单相四柱试验变压器铁心磁化曲线等效与直流偏磁分析

在单相四柱式自耦变压器试验平台上,开展了空载及负载直流偏磁试验,基于试验数据分析了试验变压器直流偏磁后的电流、谐波、无功功率的变化规律。基于硅钢片接缝结构和空载试验数据得到2种不同的铁心磁化曲线模型,以提高电流的计算精度,并对比分析了不同的磁化曲线在计算无直流偏磁和有直流偏磁下的空载电流的区别。基于场路耦合模型,仿真分析了变压器负载直流偏磁下的磁场分布。研究方法及结论为试验变压器后续的直流偏磁下的温升研究奠定了基础。     

特高压变压器直流偏磁计算及无功功率特性分析

针对变压器的直流偏磁问题,分析了特高压变压器直流偏磁时无功损耗的响应机理,给出无功损耗计算方法,进行无功损耗特性分析。采用增加串联电阻的方法,提高计算电流中直流分量的计算精度。结合电压补偿,消除增加串联电阻后导致的电压下降问题。根据特高压变压器的实际参数,建立变压器的场路耦合模型,进行特高压变压器不同直流偏磁电流下的仿真计算。研究表明,变压器直流偏磁时,励磁电流波形严重畸变。随着直流偏磁电流的增加,特高压变压器的空载无功功率逐渐增加,直流偏磁电流超过一定范围后,无功功率随着直流偏磁电流的增加近似呈线性增加。相同直流偏磁电流时,负载下的无功功率明显大于空载下的无功功率。相比于无直流偏磁时的无功功率,相同直流偏磁电流时,空载与负载下的无功增额大体相同。     

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。     

直流偏磁状态下电力变压器铁心动态磁滞损耗模型及验证

直流偏磁状态下,电力变压器的附加损耗显著增加,试验测量得到的变压器空载损耗不能充分表征铁心实际损耗。为正确评估变压器铁心可能出现的过热问题,有必要建立其准确的数学模型。该文在Jiles-Atherton基本磁滞模型的基础上,从能量平衡原理出发,考虑铁心在交流状态下的涡流损耗和异常损耗,建立了合理可逆磁化系数条件下,以磁通密度作为输入量的铁心动态磁滞损耗模型。利用遗传算法提取试验变压器铁心在正常工作条件下的动态模型参数,并用于对不同幅值直流偏磁电流作用下的铁心损耗进行仿真计算。将计算结果与试验结果进行对比,发现二者吻合较好,说明该动态模型能较好的描述直流偏磁状态下电力变压器铁心动态磁滞损耗,验证了模型的正确性和实用性。     

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。     

HVDC中电力变压器直流偏磁屏蔽效应研究

为了研究高压直流输电系统(HVDC)中电力变压器发生直流偏磁状况时,由导磁钢板和取向硅钢片组成的屏蔽构件在漏磁场激励下的电磁性能,本文提出并建立了基于漏磁补偿的实验模型进行了详细地实验研究和仿真分析。重点考察不同直流偏磁激励下变压器磁屏蔽结构中的杂散损耗和磁通分布,研究交流激励源和直流激励源之间的交叉作用对屏蔽构件损耗特性的影响。通过详细的模型实验分别获得了电力变压器磁屏蔽构件在标准的正弦激励作用和不同直流偏置磁场强度作用时的损耗和磁通分布情况并进行了对比分析。提出采用等效均匀化磁导率、电导率处理方法计算电力变压器磁屏蔽构件杂散损耗的工程实用措施。不同直流偏磁激励条件下模型杂散损耗的计算结果和测量结果具有较好的一致性,所得结果和结论有助于通过优化设计来提高电力变压器磁屏蔽的性能指标。     

