基于变压器模型的特高压变压器饱和励磁特性研究

为弥补目前仿真计算和变压器整机试验对特高压变压器饱和励磁特性研究的不足,选取进口和国产的高磁感取向硅钢片分别进行标准试样的基础磁性能测试,并分别搭建与特高压变压器结构相同、磁通密度等效的变压器铁心模型,基于该模型建立变压器饱和励磁特性检测系统,对测试得到的标准试样的基础磁性能和变压器模型的过励磁特性进行了研究和分析。结果表明:特高压变压器硅钢铁心模型在过励磁条件下,变压器模型的励磁特性与标准试样的基础磁特性变化的关系不完全符合计算公式;电压波形能保持基本的正弦波形态,空载电流畸变严重,各高次谐波的比重相比增大;采用的同规格的进口和国产高磁感取向硅钢片的标准试样的基础磁性能基本一致,对应的变压器铁心模型的饱和励磁特性存在一定差异。     

不同铁磁材料变压器铁芯磁致伸缩及振动噪声特性分析

实际运行工况下,非晶合金变压器的振动噪声要明显高于传统取向硅钢铁芯变压器,其原因主要是相同磁化条件下非晶合金的磁致伸缩现象通常高于冷轧取向电工钢片。因此,深入掌握不同铁磁材料的磁致伸缩特性是有效解决变压器铁芯减振降噪问题的前提和基础。本文首先测试了非晶合金带材在交变磁化下的磁致伸缩特性,得到了不同磁化强度下磁致伸缩回环曲线,以及磁致伸缩峰峰值与磁化强度的关系曲线,并与取向电工钢片的磁致伸缩特性进行了对比分析。在此基础上,仿真计算了一台非晶合金变压器铁芯三维主磁场分布,并结合上述磁致伸缩特性曲线,建立了铁芯振动位移数值仿真模型和声场仿真模型,完成了铁芯结构力场和声场的多物理场耦合计算,得到了磁致伸缩效应引起的非晶变压器铁芯振动位移与噪声分布。最后,对比分析了不同铁磁材料变压器铁芯的振动和噪声。研究结果表明,在同样磁化条件下,非晶合金带材的磁致伸缩应变是取向硅钢片的50倍左右,由此引起的非晶变压器铁芯噪声高于传统硅钢变压器铁芯20dB左右。     

直流偏磁对变压器振动噪声的影响

取向硅钢片的磁致伸缩特性是引起变压器振动噪声的主要原因,并且直流偏磁在很大程度上加剧了变压器的振动噪声。本文首先测量了取向硅钢在不同磁密下的磁致伸缩蝴蝶曲线族,研究了轧制方向(RD)和垂直轧制方向(TD)磁致伸缩的特性,同时研究了直流偏磁对磁致伸缩特性的影响,然后用平均磁致伸缩曲线来模拟取向硅钢片的磁致伸缩特性,并将其应用到直流偏磁条件下一台160k V·A干式变压器空载振动的有限元计算。最后实验测量了直流偏磁条件下变压器铁心不同位置的空载振动,以及随着直流偏磁的增大,噪声声压级的值。综合有限元计算和实验测得的空载振动噪声值,分析了直流偏磁对变压器振动噪声的影响。     

特高压变压器用硅钢片应用磁性能的评估

IEC 60404仅指定了单片硅钢片的磁性能测试方法,难以满足特高压变压器用硅钢片应用磁性能的评估需求。为此,建立了基于铁心模型的硅钢片应用磁性能试验系统,对比研究了2种硅钢片牌号铁心模型的深度磁饱和特性、耐受直流偏磁特性及反复过励磁特性。研究结果表明:试样II铁心模型空载电流在100%~115%额定电压范围内明显大于试样I铁心模型,电流谐波含量及声级也有相同规律;相同直流偏磁电流下,试样Ⅱ铁心模型的空载损耗小于试样I铁心模型,直流偏磁电流大于1.0A后该趋势更加明显;反复过励磁条件下试样Ⅱ铁心模型空载电流及空载损耗波动范围较大,反复过励磁前后空载损耗变化率较小。最后,提出了适用于特高压变压器用硅钢片应用磁性能的8项评估指标,分析结果认为,试样Ⅰ及试样Ⅱ铁心模型在应用磁性能方面差别明显。研究结论为技术人员掌握硅钢片应用磁性能提供了新思路。     

