電力變壓器直流偏磁分析的磁路建模與應(yīng)用

變壓器直流偏磁現(xiàn)象 及監(jiān)測系統(tǒng)構(gòu)建 南京導(dǎo)納能科技有限公司 修訂日期：2017年2月22日 聯(lián)系電話：韋（先生）13813986638 1引言 電力變壓器中的“直流偏磁”是指由于某種原因?qū)е碌闹绷鞔艅莼蛑绷鞔磐ǎ?以及由此引起的一系列電磁效應(yīng)。高壓直流單極大地運(yùn)行方式、非線性負(fù)荷、太 陽磁暴等，均可能在交流變壓器的中性點(diǎn)竄入直流電流，引發(fā)直流偏磁現(xiàn)象。 直流偏磁對變壓器的影響主要表現(xiàn)在變壓器磁回路偏磁飽和產(chǎn)生諧波電流 電壓、引起噪聲增大、振動加劇、嚴(yán)重時引起局部過熱、緊固部件松動，破壞絕 緣，影響變壓器的正常運(yùn)行及壽命。同時，易導(dǎo)致系統(tǒng)無功消耗增加，系統(tǒng)電壓 嚴(yán)重降低，系統(tǒng)繼電器誤動作故障。 2變壓器直流偏磁現(xiàn)象示例 （1）天廣直流輸電調(diào)試中出現(xiàn)的問題 2000年12月，在天廣直流輸電線路調(diào)試過程中，廣東大亞灣核電站主變壓 器出現(xiàn)噪聲增大的情況。通過了解得知，天廣直流

在變壓器工作過程中,受各種因素的影響,其可能會出現(xiàn)直流偏磁現(xiàn)象,直流偏磁現(xiàn)象的產(chǎn)生會直接對變壓器性能以及變壓器使用壽命造成影響,這對于整個供電系統(tǒng)正常工作的實現(xiàn)都是極為不利的,因此相關(guān)人員必須加強(qiáng)對其的重視,積極的采取措施對變壓器直流偏磁進(jìn)行抑制,最大程度的為變壓器安全運(yùn)行做出保證。

在分析變壓器直流偏磁原理的基礎(chǔ)上,應(yīng)用pscad電磁暫態(tài)仿真軟件分析了直流偏磁對變壓器勵磁電流的影響?，F(xiàn)場實測了直流輸電單極和雙極兩種運(yùn)行狀態(tài)下變壓器中性點(diǎn)電流、直流偏磁引起的母線諧波、變壓器振動和噪聲。經(jīng)過仿真與實測的綜合分析得出,變壓器中性點(diǎn)電流超過變壓器額定電流的5%時就會引起勵磁電流的嚴(yán)重畸變。直流偏磁對變壓器低壓側(cè)的影響最大,已經(jīng)出現(xiàn)明顯位移,高壓側(cè)和中壓側(cè)雖然位移變化不大,但速度和加速度最大增幅達(dá)8～9倍,變壓器遭受了很大的沖擊力。最后建議采用中性點(diǎn)串接電容的方法來限制直流偏磁。

為分析變壓器直流注入方式對交流勵磁的影響,利用三維有限元方法計算單相變壓器的直流偏磁問題。以實際電力變壓器為例搭建仿真平臺,根據(jù)其具體參數(shù)建立模型,對比分析在原邊和副邊分別注入直流時變壓器的直流偏磁情況。仿真實驗結(jié)果表明,兩種注入方式下交流電流的波形基本相同。

以交直流輸電系統(tǒng)混合運(yùn)行引起的變壓器直流偏磁為背景,闡述當(dāng)直流輸電系統(tǒng)以單極大地回線方式、雙極電流不對稱方式或雙極電壓/電流均不對稱方式運(yùn)行時產(chǎn)生的直流偏磁問題對中性點(diǎn)直接接地變壓器的影響,根據(jù)現(xiàn)有的最新技術(shù)及實際情況分析與比較變壓器中性點(diǎn)直流偏磁的抑制措施,力求找到最優(yōu)方式,達(dá)到使變壓器振動降低、噪音減小、壽命延長的目的。