换流变压器直流偏磁对油箱涡流损耗的影响

换流变压器直流偏磁状态下油箱涡流损耗会大幅增加，导致变压器温度升高，威胁其安全稳定运行，因此快速评估直流偏磁下油箱涡流损耗的大小就显得十分必要。该文首先分析了换流变压器在额定和空载直流偏磁状态下油箱表面漏磁场的分布特点。再结合实际换流变压器非线性负载电流和励磁电流波形，得到了不同换流器触发角和直流电流下油箱涡流损耗的变化规律。并在IEC/IEEE 60076-57-129标准的基础上，给出了换流变压器直流偏磁状态下油箱涡流损耗的计算公式。针对一台800 kV单相四柱式换流变压器，利用场路耦合法进行油箱涡流损耗有限元计算。通过对损耗仿真数值以及油箱表面磁通密度和涡流损耗分布的分析，验证了理论分析的正确性，并获得了不同工况下，计算公式中的损耗占比值。利用不同属性的线性负载替代换流器触发角的变化，对两台单相四柱式380 V交流变压器进行了直流偏磁实验，进一步验证了理论分析的正确性。     

单相变压器直流偏磁试验与仿真

6台单相变压器组成三相组式变压器，分别对变压器开路、低功率三相四线制对称负载、低功率三相四线制不对称负载、低功率三相三线制不对称负载和额定功率下三相四线制对称负载5种情况下的变压器一次绕组电流、一次和二次绕组电压就不同直流入侵情况下进行了测量。研究变压器以上5种工作状态下，直流入侵导致的励磁电流和一次绕组电流畸变和谐波分布、一次绕组电流峰值和各次谐波与直流电流的关系曲线、不同运行方式对直流偏磁的影响。试验发现，变压器直流偏磁将导致空载电流畸变，空载电流峰值及各次谐波随直流电流的增加直线上升。谐波阶次越低，增加速度越快。变压器负载情况下，功率越大，奇次谐波随直流的变化增加速度越慢，偶次谐波增长速度基本不受负载的影响。利用非线性磁滞回线与励磁电流波形的关系，对试验模型进行了仿真计算，同时得到了变压器铁心无直流偏磁和有直流偏磁下的磁滞回线。计算模型建立在Jiles-Atherton理论基础上，计算与试验吻合较好，验证了变压器非线性模型的有效性和正确性。     

交直流混合激励下变压器用叠片式磁构件杂散损耗问题的数值模拟及实验验证

基于TEAM-P21c基准模型深入研究交直流混合激励下变压器中叠片式磁构件杂散损耗的数值模拟及实验验证方法.考虑空载、负载条件下线圈损耗的差异,提出一种基于实验确定结构件杂散损耗的改进方法.搭建硅钢叠片磁特性、损耗特性测量系统,提出可考虑偏置磁场影响的铁损模型,并用于计算三维漏磁场激励下的叠片式磁构件的杂散损耗.通过磁场、损耗的仿真与实验结果对比,验证了该文方法的有效性.最终基于仿真及测量结果,分析了直流偏置磁场对杂散损耗的影响,得到了交直流混合激励下导磁构件中附加损耗的分布及其对杂散损耗的影响.     

一种变压器直流偏磁箱体损耗计算方法

正应用三维变压器瞬态场路耦合模型计算变压器直流偏磁,以电路和磁场的计算电流为基础,计算研究变压器箱体的瞬涡流损耗。根据实际单相三柱式变压器建立模型,在不同运行方式中以电流作为输入量,分析不同偏磁条件下变压器箱体的磁场、涡流及损耗的分布,并总结其变化规律。结果表明,直流偏磁时铁心饱和,励磁电流畸变,漏磁增大,箱体的涡流损耗升高。此方法分析变压器直流偏磁时内部磁场与箱体涡流的变化情况,从而为其构件损     