机械应力对取向硅钢片综合磁性能影响的实验研究

变压器铁心在运行时长期承受外施应力和高频激励的影响,由此导致的振动噪声和铁损问题日益严峻。为深入研究取向硅钢片在不同频率和应力下的综合磁性能,该文搭建了软磁材料综合磁性能测量平台,首先利用单片磁特性测量装置和应力施加装置,得到了工频下拉应力和压应力对取向硅钢片磁致伸缩、磁滞回线及铁损特性的影响。进一步研究了应力和不同激励共同影响下硅钢片综合磁性能的变化趋势,得到了不同激励、应力对取向硅钢片磁特性、磁致伸缩特性及噪声特性的影响规律。测量结果及其分析表明,拉应力对硅钢片的磁性能影响相对较小,而压应力对其影响较大;在压应力作用下,随着频率的升高取向硅钢片的磁致伸缩量有所减小,但频率、谐波含量、谐波次数和压应力的增大均导致取向硅钢片噪声增大。     

直流偏磁磁场对硅钢片磁致伸缩特性的影响分析

直流偏磁条件下电力变压器铁心的振动噪声明显加剧,铁心的磁致伸缩效应是其主要原因之一。目前有关直流偏磁磁场对硅钢片磁致伸缩特性的影响规律尚不完全清楚,亟需从实验测量角度定性地分析其影响规律,为建立有效地减小电力变压器铁心振动噪声的方法提供参考。该文在一台精度为10nm/m的激光位移磁致伸缩测试系统上,对不同直流偏磁磁场下取向硅钢片的磁致伸缩特性进行实验研究,对比分析交变磁化及直流偏磁磁化在磁场饱和前后对磁致伸缩波形形状、峰峰值的影响规律,并将测量结果应用于一台电力变压器铁心的振动位移分析。结果表明:直流偏磁磁场使磁致伸缩回环失去原有的对称性,这种影响会随着磁场饱和程度的增加逐渐减弱;随着偏磁磁场的增加,磁致伸缩峰峰值增大,硅钢片的形变加剧。     

涂层应力及外加应力对烟机传感器用取向硅钢巴克豪森噪声的影响

采用巴克豪森无损检测系统,对普通取向硅钢及高磁感取向硅钢的巴克豪森噪声值进行了检测,研究了表面涂层应力及外加应力对烟机传感器用取向硅钢巴克豪森噪声值的影响。结果表明,去除表面涂层导致普通取向硅钢A与高磁感取向硅钢B的磁畴宽度分别增加了53%和90%,巴克豪森噪声值随之增大了9.7~36%,主要由磁畴宽度的增加引起。施加3 MPa的拉应力使A与B取向硅钢的磁畴宽度分别降低了47%和50%,巴克豪森噪声值随之下降了17~31%。磁畴壁的移动速度验证了取向硅钢的铁损与巴克豪森噪声的相关性。     

绝缘涂层对高磁感取向硅钢片性能的影响

分析了绝缘涂层对高磁感取向硅钢片性能的影响，指出利用特殊绝缘涂层可使其受到一定的拉应力，改变磁畴结构，改进磁性，从而降低硅钢片单位重量损耗和减小硅钢片的磁致伸缩。     

配电变压器用二次硅钢片性能评估及鉴定

取向硅钢制成变压器铁芯后直接关系电网的安全性和节能性。对配电变压器铁芯用二次硅钢片的性能进行了全面评估,结果表明,抽取自A地区、B地区及C地区的二次硅钢片的铁损最高可达1.91 W/kg（变压器空载损耗高）,磁致伸缩系数λ1.7T高至3.9×10-6（变压器噪音大）,表面绝缘电阻最低仅有1~2 Ω·cm2/片（片间绝缘能力降低后直接威胁铁芯安全）,涂层附着性为D级甚至更差,产品质量存在严重缺陷。长期使用二次硅钢片会给挂网运行的配电变压器带来严重的质量问题和安全隐患。通过全面检验硅钢片的表面质量、磁性能、涂层性能、组织结构可鉴别出变压器铁芯材质是否为二次硅钢片。     

