元法分析了肺叶磁屏蔽对变压器结构件、绕组区域漏磁场以及杂散损耗的影响;然后,以漏磁场分析以及杂散损耗计算为手段,以变压器油箱、夹件、拉板、油箱屏蔽以及肺叶磁屏蔽的磁感应强度(或损耗密度)作为观测目标,研究肺叶磁屏蔽安装位置以及尺寸对变压器漏磁场的影响,并通过负载损耗试验将有限元计算所得结果与实验值进行对比,验证分析的有效性;最后,针对肺叶磁屏蔽自身可能出现的局部过热问题,设计三种不同的肺叶磁屏蔽油路结构,基于有限体积法对比分析不同油路结构下肺叶磁屏蔽的油流、温升特性。对肺叶磁屏蔽特性的系统分析可为其设计以及其在变压器中的设计提供指导,具有重要工程意义。     

基于有限元算法的变压器绕组涡流效应分析及损耗计算

变压器绕组漏磁场引起的涡流损耗占附加损耗的比重较大,会使变压器产生局部过热,寿命缩短,关系到变压器设计、制造,并影响变压器运行性能。因此准确计算绕组涡流损耗对变压器的优化设计有重要意义,而工程上针对变压器绕组涡流损耗,应用传统经验公式计算,误差较大,且不能准确计算绕组的横向涡流损耗。基于ANSYS有限元法建立了变压器的二维有限元模型,基于电磁场理论分析了变压器的漏磁分布,得到了各次谐波电流背景下绕组的涡流损耗分布及损耗值。从涡流损耗理论计算与有限元仿真计算结果对比表明,有限元法损耗计算更相近实际,更加准确,为变压器温度场热源的计算以及变压器的优化设计提供了可能。     

电力变压器三维涡流场计算与屏蔽问题分析

针对大型电力变压器漏磁场及局部过热问题,笔者应用三维涡流场有限元分析方法对变压器夹件及油箱进行了漏磁场及涡流损耗计算,在此基础上分析了局部过热问题并给出了相应的屏蔽措施,对屏蔽效果的影响因素进行分析,为变压器屏蔽的合理设计提供了参考依据.     

大容量,高阻抗变压器负载损耗计算中应注意的问题

利用变压器二维磁场及性能参数计算软件，通过具体实例对此类变压器的漏磁场进行分析计算，指出变压器安匝分布的优劣是影响油箱和高压线圈中涡流损耗的主要原因，在此基础上提出负载损耗计算中应注意的问题。     

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。     

变压器漏磁场的研究与电抗压降的计算

通过对变压器漏磁场的分析和对一台变压器试品的漏磁场测量，验证了绕组内部漏磁场的分布形式，为理论上确定变压器漏磁场的计算模型提供了依据，验证了用编制的有限元磁场分析通用程序的正确性。     

新型换流变压器绕组电磁力的分析计算

为充分了解新型换流变压器的内部漏磁场分布和各绕组受力情况,基于边单元法建立了新型换流变压器的三维有限元模型,采用非线性求解,精确分析了变压器在稳态和短路条件下的三维漏磁场分布,并获得各绕组两种工况下的轴向和径向漏磁感应强度的分布情况;采用电磁力计算方法分析计算了新型换流变压器在稳态和短路条件下的各绕组的电磁力。该方法可完全避开传统电磁力计算方法的局限性,适用于同心式、交错式和矩形等多种绕组结构,可为变压器的绕组及垫块设计和制造、绕组承受短路的稳态、动态特性分析和绕组故障分析提供科学数据,具有一定的理论和工程应用价值。     

高压直流换流变压器电磁场特性的数值应用研究

利用有限元方法,对高压直流换流变压器建立了电磁场计算模型,对换流变压器设计中电磁场特性进行了数值应用研究,分别得到了电场和瞬态漏磁场的分布规律.     

大电流低压引线结构的改进

大电流引线在连接过程中必然会出现拐弯结构,而由于引线本身大交流电流所产生的强大电磁场的影响,使其在拐弯处不能像直流电时那样只需考虑阻值然后采用任意结构,如果结构不合理,将会造成各个支路上电流分布的不均匀.本文针对大型电力变压器低压大电流引线漏磁所产生的各支路电流分布不均的问题,应用有限元的分析方法对其涡流场进行计算,并在计算的基础上搭建实际电路结构进行试验.根据计算和试验的结果,提出改进大电流引线拐弯处结构的几点建议,为防止大电流引线造成的局部过热提出了可供使用的有效措施.     

自耦变压器绕组漏磁场及涡流损耗的二维数值分析

利用ANSYS软件建立了油浸式自耦变压器的有限元模型,采用“场-路耦合”方法分析了变压器绕组的漏磁分布,得到绕组的涡流损耗分布情况.将有限元计算结果与工程计算结果对比,说明了计算方法的准确性,对自耦变压器的设计具有一定的理论参考价值.     

磁势不均布的变压器绕组漏电抗计算

研究了高压线圈饼式、低压线圈圆筒式且“HV- LV- HV”排列的变压器绕组的漏抗计算并给出了一种不均布磁势的等效变换方法。分析了线圈饼数和线饼间气隙对漏电抗影响的结果表明,线圈饼数较少时,横向漏磁使得电抗值随气隙的增大而迅速增加,但线饼数达到一定值以后趋势变缓。用有限元法计算漏磁场分布的基础上求得的电抗值验证了本方法。     

绕组不均布磁势的等效变换及漏电抗计算

当变压器绕组沿轴向分成若干段（或饼）时，其磁势沿轴向分布是不均匀的，因此将出现横向漏磁场，并使得漏电抗增大。本文研究了变压器一、二次绕组沿轴向分为若干段且沿径向呈“HV-LV-HV”排列的绕组的漏抗计算，给出了一种不均布磁势的等效变换方法，并分析了绕组段数（或线圈饼数）和段（或线饼）间气隙大小对漏电抗的影响。结果表明：当线圈饼数较少时，横向漏磁使得电抗值随气隙的增大而迅速增加，但当线饼数达到一定值以后，这种变化变得十分缓慢。文章最后在计算漏磁场分布的基础上，用有限元法求得电抗值验证了本方法。     

基于能量摄动法的变压器短路阻抗有限元计算

变压器短路电抗的计算方法中,基于二维有限元的漏磁场模型不能反映实际的变压器结构,鉴于此,本文采用了三维有限元模型,考虑了变压器铁心材料非线性,并根据变压器结构在几何上的对称性,在分析三维漏磁场时取1/4建立有限元模型.磁场后处理中,采用能量摄动法计算了变压器的短路阻抗,短路阻抗计算值与实验数据进行了比较,结果令人满意.     

电力变压器绕组轴向短路力的研究

针对一台带独立调压绕组的电力变压器,用ANSYS软件建立了该变压器漏磁场的磁路耦合模型,得出了绕组漏磁场和电动力分布,应用有限元法对其漏磁场和轴向短路电动力进行了计算分析,计算结果符合电力变压器的基本特性.