500kV电力变压器直流偏磁损耗特性的仿真研究

局部过热是变压器发生直流偏磁现象时的一个重要特征。为了较为准确地分析变压器直流偏磁时的损耗特性及其诱发的局部过热问题,文中基于电路—磁路模型计算了500 kV变压器直流偏磁时的励磁电流,然后以此为边界条件建立了变压器的有限元分析模型,仿真研究了500 kV变压器的漏磁场和结构件损耗随直流分量的变化规律。计算结果表明,直流偏磁时,励磁电流、漏磁场、夹件和油箱表面的涡流损耗均随直流分量的增加呈现增大趋势。当变压器铁心工作在磁化曲线的饱和段时,励磁电流、夹件和油箱表面的涡流损耗的增幅加剧,可能会出现局部过热现象。研究结果可为变压器直流偏磁耐受性能分析提供理论依据。     

特高压变压器直流偏磁涡流损耗计算分析

为了分析直流偏磁对特高压自耦变压器结构件的损耗分布的影响,文中考虑拉板、夹件、铜屏蔽等结构件,并利用结构的对称性,建立特高压自耦变压器的1/8涡流场计算模型。以负载运行时不同直流偏磁下的线圈电流作为激励源进行瞬态仿真,分析了不同直流偏磁下变压器各结构件上的涡流损耗的分布规律。由结果可见,随着直流量的增大,各结构件上的损耗显著增大,且各结构件上的损耗分布不均匀,漏磁大的地方损耗较大。     

HVDC中直流偏磁电力变压器叠片铁心损耗及磁通分布

为了研究高压直流输电系统中直流偏磁电力变压器叠片铁心中的损耗及磁通分布,提出并研制了完全按照电力变压器铁心的标准设计和叠装工艺制作的叠片铁心模型。通过模型实验获得了叠片材料在不同偏置磁场作用时的损耗曲线,解决了直流偏磁条件下叠片铁心三维电磁场数值计算中所需要的材料性能数据问题。考察了不同偏置磁场作用下变压器铁心取向硅钢片中的损耗和磁通分布,研究不同偏置磁场强度对取向硅钢片特性的影响,提出解决计算三维非线性和各向异性涡流问题的实用措施。研究表明,不同偏磁工况下模型铁损和磁通的计算结果和测量结果具有较好一致性,所得结果和结论有助于通过优化设计来提高电力变压器的性能指标。     

基于动态J-A模型的直流偏磁条件下电工钢磁特性模拟及实验验证

直流偏磁下,变压器励磁电流畸变,损耗显著增加,导致变压器局部过热甚至绝缘老化。为研究直流偏磁对铁芯铁磁材料磁特性的影响,在经典Jiles-Atherton(J-A)理论基础上,依据损耗分离理论,建立了动态J-A模型。利用优化算法与损耗分离理论分别辨识与计算未引入直流偏磁量的静态模型参数和动态损耗系数,并通过仿真结果与实测数据对比,验证了模型的准确性。搭建电工钢磁性能测试系统,获得不同直流偏磁条件下电工钢的损耗及磁性能数据,并用于分析直流偏磁量对磁滞损耗、动态损耗的影响规律。基于分析得到的规律,提出一种对不同偏磁条件下铁磁材料的磁滞回线及磁损耗进行预测的新方法。对比预测结果与实验结果,发现二者拟合较好,验证了该方法的正确性和有效性。     

基于有限元的场路模型在变压器直流偏磁中的应用

变压器直流偏磁三维电磁场的数值计算是备受关注的前沿课题。文中提出场路模型的分析方法,建立变压器电磁场模型,推导瞬态激励下的系统响应方程。运用有限元进行电磁场数值分析,并将计算结果反馈电路系统。通过实际单相变压器建模,进行负载和空载数值计算,并成功仿真直流偏磁问题,结果验证场路方法的合理性和有效性,通过总结其规律,为大型电力变压器暂态建模分析提供依据。     

500kV单相变压器空载和负载下的直流偏磁试验研究

介绍了500kV单相变压器空载及模拟带部分负载下的直流偏磁试验方法,分析了一些变压器在直流偏磁下损耗、噪声和振动特点,对电网系统提出的变压器耐受直流偏磁能力要求提出了一些建议.     

