基于时域有限元方法的配电房大电流母排涡流场分析

母排工作状况对整个配电系统的运行起着决定性的作用.针对配电房普遍使用的平板型空气绝缘母排结构,根据母排实际尺寸、位置等参数构建其工频磁场分布的计算模型.采用基于时域有限元的方法研究了矩形大电流母排满足的二维(2D)、三维(3D)涡流场问题.分析其磁感应强度变化,并与圆管型母排进行了比较,通过仿真验证,矩形母排磁感应强度与实测数据的最大误差小于5.79%,而圆管型母排磁感应强度与实测数据的误差较大.重点研究了不同工作电流对电磁力、磁场能量及功率损耗的影响.结果显示随电流增大,磁场能量、电磁力及功率损耗均呈增加趋势.当电流为2 400 A时,其三维涡流场的功率损耗高达114.462 W/m.     

基于磁场-流场-温度场耦合计算的母线槽热性能分析

作为大电流输配电设备，母线槽的发热温升和散热问题是影响其工作稳定性的重要因素之一，为此本文建立了母线槽的磁场－流场－温度场耦合分析模型，首先计算了三相四线空间绝缘型母线槽的工频磁场、涡流场和焦耳热，然后将焦耳热作为体积热源，通过间接接耦合方法分析了母线槽内部气流场和温度场，母排间距对母线温升影响显著，存在一个使母排温升最小的最优母排间距，增大外壳高度或宽度能够降低母排温升。     

Busbars for the Switchgears and Internal Connections of the Power Plants and 6- to 750-kV Substations

The use of rigid noncorona busbars with the air insulation, gas-filled current leads, and current leads with the polymeric insulation to connect various high-voltage elements at plants and substations allows providing a decrease in the electric energy losses, increase in reliability and safety of operation, as well as improving the ecological situation at the plants and substations. Compactness of the busbars is provided due to the use of new insulation media (first and foremost, electrically high-strength gases and polymeric dielectrics), as well as improvement of the technology of production and use of these materials. At present, various types of high-voltage current leads are used: shielded air busbars, busbars with the cast polymeric insulation, and sealed shielded current leads with the basic high-strength gas insulation. Engineering solutions in which insulation media with low dielectric permeability are used and the buses are made noncorona with rated operating voltage are applied to reduce the losses in the busbars.     

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。     

Ridged surface for reducing eddy-current losses in ferromagnetic shielding

Because of the increasing demand for electric power, devices operating at higher and higher currents have been developed and are being produced. These machines are placed in a closed metal enclosure that provide also shielding of the electromagnetic field. Two novel methods to reduce Joule-heat losses in shielding are described. These methods are based on making the surface of the ferromagnetic shielding material corrugated or ridged, thus increasing the conductive area for the eddy currents. The results were obtained from 1D and 2D finite element models of the new and conventional types of shielding, considering also the non-linear magnetization curve of the material used. It can be seen that the ridging can be a beneficial alternative of coating with high-conductivity material, e.g., copper, in reduction of eddy current losses.     

密集型母线槽磁场-温度场综合有限元分析

利用ANSYS有限元软件建立了密集型母线槽的磁场-温度场耦合分析模型,在计算涡流场的基础上得到焦耳热损耗,随后将焦耳热作为体积热源,通过顺序耦合方法准确地计算了密集型母线槽的温度场。耦合过程中引入了预估-校正法,以确保预估的母排和外壳温升值的合理性,从而保证焦耳热损耗和外壳对流散热系数的准确性。母排和外壳温升的计算结果与实验结果吻合得很好,误差在1.2K之内。     

