谐波电流下油浸式配电变压器负载损耗及绕组热点温度分析

为了研究电流畸变情况下油浸式配电变压器负载损耗和绕组热点温度的变化规律,基于IEEE StdC57.110中的绕组涡流谐波损耗因子和杂散谐波损耗因子,并考虑绕组在谐波电流下的集肤效应会增强,定义了绕组电阻谐波损耗因子,从而建立了变压器在谐波电流下负载损耗计算模型。考虑到绕组涡流损耗密度分布不均对绕组热点温度的影响,利用文中所建立的变压器在谐波电流下负载损耗计算模型修正了IEEE Std C57.110:2008的绕组热点温度计算公式。分析结果表明,谐波电流会引起较大的额外负载损耗,谐波畸变率为40%和60%时负载损耗分别增加了近0.5倍和1倍,此时顶层油温和热点温度也有较大增加,顶层油温升和热点温升在畸变率为40%时分别达到了71.6、102.7 K,远超过温升限值。同时发现谐波频率越高,负载损耗和热点温升增加越快。     

220kV变压器短路状态绕组受力数值模拟

发现受外部短路电流冲击时的变压器绕组受力规律一直是工程上需要解决的技术难题。以一台型号为SFPSZ7-150000/220的三相三绕组油浸式电力变压器为例,在Maxwell软件中建立变压器三维有限元计算模型,采用瞬态磁场求解器仿真发生单相外部短路时该变压器绕组所受电磁力,计算并得到了0.25 s短路时间内各相绕组、各个线饼在各方向所受电磁力的幅值和动态规律。数值模拟结果表明:高压绕组各线饼受力规律大致相同,大致关于绕组中部对称;变压器绕组端部主要受到轴向力的作用,变压器绕组中部主要是受到辐向力的作用;高压绕组所受辐向力使得高压绕组内径增大,中压绕组所受辐向力使得中压绕组内径缩小。     

YB2系列隔爆型三相异步电动机杂散损耗的控制

一、杂散损耗的产生YB2系列隔爆型三相异步电动机(以下简称YB2系列电动机)在设计时,不仅要考虑杂散损耗对电机实际效率的影响,而且还要确保定子绕组采用F级绝缘结构,其温升限值按B级考核能合格,同时还要注意对起动过程的影响。杂散损耗按其产生根源可分为基波杂散损耗和谐波杂散损耗。基波杂散损耗的产生是由于定、转子绕组中通以三相交流电时,在定子绕组槽部、线圈端部以及转子斜槽中,产生随电流频率而交变的槽漏磁通、绕组端部漏磁通以及斜槽漏磁通,它们在导线、铁心、机座及端盖等金属构件中引起涡流,从而产生能量损耗,这些损耗分别称…     

非正弦供电十五相感应电机定子漏抗计算

为获得非正弦供电十五相感应电机基波和3次谐波等值电路中的定子漏抗参数,提出了基波和3次谐波定子槽漏抗、谐波漏抗和端部漏抗的分析方法并进行了计算。从槽比漏磁导公式出发求出了基波与3次谐波下的定子槽漏抗。考虑了十五相感应电机定子绕组基波电流与3次谐波电流产生磁势之不同特点,由各自谐波比漏磁导求出相应的谐波漏抗。通过引入气隙电流和镜像电流,用数值法计算线圈间端部电感作为求取基波和3次谐波端部漏抗的基础。分析计算表明,定子整距集中绕组的3次谐波槽漏抗为基波槽漏抗的3倍,但对谐波漏抗和端部漏抗无此比例关系成立。在基波电压下对十五相感应电机样机进行了堵转实验,短路电抗实测值与定转子漏抗计算值相互吻合,间接验证了该文所用计算方法的正确性。     

换流变压器绕组辐向短路电动力的计算与分析

针对一台530 kV/405.2 MVA单相双绕组换流变压器,根据电磁学原理,以绕组实际结构建立了二维求解模型.在网侧绕组处于+9×1.25％分接与阀侧绕组短路的情况下,应用ANSYS有限元软件,采用“场-路耦合”法求得该模型的短路阻抗与瞬态漏磁分布.以此为基础,提取出线饼单元的轴向平均漏磁密,获得了网、阀侧绕组线饼的辐向力分布和瞬变曲线,并对受辐向短路电动力作用最大的线饼进行了稳定性校核.计算分析结果表明,该模型和计算方法可实现换流变压器绕组辐向短路力的计算及辐向机械强度的核算.     

换流变压器基波及谐波作用下损耗分布与特性的研究

换流变压器在实际运行中承受交直流复合电压,其绕组内部含有较高的谐波分量.谐波电流会影响换流变压器内部磁场从而产生谐波损耗.对此,本文搭建了400 kV换流变压器三维电磁瞬态仿真模型,对换流变压器谐波对于损耗的影响进行了研究,并通过对比试验数据验证模型的可靠性.以含谐波分量的电流作为激励,本文分别将各次谐波叠加在基波电流上进行了损耗计算.通过对比各次谐波电流叠加基波电流作为激励时换流变压器铁心、绕组以及结构件的损耗分布,总结了谐波对于换流变压器内部损耗的影响机理.     