新型低损耗配电变压器的研制

一、硅钢片铁心材料的改进变压器空载损耗,主要是由磁滞和涡流损耗构成。近年来为降低变压器铁损,对硅钢片铁心材料性能进行了大量试验研究工作。从改进硅钢片晶粒纹理方向、减少硅钢片厚度和采用激光辐照对硅钢片进行精加工处理三方面,进行了大量改进并取得很大成就。使低损耗硅钢片的铁损比第一代硅钢片约低50％。目前通用的薄硅钢片厚度为0.27和0.23mm,仅生产少量的0.18和0.15mm薄硅钢片,用于研制低空载损耗变压器,图1所示为各种变压器铁心材料的铁损曲线。     

磁畴细化型硅钢材料在矿用隔爆型干式变压器中的应用研究

通过磁畴细化型硅钢材料对矿用隔爆型干式变压器空载损耗所产生影响的研究,提出其应用要点.     

无取向硅钢片各向异性磁致伸缩特性模拟

基于一维磁致伸缩测量装置,提出了单片无取向硅钢片任意方向磁致伸缩特性的测量方法,得到了材料不同磁化方向上磁致伸缩回环,并提取了描述磁致伸缩特性的单值曲线。建立了描述磁致伸缩与磁场关系的?-(?B,Bmax)磁致伸缩数学模型,给出了由测量数据拟合得到的二维磁致伸缩特性曲面。基于Fortran语言编制了耦合上述磁致伸缩模型的有限元计算程序,并分析了一台同步发电机定子铁心的磁致伸缩。研究表明,无取向硅钢片具有任意方向各向异性的磁致伸缩特性,而该文提出的磁致伸缩测试方法和数学模型可以有效地分析硅钢片磁致伸缩各向异性特性。     

直流偏磁下不同磁化曲线对变压器铁心损耗仿真的影响

直流偏磁下变压器铁心材料磁化特性采用不同的表述方式,将会产生不同的损耗仿真结果。本文基于爱泼斯坦方圈试验测量了30ZH120取向硅钢片的交流磁滞回环和交流偏磁磁滞回环,详细阐述并解释了交流磁化曲线、直流磁化曲线、平均磁化曲线、交流偏磁磁化曲线和交直流共同作用下磁化曲线的提取方法。从实验数据和理论分析的角度指出了交直流共同作用下磁化曲线与直流磁化曲线是同一条曲线。以两台干式变压器产品模型为例,设计并搭建了使变压器工作在直流偏磁条件的实验电路,测试并仿真计算了直流偏磁下电力变压器铁心的空载损耗。研究表明,计算分析直流偏磁电工设备时,可以用直流磁化曲线描述硅钢片材料的磁性能,为提高直流偏磁下变压器损耗仿真准确性提供了参考依据。     

考虑力–磁耦合效应的无取向电工钢片磁致伸缩模型的改进

硅钢铁心结构的振动噪声成为制约电工装备节能化发展的瓶颈问题。采用夹紧措施可抑制铁心振动,但夹紧力会改变铁心磁性能,且施加不当可导致铁心振动加剧甚至损坏,原因为应力使硅钢材料磁畴产生旋转和壁移,引起磁致伸缩饱和,造成振动加剧。因此,为了实现硅钢铁心应力加载问题的准确预测,需建立基于应力下饱和磁畴壁移效应的电工钢片磁致伸缩模型。首先,该文提出基于力–磁耦合效应的磁致伸缩改进模型,并通过耦合Weiss分子场、退磁系数和钉扎效应参数考虑磁致伸缩的滞回特性;然后,测量无取向电工钢片的磁滞和磁致伸缩回线,提取控制饱和磁畴壁移的磁场和形变等模型参数;最后,编程实现模型的仿真,通过对比仿真及实验的磁致伸缩应变曲线,验证模型的准确性。     