轴向磁场电机永磁体空载涡流损耗减小方法对比研究

减少轴向磁场电机永磁体空载涡流损耗的方法主要有：减小定子槽开口宽度、增大气隙长度、永磁体分块、使用屏蔽层和磁性槽楔等。基于轴向磁场电机的简化二维分析模型,分析了减小定子槽开口宽度和增大气隙长度、使用屏蔽层和磁性槽楔降低空载涡流损耗的效果。通过三维电磁场仿真,研究了永磁体不同分块方式对减少空载涡流损耗的效果。研究结果表明,减小定子槽开口宽度的效果最佳;虽然增加气隙长度可以显著减小涡流损耗,但永磁体用量迅速增加;永磁体分块减小涡流效果较好,且周向分块方式最好;屏蔽层起反作用;使用分段磁性槽楔效果比减小定子槽开口宽度稍微差一点,但加工难度要低些。     

汽轮发电机失磁异步运行时转子端部漏磁参数与涡流损耗的分析计算

准确计算汽轮发电机失磁异步运行时转子端部漏抗和结构件中的涡流损耗是分析发电机异步运行性能的基础，文中采用A，φ-A三维有限元法建立了大型汽轮发电机异步运行工况下转子端部三维涡流场的数学模型，提出了用二维和三维磁场耦合的方法确定边界条件的新方法。利用磁场计算结果进一步研究了转子端部等效漏抗和涡流损耗的计算方法，最后以一台300MW汽轮发电机为例进行了实际计算，验证了所提方法的有效性。     

大型建筑物配电房母线工频磁场计算

为了研究建筑物配电房母线产生的工频磁场,根据配电房大电流母线集肤效应显著的特点,提出了采用模拟电流法对三相母线的矢量磁位进行计算.构建了配电房圆形母线工频磁场分布计算的物理模型并对其进行了相应的简化,合理设置模拟电流和匹配点后联立线性方程组,得出模拟电流值和矢量磁位,并在校验了计算精确度的基础上计算母线周围的磁场分布.应用该方法计算了某配电房母线周围的工频磁场分布,并结合我国环保推荐的场强限值对其分布情况进行了分析.这种方法的优点在于校验误差小,其计算结果真实地反映了大电流母线运行时的磁场分布状况.     

特高压变电站工频电场模拟计算及其分布规律

特高压变电站内设备种类繁多,且电磁环境较为复杂,因此在设计阶段需对站内工频电场强度进行合理评估。为此,运用有限元分析软件Ansys建立了3维变电站计算模型,并采用谐波分析方法实现了电准静态场的模拟计算。以淮南至上海特高压交流输电示范工程变电站带高抗出线回路新型4柱设计方案为例,研究了母线、设备及构架对回路对地1.5m处电场分布的影响,并对母线高度进行了优化。研究结果表明：带高抗出线回路（简称高抗回路）的大部分区域对地1.5m处的电场强度由母线高度决定,设备结构仅对自身附近区域的电场强度影响较大;构架位置会影响站内电场强度峰值的出现区域;设计方案的母线高度为17.15m,最大电场强度为9.34kV/m,经过优化的母线的最优高度为16.65m。对特高压交流示范工程长治站和荆门站分别进行工频电场模拟计算,计算结果表明：2座变电站的工频电场均满足电场强度设计要求;站内主要区域电场分布的计算结果和测量结果之间的误差约为10%。     

用有限元方法计算汽轮发电机端部涡流场和温度场

本文用有限元方法对发电机端部涡流场和温度场联合求解。将矢量磁位方法发展到汽轮发电机端部涡流场计算中,计算中考虑了铁心中有限的磁导率及线圈的实际厚度。并用三维等参有限元方法计算了涡流损耗引起的温升分布。计算值与实测值符合较好。     

变压器导体中涡流损耗的数值计算

导体中的涡流损耗可以用求解二维正弦涡流方程的办法来算出。本文通过数值计算,给出工程上常用的一些不同尺寸比的导体在均匀磁场和直线分布的磁场内的涡流损耗曲线;并且探讨了处于实际变压器漏磁场中导体涡流损耗的算法,得出了需加电流约束的导体范围,为实际工程计算提供了依据。     