谐波电流作用下变压器损耗及绝缘寿命的计算

谐波电流通常会对变压器造成损耗增加、温度升高、绝缘寿命缩短等不良影响。在分析谐波电流作用下集肤效应对变压器绕组电阻影响的基础上,定义了绕组电阻谐波损耗因子,利用谐波损耗因子计算变压器损耗。修正了热点温度计算公式,基于绝缘等值老化模型计算谐波电流导致的变压器绝缘寿命损失。最后,建立了六脉波整流仿真模型,验证了谐波损耗计算方法的准确性和谐波电流导致绝缘寿命损失计算的重要性。     

电力变压器低压螺旋绕组导线换位结构下电流分布特性

在低压螺旋式绕组中采用换位结构未能完全消除绕组内环流,并联导线间的电流仍存在差异。分析换位结构下绕组电流分布特性是计算绕组短路电磁力的基础和前提。以往在计算短路电磁力时,往往忽略短路电流的分布特性。在考虑换位结构的基础上对两种110 k V变压器低压绕组的电流分布特性进行研究,发现低压绕组导线回路间电流差值与峰值电流平均值的比值最大可达8.67%。绕组结构变化引起的导线回路漏感抗差异是导致并联回路电流分布不均的主要原因。同时,计算获得了不同电流分布情况下低压绕组各线饼中导线受到的电磁力分布规律,发现电流分布不均匀程度越大,导线在换位前后电磁力改变量越大,最大可达5.9%。定义导线回路间电流差值与峰值电流平均值的比值为绕组电流分布不均匀系数,发现电流分布不均匀系数随高度hc、导线辐向宽度wc的增大而增大。通过比较了两种类型低压绕组中电磁力分布特点,对螺旋绕组结构设计提出了建议。该研究结果可为变压器设计过程中结构参数的选取和校核绕组短路稳定性提供参考。     

永磁同步电机分数槽集中绕组磁动势

对单元电机的单个线圈、线圈组、相绕组和三相绕组的磁动势进行了分析。当定子槽数为奇数时,除3的整倍数之外其他极对数的磁动势都存在,其中与基波绕组系数相同、转向相反、幅值最大的谐波极对数仅与基波相差1对极。当定子槽数为偶数时,除偶数和3的整倍数之外其他极对数的磁动势都存在,其中与基波绕组系数相同、转向相反、幅值最大的谐波极对数仅与基波相差2或者4对极。电机内部还存在幅值较大的次谐波以及绕组系数与基波相同的高次谐波,它们会对电机造成不良影响。电机高速运行时,这些谐波磁动势产生的磁场会在永磁体内感应出涡流,产生损耗,造成永磁体温升增加,甚至去磁。     

基于谐波损耗的干式变压器降容研究

IEEE Std C57.110中给出了计算电流畸变情况下变压器损耗的计算方法,其利用绕组涡流谐波损耗因子和杂散谐波损耗因子计算变压器的涡流损耗和杂散损耗,但忽略了绕组高频交流情况下集肤效应和邻近效应引起的附加损耗,计算精度受到一定影响。为了精确计算变压器谐波情况下的损耗,引入了绕组电阻谐波损耗因子,考虑了谐波情况下绕组集肤效应引起的损耗,并据此计算变压器最大负荷电流。在此基础上,研究了电流畸变率对干式变压器降容率的影响,计算结果表明谐波对干式变压器最大负荷电流及带负载能力有较大影响,当谐波畸变率达到60%时,变压器带负荷能力减小一半。     

220kV电力变压器短路动力学性能分析

电力变压器突发三相同时短路时,短路电流对变压器绕组动稳定性影响重大。笔者针对一台220 kV等级电力变压器,基于有限元电磁—结构耦合计算,运用动力学原理,研究短路电磁力作用下的低压绕组机械强度及变形过程。在电磁分析中,计算了各绕组的轴向和辐向电磁力,确定绕组中承受电磁力最大的线饼;在辐向应力应变分析中,以电磁力为激励,对选定绕组进行瞬态动力学计算,得出线圈的辐向动态应力及位移;在绕组轴向振动分析时,考虑线饼间绝缘垫块弹性模量,分析线饼轴向动态力和轴向位移。分析结果为变压器绕组短路强度校核提供参考依据。     

谐波电流对27.5kV干式所用变压器负载损耗的影响

基于场路耦合法,建立干式所用变压器的二维结构模型,考虑绕组的集肤效应和涡流效应,对其漏磁场分布及谐波负载损耗进行仿真分析。通过实例分析了谐波电流对干式所用变压器负载损耗的影响。     

绕线转子无刷双馈电机多谐波联合起动过程中磁动势及性能分析

多谐波联合起动绕线转子无刷双馈电机通过改变电机定子绕组联结方式,使得励磁电流在气隙中产生基波磁动势以及与基波同转向的不同极对数谐波磁动势。基波磁动势协同这些谐波磁动势与转子上复合线圈绕组相互作用来降低起动电流和增大起动转矩,进而改善电机的起动性能。该文通过详细的推导建立该电机的定子绕组磁动势数学模型,分析该电机在起动时磁动势谐波含量;分析转子绕组的磁场调制机理及工作特点,并对该电机在起动时的等效电路以及气隙磁通密度进行分析以研究其起动性能。仿真和试验结果表明,采用多谐波联合起动方式使电机的起动电流降低,起动转矩增大,并且使得电机具有良好的起动性能。     

