直流偏磁下单相变压器磁场与声场的计算分析

变压器中性点流入直流电流时,在变压器内部会产生直流偏磁现象。单相变压器具有独立的磁回路,因此磁阻比较低,较小的直流电流就可以引起磁饱和,直流偏磁现象在单相变压器内部产生的影响比较明显,因此文中基于场路耦合有限元法,对一台容量为240 MVA的单相电力变压器在不同直流偏磁水平下的空载运行状态进行了仿真计算,分析了直流偏磁量对变压器励磁电流波形、谐波含量以及磁场分布的影响规律。在此基础上建立了变压器铁心的多物理场耦合有限元模型,对铁心在直流偏磁前后的振动噪声进行了对比分析,并提出通过分析变压器所允许的最大声压级,来预估产品所能承受的最大直流量,对变压器的结构设计具有一定的指导意义。     

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。     

500 kV单相自耦变压器空载直流偏磁下的损耗和温升试验及分析

为了分析直流偏磁对即将投入运行的某500 kV单相自耦电力变压器的损耗和热点温升的影响,在该单相变压器产品上,在出厂试验后对其进行了直流偏磁试验.在高压侧并联的模拟空载试验条件下,高压直流回路的直流电流最大加到了 3.3 A;详细分析了试验测得的电压、电流、谐波、无功、空载损耗随直流电流增大的变化规律.在直流偏磁电流为...     

500kV变压器直流偏磁下的铁心损耗分析研究

为了研究变压器直流偏磁下的铁心损耗,文章以某一核电站500 k V主变压器为例,在二维有限元瞬态场A–φ算法基础下构造了直流偏磁下的变压器二维仿真损耗模型。在仿真中,偏磁直流量从0 A增加至30 A,可得到变压器铁心的损耗分布。结果分析可表明:随着偏磁直流量的增加,励磁电流会产生畸变和较大的偶次谐波,并导致铁心局部损耗增大,其中:铁心主柱与上、下铁轭交接区域的损耗值受到直流偏磁的影响最大,铁心水平路径的损耗值相较于垂直路径受直流偏磁的影响较大。     

单相变压器直流偏磁及抑制措施分析

直流偏磁会导致变压器噪声增大、振动加剧、局部过热,并向电网中输入大量谐波,影响继电器保护装置的正确动作等不利影响。因此,研究直流偏磁对变压器的影响及其抑制措施具有重要意义。本文利用有限元分析软件Maxwell 2D,建立了单相变压器的瞬态电磁场分析模型,分析对比了铁心及铁轭在不同直流入侵情况下的内部磁场变化。根据统一磁耦合电路(UMEC)模型,利用PSCAD仿真分析了不同直流偏磁下,变压器的空载励磁电流谐波特征。同时,研究了自激补偿法及外加直流源补偿法对直流偏磁的抑制效果。结果表明:变压器发生直流偏磁时,漏磁通增大,导致铁心发热,发热量最高点出现在铁轭与铁心交接处。自激补偿法及外加直流源补偿法对直流偏磁有较好的抑制效果。     

基于有限元法的单相变压器直流偏磁仿真研究

中国±500 kV直流输电系统的运行经验表明:直流输电单极大地回路方式运行时,直流接地极电流会导致附近交流变压器直流偏磁现象,引起变压器局部过热、振动加剧、噪音增大。笔者运用ansoft软件分析了在不同直流偏磁情况下,变压器空载状态下的铁心磁场分布情况。结果表明,随着变压器直流电流的增加,变压器铁心饱和度愈高,磁感应强度增加,上下铁轭衔接处随着直流量的增加磁感应强度增加速率最大。     

直流偏磁下变压器绕组振动特性分析

为了研究直流偏磁下变压器发生短路故障时绕组的振动特性,基于"电磁-结构"多物理场耦合分析的方法,建立了考虑绝缘垫块非线性特性的变压器三维有限元模型.通过仿真分析了不同偏磁电流下突发短路故障时绕组的短路电流及振动特性,结果表明:随着偏磁电流的增加,绕组短路电流、振动位移的幅值发生不同程度的偏移且低次谐波分量增加明显,并通...     