基于Jiles Atherton磁滞理论的直流偏磁下铁心损耗预测

直流偏磁下,变压器励磁电流畸变、损耗显著增加,导致变压器局部过热甚至绝缘老化。为了研究直流偏磁对变压器铁心损耗的影响,该文基于Jiles Atherton(JA)理论提出了一种新的铁心损耗预测方法。首先,在JA静态铁心磁滞模型基础上,依据铁心损耗分离理论,在无偏磁下建立考虑涡流损耗与异常损耗的铁心动态磁滞模型,并对模型中参数进行辨识;其次,采用爱泼斯坦方圈和逆变电源搭建了直流偏磁下磁滞回线测量系统,实测了不同直流偏磁下的磁滞回线,在此基础上获得直流偏磁下铁心动态磁滞模型参数辨识结果;最后分析了直流偏磁对模型参数的影响,并对模型参数中的动态损耗系数进行了拟合,以修正铁心动态磁滞模型,得到直流偏置下铁心损耗预测方法。通过算例的计算结果与实验结果的对比验证了文中所提出方法的正确性。     

换流变压器损耗现场测试影响因素及仿真

换流变压器是高压直流输电系统的核心设备,其损耗将会对直流输电系统的稳定性产生影响,因而备受关注。因此,首先探究了换流变压器空负载损耗的影响因素,并利用Matlab软件的Simulink平台进行了仿真分析。仿真结果表明:对于换流变压器的空载损耗,谐波次数和谐波电压畸变率的增加使得空载损耗下降,但下降幅度较小,其中5、7次谐波对空载损耗的影响最大;对于换流变压器的负载损耗,谐波次数和谐波电流畸变率的增加使得负载损耗增加,幅度较大,且谐波次数和畸变率对负载损耗的影响远大于空载损耗。然后,提出了适用于换流变压器现场测量的含附加电阻的换流变压器谐波等值电路,利用谐波损耗新模型与常规谐波等效电路对换流变压器谐波损耗进行计算,并将计算结果与IEC方法的计算结果进行对比,对比结果验证了新模型的合理性。根据本文提出的方法,可以对换流变压器损耗现场测试结果进行校正,因此对换流变压器的现场试验具有重要的工程意义。     

变压器直流偏磁励磁方式的实验研究和分析

在直流偏磁对变压器影响的实验研究和数值计算仿真过程中,如何引入直流励磁是一个关键的问题。基于完全按照变压器的标准设计和制作的环形铁心模型,研究变压器直流偏磁工作条件下两种不同的励磁方式(并联方式和串联方式)对变压器运行性能的影响;分别设计了两种励磁方式的励磁回路,测量得到了两种不同励磁方式下,铁心模型的励磁电流、交链磁通和铁心损耗等性能数据,通过对实验数据的分析和计算,研究了两种励磁方式对直流偏磁变压器的影响,为变压器直流偏磁的实验研究和仿真计算提供了实验支持。     

谐波及直流偏磁下变压器叠片式磁屏蔽杂散损耗模拟与验证

为研究电力变压器叠片式磁屏蔽在谐波和直流偏磁条件下的杂散损耗,对TEAM P21基准族（V.2009）进行拓展改进,增加激励线圈匝数,增大导线截面积和磁屏蔽叠片的尺寸。搭建变压器杂散损耗测量平台,提出并实现了谐波及直流偏磁下杂散损耗的测量方法。测量得到取向硅钢片在谐波和直流偏磁下的磁性能数据,完成了复杂激励条件下杂散场和损耗的多工况三维瞬态有限元计算。通过杂散场和损耗的仿真与实验结果的对比,验证了测量方法及仿真计算的有效性。结合仿真及实验结果,分析了谐波和直流偏磁下杂散损耗的分布及其影响,所得结果及结论有助于变压器磁屏蔽的优化设计和提高电磁设备的可靠性。