300Mvar调相机端部电磁场三维有限元分析

在进相工况下,调相机端部漏磁较迟相运行增大,会造成定子端部结构件涡流损耗的显著增加,因此准确计算调相机磁场分布和端部结构件损耗是调相机优化设计的基础。本文简要分析了调相机端部电磁场三维有限元分析的仿真模型和计算方法。通过建立三维实体仿真模型,分析了调相机在300Mvar和-200Mvar两种工况下定转子铁心磁密分布、结构件涡流电密分布和损耗等参数,为端部结构件的研究和优化设计提供参考。     

大型发电机三维磁场计算和换位方式选择

在大型发电机的设计中,为决定定子绕组最佳换位方式,以防止产生环流和局部过热,需要准确计算端部绕组的电磁场。由于端部绕组形状复杂,因此在以往的模型中,端部分布的绕组通常都用绕组中心线上的连续等值的集中壳电流或线电流来代替。它不能计算端部绕组股线中的电磁场。在本文中,端部绕组视为许多矩形电流元刚性体,首次用自动机构中的位置—姿态矩阵来描述电流体的位置,这样就能比较准确地考虑端部绕组中的三维分布定子电流,采用综合法计算出大型水轮发电机端部绕组股线中的电磁场,从而确定最佳换位方法。     

汽轮发电机端部3D涡流场计算中定子线圈端部渐开线的三维解析表示

在计算汽轮发电机端部的三维瞬态涡流场和绕组电动力过程中，由于承载电流的定子绕组端部部分结构复杂，普遍的把沿圆周分离的分布绕组等效为一个周向连续的电流层的方法误差大，已不能适应三维场的数值求解要求。因此，如何准确描述激励电流源的空间几何位置是解决问题的关键之一，有必要对定子线圈端部渐开线进行准确的三维解析表示。本文给出了电机定子绕组端部渐开线部分的三维空间参数表达式，并用计算机进行辅助绘图处理。     

大型空冷汽轮发电机定子不对称支路绕组性能的数值分析

本文采用有限元法(FEM)对同相位和非同相位不对称三支路绕组性能——支路电势、空载环流及其损耗进行分析,计算了电势不对称度。计算结果表明采用解析法计算是可行的;验证了计算环流及其损耗应采用定子绕组漏抗而不是交(直)轴电抗,环流损耗计算可忽略谐波影响;指出了绕组节距对基波电势和谐波电势大小以及环流损耗有影响,但不影响基波电势不对称度。绕组支路中的环流不会产生轴电压和轴电流等。     

技术问答

答:发电机的定子端部构件发热与漏磁场有关。定子端部有一个分布复杂的漏磁场,它由定子绕组的端部漏磁和转子绕组端部漏磁合成,而且是旋转的。端部漏磁场的大小和形状,与发电机的结构特点、容量、参数及端部构件所采用的材料有关。在发电机旋转的时候,端部漏磁场的磁通割切端部的构件,在这些构件中产生感应电势、涡流和损耗发热。这个问题所有的发电机都存在,不过双水内冷发电机更为严重。其原因是双水内冷发电机的电磁负荷大,即定子和转子的线负荷(沿发电机园周单位长度上的电流值)高,所以产生的漏磁也多,而这些部件的损耗又几乎都跟磁通密度的平方成正比。例如     

不同温度下变压器绕组材料弹性模量及短路轴向力学性能研究

变压器绕组材料弹性模量对其短路轴向力学性能及动稳定性有重要影响。采用动态热机械分析仪测量分析了绕组垫块弹性模量随温度的变化规律,并通过理论计算得到了铜导线弹性模量随温度的变化规律。在此基础上,以一台110kV电压等级的变压器为例,基于有限元电磁-结构耦合计算,研究了短路电流峰值时刻绕组漏磁场分布及轴向力学性能。结果表明:垫块和铜导线的弹性模量均随温度的升高而减小;在轴向短路电磁力的作用下,高、低压绕组同时受到从两端向中部的压缩作用,绕组两端的轴向位移最大,中部线饼的位移较小,应力最大值出现在中部线饼处,且高压绕组的最大位移和最大应力均小于低压绕组;突发短路时绕组的平均温度越高,其最大轴向位移越大,最大应力越小。     

大型汽轮发电机定子绕组线棒的有限元分析

介绍了在ANSYS 14.5中建立单根定子绕组线棒的空间曲线,设置等效截面,近似模拟定子绕组线棒的三维实体模型,使用梁单元建立其有限元模型;然后对单根定子绕组线棒进行模态分析得到固有频率和振型,为定子端部绕组结构设计提供有效的参考。并对单根定子绕组线棒进行2D电磁特性有限元分析,计算了线棒内局部区域的电流分布特性,为定子绕组的设计与制造提供了可靠依据。