500kV发电机单相变压器直流偏磁噪声试验

本文中作者对500k V发电机变压器在空载和负载下直流偏磁噪声进行了试验研究,并对不同状态下的时域和频域波形进行了奇异谱和功率谱分析。     

单相四柱式变压器直流偏磁下的温升试验及仿真分析

基于定制的单相四柱式变压器试验模型,进行直流偏磁下的温升试验,得到结构件表面不同位置的温度随直流偏磁电流增大的变化规律.建立损耗计算模型,计算直流偏磁下各结构的损耗.建立温度场计算模型,给定结构件表面导热系数表达式;有限元软件考虑变压器油的材料参数随温度的变化,将导热系数作为未知变量之一进行求解;计算得到直流偏磁下的结...     

直流偏磁对500 kV变压器振动特性的影响分析

特高压直流工程单极-大地回路运行时,直流电流侵入大型变压器绕组,致使变压器振动加剧。为了深入了解直流偏磁对大型变压器振动特性的影响,分析了变压器的振动机理及直流偏磁的影响机制。在白鹤滩—江苏 ± 800 kV特高压直流输电工程调试期间,对500 kV三相变压器的中性点电流、振动信号进行了实测,量化了直流偏磁程度,分析了不同直流偏磁程度下变压器振动信号时域及频谱特征。提取了波形畸变比、奇偶次谐波能量比、累计能量占比、功率谱熵等特征量来分析直流偏磁对大型变压器振动特性的影响。结果表明：直流偏磁导致波形畸变,1个工频周期内2个半周期对应的振动波形不再对称分布;随着直流偏磁程度增加,振动信号主频分量改变,50 Hz倍频谐波分量增多,其中50 Hz奇次谐波增幅要大于偶次谐波,且影响主要集中在600 Hz以内;由于铁心饱和作用,直流偏磁增大到一定程度时,磁不平衡性降低,振动信号复杂度不再增加。     

直流偏磁下单相变压器的传输线模型

为了研究直流偏磁对单相变压器运行性能的影响,依据传输线及Jiles-Atherton铁磁磁滞理论,建立了直流偏磁下单相变压器的传输线模型,同时,考虑了铁心材料的涡流效应、绕组铜耗及漏磁等因素,应用牛顿—拉夫逊迭代方法,对模型进行了时域仿真计算,实现对单相变压器直流偏磁特性的分析,分析结果表明,直流偏置水平的升高,使动态磁滞曲线不再对称并不断趋于饱和;励磁电流波形发生畸变,谐波含量增加;且励磁电流峰值及各谐波含量的幅值随偏磁水平的增加呈线性上升趋势。计算结果与实验结果相吻合,证明了直流偏磁下单相变压器传输线模型的正确性和有效性。     

500 kV电力变压器直流偏磁耐受性能的仿真研究

为了深入研究500 kV电力变压器的直流偏磁耐受性能,根据J-A磁滞回线理论,基于电路磁路模型建立了500 kV自耦变压器的直流偏磁仿真模型,通过改变J-A模型中的关键参数,仿真研究了矫顽力、剩磁和磁滞损耗等硅钢片磁化特性对500 kV变压器直流偏磁耐受性能的影响。仿真结果表明,变压器直流偏磁时,励磁电流出现畸变,有偶次谐波出现,励磁电流随直流分量的增大呈现不同的增幅。当磁滞回线的矫顽力增大时,励磁电流及其总谐波畸变率随外加直流分量的增幅变小。当剩磁和磁滞损耗增大时,励磁电流及其总谐波畸变率随外加直流分量的增幅加剧。研究结果可为大型变压器直流偏磁耐受能力评估及直流偏磁抑制措施提供理论依据和新思路,具有一定的实用价值。     

基于LSTSVR模型的边缘计算预测变压器平均油温及绕组热点温度

变压器绕组的热点温度过高,会导致变压器绝缘脆解、裂化甚至击穿短路。因此及时、准确地预测出变压器绕组的热点温度,对提高变压器运行的安全可靠性至关重要。利用最小二乘双支持向量回归机(LSTSVR)作为边缘计算模型,将变压器油中气体色谱分析数据信息与变压器负载电流、环境温度、顶层油温、上死角温度等变压器运行信息结合,构建监测系统架构,预测变压器的平均油温,并计算出绕组热点温度。将所提方法得到的数据与实测数据进行对比,结果利用LSTSVR模型实现了变压器平均油温及绕组热点温度的准确预测,且该模型的预测精度优于最小二乘支持向量回归机模型,有效地提高了绕组热点温度测量的精度。现场实例也证明了所提方法的有效性和可靠性。     

