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信平电子变压器:直流偏磁对变压器影响

2018-08-02 16:21:04 德州信平电子有限公司 阅读

直流偏磁对变压器影响研究综述

师泯夏,吴 邦, 靳宇晖, 邱爱慈,李军浩

(西安交通大学电力设备电气绝缘国家重点实验室,西安 710049)

一、内容简介

直流电流流经绕组时,变压器励磁电流畸变,铁心及各个构件会出现温度升高、振动幅度增大等现象。文中介绍了直流偏磁基本概念、产生原因及可能会对变压器产生的危害,并从直流偏磁对变压器的影响,即励磁电流、温升损耗和振动噪声3个方面进行归纳,从模型与研究方式两个角度,分别阐述了国内外学者对变压器直流偏磁问题的研究进展与成果,并详细论述了研究每个影响方面采用的仿真与试验方法。针对研究直流偏磁影响的过程中存在的问题分类进行了讨论,并提出了今后研究可能的发展方向。

二、主要内容

变压器直流偏磁,即变压器绕组中出现直流电流,使变压器工作在非正常工作状态的现象。直流偏磁会对变压器和电力系统产生极大危害,因此该问题得到越来越多学者的关注。变压器绕组中产生直流分量有多种原因,主要可以分为以下3个方面:

1) 随着直流输电技术的应用和直流电网的进一步发展,当高压直流输电系统采用单极—大地回线运行方式或双极不平衡运行方式时,会有较大直流电流经接地极流入大地,在接地极附近土壤形成直流电场,此时临近变电站之间将产生直流电位差,同时会有直流分量经大地进入到中性点接地的变压器中,使变压器产生直流偏磁现象。

2) 太阳磁暴也是变压器直流偏磁产生原因之一。太阳磁暴会在地球表面的不同位置诱发感应电位差,此时输配电网与大地形成回路,在中性点接地的变压器附近会产生地磁感应电流(简称GIC)。地磁感应电流频率很低,大约为0.001~1Hz之间,与工频50Hz电流相比,可近似为直流电流。

3) 高空核爆电磁脉冲(即HEMP)的晚期效应(即E3阶段),诱发直流偏磁问题原理与地磁暴相似,其频率很低,作用时间在1 秒到百秒之间,也会在接地导体附近形成直流电场,产生近似直流的低频电流。

变压器在直流偏磁下工作点会发生偏移,铁心处于过饱和状态,励磁电流增大并产生明显畸变,谐波分量特别是偶次谐波分量增多,过饱和的铁心磁导率与空气相近导致漏磁增加,铁心叠片涡流损耗和磁滞损耗加剧,变压器铁心和金属构件温度升高;同时铁心磁致伸缩效应更加剧烈,振动加剧,噪声声级提高;励磁电流中的谐波分量可能会导致继电保护装置误动作,从而对电网稳定性产生很大影响。

1. 变压器直流偏磁产生机理及其影响

1.1 变压器直流偏磁产生机理

1.2 直流偏磁对变压器影响

2. 直流偏磁对变压器影响的研究

2.1 直流偏磁对变压器励磁电流影响的研究

2.1.1 变压器直流偏磁励磁电流研究模型

2.1.2 铁心磁化模型建立方法

2.1.3 直流偏磁实验与数值计算直流源引入方式

2.2 直流偏磁对变压器温升损耗影响的研究

2.2.1 直流偏磁时变压器温升问题研究

2.2.2 直流偏磁下变压器损耗问题研究

2.3 直流偏磁对变压器振动噪声影响的研究

2.3.1 变压器直流偏磁振动研究模型建立

2.3.2 直流偏磁下变压器振动噪声分析计算方法

2.3.3 直流偏磁下变压器振动噪声实验研究方法

3. 研究的不足与未来的发展

3.1 直流偏磁研究对象的选择

3.2 直流偏磁激励源的影响

3.2.1 对励磁电流的影响

3.2.2 对温升损耗的影响

      3.2.3 对振动噪声的影响三、结论

1 直流偏磁对变压器的影响主要有以下3个方面:励磁电流波形畸变严重,谐波分量含量增加;变压器损耗增加,拉板或支撑板及金属构件温升提高;变压器振动加剧,噪声增大。

2 直流偏磁对变压器励磁电流影响研究的基本方法为建立电路磁路耦合模型或建立三维有限元仿真模型,应用磁滞模型理论描述铁心励磁材料的非线性磁化过程,仿真计算直流偏磁下磁通分布情况和励磁电流波形与谐波分量。为优化计算过程,也可选用对偶模型或UMEC模型对电路磁路耦合模型进行替代。

3 直流偏磁对变压器温升损耗影响研究的测量方法为将交流与直流共同作为激励源,用温度传感器测量变压器各部分热分布,用功率表测量变压器损耗;仿真计算方法为建立二维或三维有限元模型,分析主磁通引起的铁心磁滞与涡流损耗和漏磁通引起的其他构件的损耗。

4 直流偏磁对变压器振动噪声影响研究的测量方法为运用振动或噪声传感装置,并利用实验室研究或在线监测的方式测量振动噪声信号;仿真计算方法为建立三维物理模型,进行电场、磁场、结构力场(或弹性动力场)、声场的多物理场耦合,计算不同直流偏磁情况下振动加速度与声压级分布。

5 尽管在直流偏磁对变压器的影响领域已经存在大量的研究,获得了丰硕的成果,但仍存在许多值得深入探索的问题:以硅钢片为研究对象分析直流偏磁问题、激励源标准的确定、直流偏磁磁化模型的建立、直流偏磁对其他电力设备的影响、不同规格不同种类的绕组夹件等装置对直流偏磁下变压器损耗温升分布情况的影响、直流偏磁下振动噪声信号特征值的提取等。

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