直流偏磁對變壓器的影響

本文簡要論述了變壓器發(fā)生直流偏磁的原因，危害以及抑制措施，對近年來變壓器直流偏磁的研究進(jìn)行了綜述。

結(jié)合2座500kv變電站內(nèi)變壓器的振動測試數(shù)據(jù)進(jìn)行大型電力變壓器直流偏磁振動機(jī)制的分析及特征的提取。首先,從變壓器振動的基本原理及偏磁原理出發(fā),分析了直流偏磁情況下變壓器振動的振動機(jī)制,得到了以1個信號工頻周期的2個半周期波形及能量差異較大為主要特征并包括50hz基頻分量增加和信號復(fù)雜度增加等特征在內(nèi)的偏磁振動信號的3個特征。然后,提出相應(yīng)的信號特征提取方法用于獲取偏磁振動的特征。最后,對結(jié)合地磁水平分量以及中性點(diǎn)電流直流分量篩選得到的地磁感應(yīng)電流與直流輸電單極運(yùn)行導(dǎo)致的變壓器偏磁振動信號進(jìn)行頻譜與特征提取分析。分析結(jié)果驗證了提出的直流偏磁特征以及相應(yīng)的特征提取方法的有效性。

分析了在正弦波逆變電源中工頻變壓器產(chǎn)生直流偏磁原因的基礎(chǔ)上,運(yùn)用數(shù)字pi控制方法,調(diào)節(jié)觸發(fā)脈沖的寬度來加以抑制。通過在逆變電源中的應(yīng)用與調(diào)試,驗證該方法的可行性。

在單相正弦波逆變電源中,因逆變電源直流側(cè)的電壓較低,而輸出額定交流電壓較高,需要用升壓變壓器進(jìn)行升壓,與負(fù)載電氣隔離,并對降低逆變橋開關(guān)管的額定電流有利,但存在兩橋端輸出電壓脈沖列在基波周期內(nèi)正負(fù)伏秒值不相等。

為了研究高壓直流輸電系統(tǒng)中直流偏磁電力變壓器疊片鐵心中的損耗及磁通分布,提出并研制了完全按照電力變壓器鐵心的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計和疊裝工藝制作的疊片鐵心模型。通過模型實驗獲得了疊片材料在不同偏置磁場作用時的損耗曲線,解決了直流偏磁條件下疊片鐵心三維電磁場數(shù)值計算中所需要的材料性能數(shù)據(jù)問題?？疾炝瞬煌么艌鲎饔孟伦儔浩麒F心取向硅鋼片中的損耗和磁通分布,研究不同偏置磁場強(qiáng)度對取向硅鋼片特性的影響,提出解決計算三維非線性和各向異性渦流問題的實用措施。研究表明,不同偏磁工況下模型鐵損和磁通的計算結(jié)果和測量結(jié)果具有較好一致性,所得結(jié)果和結(jié)論有助于通過優(yōu)化設(shè)計來提高電力變壓器的性能指標(biāo)。

為了能夠在設(shè)計階段正確地預(yù)測變壓器線圈中快速暫態(tài)過電壓的分布,需要對變壓器線圈進(jìn)行寬頻范圍的建模。將多傳輸線模型應(yīng)用于變壓器線圈寬頻率范圍的建模并計算等值電路的入端阻抗,可以比較全面地了解線圈中自然頻率分布及暫態(tài)響應(yīng)的頻率特性,并比較容易地通過測量模型變壓器的入端阻抗,驗證電路模型的頻率有效范圍。本文首先分析了基于柱坐標(biāo)的環(huán)形多傳輸線模型與基于直角坐標(biāo)的直線多傳輸線模型的等效性,推導(dǎo)了相模轉(zhuǎn)換的計算公式,從而獲得傳輸線π型等值電路參數(shù),然后采用節(jié)點(diǎn)法求得入端阻抗和電壓傳遞函數(shù)。模型線圈入端阻抗測試結(jié)果驗證了電路模型在約20mhz頻率以內(nèi)可以滿足工程計算的需要。