基于IWOA-SVM的变压器绕组热点温度预测

为了降低变压器高温运行风险和提高绕组热点温度预测精度,提出了一种基于改进鲸鱼算法优化支持向量机的绕组热点温度预测方法。采用灰色关联分析结果确定负载电流、有功功率、顶层油温和环境温度为引起绕组热点温度变化的主要特征量,并以此作为绕组热点温度预测模型的支持向量。利用余弦调整控制因子和引入自适应权重系数2种策略对鲸鱼算法进行改进,提高了改进鲸鱼优化算法（improved whale optimization algorithm,IWOA）的优化性能,采用IWOA算法优化支持向量机（support vector machine,SVM）参数,建立了基于IWOA-SVM的变压器绕组温度预测模型。算例分析结果表明,本文绕组热点温度预测方法的均方根误差为1.21 ℃、决定系数为0.897,平均相对误差为2.14%,三项指标均优于其他方法,验证了所提方法的实用性和有效性。     

基于反传热模型的干式变压器绕组热点温度计算

针对干式变压器绕组热点的问题,提出了一种将直接测量与间接计算相结合的绕组三维反传热模型,得到了变压器在额定负荷及0.8,1.2,1.3,1.5倍的额定负荷下的绕组最热点温度值。基于高精度的红外测温系统获得的高压绕组温度的分布及仿真运算初始化的低压绕组的温度分布,运用共轭梯度法不断修正低压绕组温度分布,使得通过正向数值求解高低压绕组传热方程所得的高压绕温度分布与实际测量所得的高压绕组温度分布之间的误差最小即为最优解,整理数据后得到整体绕组的最热点温度。将算例求解结果与IEEE干式变压器热点温度计算模型计算的结果进行对比,对比结果表明:三维反传热模型计算的结果与IEEE干式变压器热点温度计算模型的计算结果之间的误差不超过1.2%,从而证明了该计算模型可以准确的计算出干式变压器绕组热点温度。     

直流偏磁下的变压器振动仿真与试验

针对变压器实际运行中经常会出现振动异常现象的问题,结合变压器铁心和绕组的振动机理,给出了变压器铁心和绕组所受电磁力方程和位移方程。利用COMSOL电磁场模块中的瞬态电流源建立电场模型,然后选择感应电流单元以电场模型计算结果作为激励源建立磁场模型,实现第一次电磁场的耦合建模。利用结构力学模块中实体应力应变部分建立结构力场模型,将电磁场耦合计算出的电磁力结果作为载荷加到力场模型中,实现第二次耦合,并最终得到发生直流偏磁时变压器内部磁通密度、机械应力分布、张力分布以及位移场分布的变化规律。通过搭建变压器振动试验平台,验证了铁心振动仿真模型、绕组振动仿真模型的正确性。     

基于镜像法的变压器空心管型绕组损耗计算

随着变压器工作频率的提高,趋肤效应和邻近效应引起的绕组涡流损耗也随之提高.将空心管型绕组应用于中频变压器,不但可以提高绕组材料利用率,同时能改善变压器的散热效率.通常计算绕组损耗的模型有Dowell模型和Bessel函数模型,但由于空心管型绕组形状特殊,无法用上述模型计算.为了解决这一问题,提出了一种基于无穷级数的空心管型绕组涡流损耗计算方法,通过镜像法移除变压器磁心对窗口磁场分布的影响,得到空心管型绕组变压器绕组涡流损耗的计算方法.理论分析计算和有限元模型的仿真比较,验证了理论分析的可行性.     

单相三绕组自耦合节能变压器设计及性能检测分析

针对传统变压器损耗大的问题,设计一种单相三绕组自耦节能变压器,提出从"H-H"环氧胶工艺、全斜接缝新型工艺、PET带热摩擦融化绑扎工艺、磁分路技术、屏蔽-连续式结构、纸包自粘性换位导线、环氧树脂浇注工艺等多个方面对变压器进行设计优化.通过性能检测试验验证,单相三绕组自耦节能变压器相对于常规变压器空载损耗和有载损耗分别较...     

三相变压器直流偏磁仿真分析

建立一种新的直流偏磁下三相三柱和三相五柱变压器的电路-磁路耦合模型,磁路模型中考虑了变压器的涡流损耗、铁芯拓扑结构及材料的饱和特性.将涡流产生的磁动势列入磁路方程,磁路方程与电路方程进行耦合,并结合铁芯的非线性特征曲线形成非线性方程组,通过求解该方程组,实现对三相三柱和三相五柱变压器直流偏磁特性的仿真分析.仿真结果证明所提模型能够准确地分析三相变压器的直流偏磁现象.