考慮直流偏磁的特高壓變壓器繞組振動分析

王善磊 彭嘉杰 趙玉瑤 江春鑫 王嘉禾 河海大學能源與電氣學院

目前針對變壓器直流偏磁現象的研究主要有兩種研究思路:一方面，基于J-A理論模型對直流偏磁下變壓器鐵磁材料的非線性和磁滯特性進行模擬分析。文獻[1]通過J-A理論模型，最終得出500KV電力變壓器直流偏磁時磁滯曲線的相關參數。文獻[2]則是在J-A理論模型的基礎上，通過ANSYS Maxwell建立特高壓變壓器直流偏磁時的仿真模型，成功模擬出直流偏磁時變壓器主漏磁通的分布云圖。然而，傳統的J-A理論模型是一種相對理想的理論模型，未考慮到變壓器損耗以及鐵心結構等因素的影響。

另一方面，考慮到變壓器直流偏磁問題是一個三維非線性瞬態渦流問題，其繞組的電動力以及鐵心損耗、渦流損耗等因素較難計算，目前學者們對這一問題的解決主要基于二維或是三維有限元仿真求解。文獻[3]在傳統有限元法的基礎上，提出定點諧波有限元法，對傳統迭代法預測直流磁通進行了改進，計算出疊片鐵心偏磁時的勵磁電流及磁場分布。

本文基于PSCAD軟件建立1000KV特高壓變壓器直流偏磁時的仿真模型，重點對其直流偏磁下勵磁特性進行研究。

1 特高壓變壓器仿真模型的建立

表1.1變壓器仿真參數

產品型號 ODFPS—1000000/1000 阻抗電壓HV--MV 18%額定容量 1000/1000/334/MVA 阻抗電壓HV—LV 62%40%額定電流 1649.57/3299.14/3036.3空載損耗 125KW連接組標號 Ia0I0 負載損耗 440KW額定電壓 606/303/110KV 阻抗電壓MV—LV

2 仿真實驗結果分析

圖2.1：不同偏磁直流下的相對磁導率

隨著偏磁直流的逐漸增大，直流磁場強度也隨著增大，但由于鐵心飽和時總的磁密基本保持不變，所以相同情況下交流磁密達到同一值所需要的交流勵磁電流也將增大，也就是說，直流激磁增加導致磁路磁阻增加，為了維持總磁密的基本不變，勢必要更大的交流激勵才能滿足條件。

3 直流偏磁下特高壓變壓器繞組電動力的變化：

特高壓變壓器繞組電動力計算模型如下[4]

分別計算每次諧波電流對應的，然后由疊加定理，將所有求得的值進行疊加，得到總的繞組電動力。

4 總結

基于PSACD對特高壓變壓器直流偏磁時的勵磁特性進行研究，得出以下結論:

1）直流偏磁時勵磁電流畸變嚴重，諧波分量中開始出現偶次諧波分量，且隨著偏磁直流電流的增大，奇次諧波的含量也進一步增大。

2）隨著直流電流的增大，特高壓變壓器鐵心漸漸趨于飽和，產生相同磁密的情況下往往需要更大的激流激勵，這使得電力變壓器溫度急劇上升，對變壓器安全穩定運行帶來隱患。

3）隨著偏磁直流電流的增加，繞組電動力增加明顯，且繞組正負半周振動出現明顯不對稱，正半周振幅明顯大于負半周。

[1]周浩，余宇紅.我國發展特高壓輸電中一些重要問題討論[J].電網技術，2005(12):1-9.

[2]黃道春，魏遠航，鐘連宏，等. 我國發展特高壓直流輸電中一些問題的探討[J]. 電網技術，2007(8):6-12.

[3]蒯狄正，劉成民，力一達. 直流偏磁對變壓器影響的研究[J]. 江蘇電機工程，2004.23(3):1-5.

[4] 郭滿生，程志光.大型電力變壓器直流偏磁研究綜述[J]. 制造經驗，2006，3(1):53-55