在pscad/emtdc中搭建了交流變電站及德寶直流詳細(xì)模型。分析了750kv自耦變壓器(交流主變)發(fā)生直流偏磁時交直流系統(tǒng)中各種諧波的變化情況,詳細(xì)分析了各諧波幅值大小與直流偏磁程度的關(guān)系,推導(dǎo)了直流傳輸功率波動與直流系統(tǒng)中各次諧波的關(guān)系。介紹了仿真結(jié)果。

針對變壓器發(fā)生直流偏磁時無功補(bǔ)償電容器電流諧波過大的現(xiàn)象,基于jiles-atherton模型,在mat-lab平臺下,建立了變壓器直流偏磁仿真模型,仿真結(jié)果與實測數(shù)據(jù)符合很好。計算了不同直流偏磁電流條件下的電容器諧波電流,結(jié)果表明各次諧波隨直流電流增加而近似呈線性增加,各電容器組之間發(fā)生4次諧波放大現(xiàn)象,容易造成電容器電流總有效值過大。通過增大串聯(lián)電抗值來增加串聯(lián)電抗率,可以避免4次諧波放大,增強(qiáng)無功補(bǔ)償電容器組的直流偏磁承受能力。

變壓器在運(yùn)行過程中經(jīng)常會出現(xiàn)直流偏磁情況，這就會造成無功補(bǔ)償電容器運(yùn)行異常，其中最為常見的就是電流諧波異常。電流諧波異常更會造成無功補(bǔ)償電容器運(yùn)行故障，嚴(yán)重影響著電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。我國直流變電技術(shù)的發(fā)展，對變壓器直流偏磁特性的探討就顯得尤為重要。此次研究主要探討直流偏磁對無功補(bǔ)償電容器的影響因素及其補(bǔ)償辦法。

逆變器輸出變壓器的直流偏磁會對逆變器、輸出變壓器以及交流負(fù)載產(chǎn)生不良的影響,嚴(yán)重威脅逆變器的可靠運(yùn)行。針對逆變器輸出變壓器直流偏磁問題,提出了一種簡單、實用的基于pr控制策略的數(shù)字信號處理器(dsp)實現(xiàn)方案,并在理論研究的基礎(chǔ)上,通過一臺50hz/3kw單相逆變器驗證了該方案的有效性。實驗結(jié)果表明,該方案不但可以實現(xiàn)對直流偏磁的良好抑制,還可以實現(xiàn)控制系統(tǒng)良好的動、靜態(tài)特性,具有很好的實用性。

城市軌道交通的發(fā)展容易引起變壓器直流偏磁問題,噪聲與振動特性監(jiān)測是判斷變壓器運(yùn)行狀態(tài)的重要手段.為此,研究了由城市軌道交通引起的變壓器直流偏磁問題的產(chǎn)生機(jī)理,對直流偏磁條件下變壓器的噪聲與振動信號進(jìn)行了現(xiàn)場監(jiān)測,分析了直流偏磁前后變壓器噪聲與振動特性,從中提取了直流偏磁特征量,并將該特征量與變壓器噪聲與振動信號的變化趨勢進(jìn)行對比.結(jié)果表明,變壓器直流偏磁問題的產(chǎn)生與城市軌道交通的運(yùn)行狀態(tài)有關(guān),變壓器出現(xiàn)直流偏磁時,其噪聲、振動以及中性點(diǎn)直流信號急劇增大且具有相同的變化趨勢,以噪聲與振動信號奇偶次諧波比為特征量能夠?qū)ψ儔浩髦绷髌艩顟B(tài)進(jìn)行有效評價.