电力变压器铁心的非线性磁化特性

电磁暂态仿真是电气设备设计、绝缘等级研究和继电保护的基础。在计算机上进行这些研究,需要提供各种元件的仿真数字模型。变压器及其相关模型的建立对励磁涌流、磁滞、谐波和分次谐波的研究尤其重要,且变压器铁心的非线性特性又是变压器建模的关键。为此,从考虑铁心损耗的空载单相变压器模型出发,根据变压器励磁磁链与磁化电流的关系将基本磁化曲线分段线性化,运用迭代的方法求得每个分段下磁链的最大值。利用分段电压峰值与对应分段的等效电阻的关系,求得了该分段磁链与磁化电流曲线的斜率。根据求得的每个分段磁链的最大值及该线性化分段的斜率,从而较为精确地求得了磁链与磁化电流的关系曲线。分段数N可根据精度的需要选取。该方法充分利用了已知的变压器励磁电压电流关系和空载实验的各种数据,直观简洁,并可以根据需要调节计算精度。仿真验证了该方法的正确性和有效性。     

纳米晶铁心变压器空载损耗的研究

本文作者首先通过实验实测纳米晶铁心损耗曲线,然后基于纳米晶铁心损耗测试结果进行变损耗系数铁损计算模型的研究,得出纳米晶铁心磁滞损耗、涡流损耗和附加损耗系数随频率变化的修正模型,最后以SCB12-L-800/10干式变压器为例,对比分析了纳米晶铁心变压器空载损耗的解析计算与有限元结果。结果显示,变损耗系数铁损计算模型提高了变压器的铁损的计算精度,并且在相同尺寸下对比纳米晶和23RK100铁心材料下变压器的空载损耗,纳米晶铁心变压器空载损耗仅为硅钢片铁心变压器的9.5%,因此,采用纳米晶料替代传统硅钢片作为变压器铁心可有效降低变压器运行中的空载损耗,有利于提高大功率变压器的效率,降低变压器的体积和重量。     

谐波条件下硅钢片磁特性及换流变压器漏磁场计算

谐波电流作用下,变压器铁心硅钢片的磁特性将发生劣化。本文作者提出一种考虑谐波条件下硅钢片磁性能及损耗性能的换流变压器漏磁场计算方法,给出了不同谐波下27ZH100型号硅钢片B-H特性及B-P特性曲线,基于该曲线对换流变压器在谐波作用下的漏磁场展开了计算,给出了不同谐波励磁下换流变压器油箱及夹件漏磁场分布及损耗值,为换流变压器漏磁场的分析提供了一个新的思路。     

变压器直流偏磁下硅钢片性能研究

对硅钢片材料进行直流偏磁下的磁致伸缩机械特性和磁特性测试进行了研究,分析了变压器在直流偏磁下的损耗、噪声和温升情况,并给出了一个试验案例与材料测试结果进行了对比。     

节能型非晶合金配电变压器的推广应用

如果说50年代末,以冷轧晶粒取向性硅钢片取代热轧非取向性硅钢片,在变压器制造业上是一个飞跃的话,那么80年代末,以非晶合金取代冷轧晶粒取向性硅钢片,在配电变压器制造上是又一个飞跃。表1显示历年来电工钢用于变压器铁心使空载损耗(铁损)下降的趋势。     

改善新一代电力变压器磁性的新型晶粒取向硅钢的进展

据（J.of3M）83（1990）416－418报导,意大利的G．ABBRUZZESE等人综合了Si含量、板厚、磁畴细化及进一步优化织构控制对晶粒取向硅钢磁性的影响,提出,目前新型晶粒取向硅钢的发展有可能使其磁性（铁损）达到非晶材料铁芯损耗的水平。该论文摘要如下：综合板厚减薄、硅含量提高以及进行磁畴细化处理,从工业和实验中获得的有代表性的铁损值见表1。由表1可见,实验中测出的铁损值（1．3T）非常接近于非晶态材料的典型值（0．15-0.3W/kg）。在优化织构控制,进一步降低磁滞损耗上,目前行之有效的方法是在二次再结晶促进（110）[001]…