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(xué)能源與電氣學(xué)院

目前針對變壓器直流偏磁現(xiàn)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(jìn)行模擬分析。文獻(xiàn)[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(guān)參數(shù)。文獻(xiàn)[2]則是在J-A理論模型的基礎(chǔ)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(tǒng)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(jié)構(gòu)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(tài)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(xué)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(xiàn)[3]在傳統(tǒng)有限元法的基礎(chǔ)上，提出定點(diǎn)諧波有限元法，對傳統(tǒng)迭代法預(yù)測直流磁通進(jìn)行了改進(jìn)，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(diǎn)對其直流偏磁下勵磁特性進(jìn)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(shù)

產(chǎn)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(biāo)號 Ia0I0 負(fù)載損耗 440KW額定電壓 606/303/110KV 阻抗電壓MV—LV

2 仿真實驗結(jié)果分析

圖2.1：不同偏磁直流下的相對磁導(dǎo)率

隨著偏磁直流的逐漸增大，直流磁場強(qiáng)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(dá)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(dǎo)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(yīng)的，然后由疊加定理，將所有求得的值進(jìn)行疊加，得到總的繞組電動力。

4 總結(jié)

基于PSACD對特高壓變壓器直流偏磁時的勵磁特性進(jìn)行研究，得出以下結(jié)論:

1）直流偏磁時勵磁電流畸變嚴(yán)重，諧波分量中開始出現(xiàn)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(jìn)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(chǎn)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(wěn)定運(yùn)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(fù)半周振動出現(xiàn)明顯不對稱，正半周振幅明顯大于負(fù)半周。

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

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

[3]蒯狄正，劉成民，力一達(dá). 直流偏磁對變壓器影響的研究[J]. 江蘇電機(jī)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(jīng)驗，2006，3(1):53-55