本文針對數(shù)字化多環(huán)控制下組合式三相逆變器輸出變壓器的直流偏磁問題,詳細(xì)分析了直流偏磁對逆變器的影響。結(jié)合基于abc坐標(biāo)系下重復(fù)控制加電壓電流雙環(huán)控制的多環(huán)控制方案,提出了一種針對多環(huán)控制的直流偏磁抑制策略。在一臺額定功率為500kva的組合式三相逆變器上進(jìn)行了實驗驗證。實驗結(jié)果證實了該策略對直流偏磁問題抑制的有效性和實用性。

采用基于分段函數(shù)擬合磁化曲線的改進(jìn)方法,考慮不飽和勵磁的非線性,求解三維棱邊有限元磁場。采用時域場路耦合方法計算變壓器直流偏磁時的瞬態(tài)電流和動態(tài)電感,分析其變化規(guī)律和對應(yīng)關(guān)系。討論不同磁化曲線擬合方法計算直流偏磁的效果,研究不飽和勵磁非線性對耦合參數(shù)和伏安特性的影響。通過與實驗數(shù)據(jù)對比,分析所提方法的誤差,驗證分段擬合方法具有更高的準(zhǔn)確性。

高壓直流輸電以單極大地回線方式運(yùn)行時,會造成附近變壓器直流偏磁。本文針對這一現(xiàn)象,提出一種中性線電容隔直可控開斷橋的新電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),來抑制直流偏磁。與傳統(tǒng)電容隔直電路相比,利用橋路中直流電感來限制故障初期短路電流上升變化率,且無需控制系統(tǒng)響應(yīng),瞬時自動投入,從而避免暫態(tài)電流沖擊損壞電容器。確保了中性點(diǎn)有效接地,使控制系統(tǒng)有充足的響應(yīng)時間切換工作方式。并詳細(xì)給出電路的等效結(jié)構(gòu),電壓、電流解析結(jié)果及電容器等電路參數(shù)的選取依據(jù)。利用pscad/emtdc軟件對比分析了系統(tǒng)故障時加入隔直裝置抑制瞬態(tài)沖擊電流的效果。制作了小功率的隔直實驗裝置,實驗結(jié)果與仿真相吻合,證明了該方法的有效性和實用性。

flowelectrificationinhighpowertransformers：btaeffectonpressboarddegradedbyelectricaldischarges;fuzzylogic-basedrelayingforlargepowertransformerorotection;groundinginsulationfaultmonitoringofpowertransformersusingbergeron＇smethod;handlingthree-windingtransformersandloadsinshortcircuitanalysisbytheadmittancesummationmethod;harmonicsmitigationinhighcurrentmultipulsecontrolledtransformer-rectifiers……

電力變壓器 一、電力變壓器的結(jié)構(gòu)組成 電力變壓器的主要結(jié)構(gòu)是由鐵芯、繞組、油箱、附件等這幾部分組成。其中 鐵芯和繞組裝在一起構(gòu)成的整體叫器身。在當(dāng)今市場中，運(yùn)用高端技術(shù)造就的復(fù) 雜結(jié)構(gòu)的變壓器具有容量大、電壓高、重量受到嚴(yán)格限制等優(yōu)點(diǎn)，這是設(shè)計師在 數(shù)年成功制造電力變壓器積累了豐富經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，對那些不合理的落后的結(jié)構(gòu) 進(jìn)行了改進(jìn)同時采用新型技術(shù)的結(jié)晶，使得現(xiàn)在的變壓器在結(jié)構(gòu)上更加趨于合 理，經(jīng)濟(jì)，耐用。 1.電力變壓器各部分的結(jié)構(gòu)組成： （1）鐵芯 鐵芯是電力變壓器的磁路部分，也是器身的骨架，由鐵芯柱（柱上套裝繞組）、 鐵軛（連接鐵芯以形成閉合磁路）組成。為了減小渦流和磁滯損耗，提高磁路的 導(dǎo)磁性，鐵芯采用0.35mm～0.5mm厚的硅鋼片涂絕緣漆后交錯疊成。小型變壓器 鐵芯截面為矩形或方形，大型變壓器鐵芯截面為階梯形，這是為了充分利用空間。 為縮短絕緣距離，降低局部放