大电流封闭母线磁-流-热场耦合有限元分析

针对用解析法计算母线温升时存在的一些问题,笔者讨论了基于磁场-流场-热场耦合有限元分析的母线温升计算方法。首先计算母线的磁场和导体涡流分布,得到焦耳热源;然后基于流场-热场耦合的共轭传热模型,将前面计算得到的焦耳热加载为热源,进行温度场分析和温升计算。比较12500A大电流离相封闭母线的计算温升与该产品型式试验结果,误差小于2℃。该计算方法对于封闭母线的产品设计人员具有一定参考意义。     

特高压特大容量变压器三维涡流场计算和防止局部过热技术的研究

对特高压变压器四种电屏蔽和磁屏蔽的组合方案进行了三维漏磁场有限元分析,研究了涡流损耗和磁滞损耗的计算方法,并列举了计算实例.     

A novel electromagnetic field shaper for pipe-type cable systems

A novel electromagnetic field shaper designed to reduce the electrical losses and increase the current carrying capacity of pipe-type cable systems was conceived in 1983. The salient feature of this field is that, in addition to significantly reducing the eddy current losses in the pipe or cable enclosure, it also reduces the losses in the cables due to their proximity to the metallic enclosure. The field shaper effectively minimizes the ratio of the AC over the DC resistance of the cables, and consequently maximizes the ampacity of the system, at a relatively low increase in the initial cost of the system. The authors introduce the concept of the electromagnetic field shaper and present a general analysis of the loss reduction mechanisms associated with its design features and parameters     

基于槽极比选择的切向永磁同步电机永磁体涡流损耗抑制措施

为抑制切向永磁同步电机的永磁体涡流损耗,基于麦克斯韦方程和本构方程,对永磁体形状进行近似假设,构建了永磁体涡流损耗的估算模型。使用一种基于卡特系数概念的磁导函数来估算由于定子开槽引起的槽下磁感应强度变化。基于五台槽极比分别为1.05、1.20、1.30、2.40和3.60的电机设计方案对理论分析结论进行了验证。在负载电流和两倍负载电流下,分析永磁体损耗,得到了每台电机的径向气隙磁密曲线及其谐波含量。考虑到增加槽极比对定子铁耗和永磁体涡流损耗的削弱效果,给出了电机槽极比选择策略。研究结果表明,增加槽极比能减弱定子槽下磁感应强度变化,从而抑制气隙磁场中低次谐波含量,减小永磁体涡流损耗,使电机运行更加可靠,但也会引入更多高次谐波,从而增加定子铁耗。     

用GALERKIN有限元法分析三维及准三维涡流场

本文采用Galerkin有限元法推导了三维,准三维涡流磁场的弱解形式.并利用所得结果,计算了一台三十万千瓦汽轮发电机端部磁场.     

双标量磁位的表面阻抗法

提出双标量磁位的表面阻杭法，以计算含有钢板的三维磁场分布和钢板涡流损耗。文中在钢板周围采用全标量磁位处理阻抗边界条件，而在源电流区域采用简化标量磁位，并应用磁余能量方法，引入等效虚拟磁性材料处理钢板的非线性问题。将本方法应用于ＴＥＡＭ问题２１模型，计算结果与实测结果相吻合。     

变压器箱体涡流损耗的三维有限元分析

建立了电力变压器漏磁场及箱体涡流损耗的计算模型,计算了变压器箱体的涡流损耗分布,提出了减少箱体涡流损耗的电磁屏蔽和磁屏蔽方法.     

Reducing electric-power losses in a traction network due to the voltage grading at the busbars of dc traction substations

The voltage mode in a traction network may cause unwanted power flows, which, in turn, lead to power losses in the traction network. In this paper, it is shown theoretically and on the basis of a computer simulation that the equality of voltages at the busbars of all substations ensures minimum electric-energy losses in the traction network under any changes in the parameters of the traction power-supply system and the train situation. An algorithm for controlling the voltage at the busbars of traction substations is proposed for leveling it throughout the entire section of electric dc railways.