电力变压器直流偏磁分析的磁路建模与应用

变压器直流偏磁现象 及监测系统构建 南京导纳能科技有限公司 修订日期：2017年2月22日 联系电话：韦（先生）13813986638 1引言 电力变压器中的“直流偏磁”是指由于某种原因导致的直流磁势或直流磁通， 以及由此引起的一系列电磁效应。高压直流单极大地运行方式、非线性负荷、太 阳磁暴等，均可能在交流变压器的中性点窜入直流电流，引发直流偏磁现象。 直流偏磁对变压器的影响主要表现在变压器磁回路偏磁饱和产生谐波电流 电压、引起噪声增大、振动加剧、严重时引起局部过热、紧固部件松动，破坏绝 缘，影响变压器的正常运行及寿命。同时，易导致系统无功消耗增加，系统电压 严重降低，系统继电器误动作故障。 2变压器直流偏磁现象示例 （1）天广直流输电调试中出现的问题 2000年12月，在天广直流输电线路调试过程中，广东大亚湾核电站主变压 器出现噪声增大的情况。通过了解得知，天广直流

在变压器工作过程中,受各种因素的影响,其可能会出现直流偏磁现象,直流偏磁现象的产生会直接对变压器性能以及变压器使用寿命造成影响,这对于整个供电系统正常工作的实现都是极为不利的,因此相关人员必须加强对其的重视,积极的采取措施对变压器直流偏磁进行抑制,最大程度的为变压器安全运行做出保证。

在分析变压器直流偏磁原理的基础上,应用pscad电磁暂态仿真软件分析了直流偏磁对变压器励磁电流的影响。现场实测了直流输电单极和双极两种运行状态下变压器中性点电流、直流偏磁引起的母线谐波、变压器振动和噪声。经过仿真与实测的综合分析得出,变压器中性点电流超过变压器额定电流的5%时就会引起励磁电流的严重畸变。直流偏磁对变压器低压侧的影响最大,已经出现明显位移,高压侧和中压侧虽然位移变化不大,但速度和加速度最大增幅达8～9倍,变压器遭受了很大的冲击力。最后建议采用中性点串接电容的方法来限制直流偏磁。

为分析变压器直流注入方式对交流励磁的影响,利用三维有限元方法计算单相变压器的直流偏磁问题。以实际电力变压器为例搭建仿真平台,根据其具体参数建立模型,对比分析在原边和副边分别注入直流时变压器的直流偏磁情况。仿真实验结果表明,两种注入方式下交流电流的波形基本相同。

以交直流输电系统混合运行引起的变压器直流偏磁为背景,阐述当直流输电系统以单极大地回线方式、双极电流不对称方式或双极电压/电流均不对称方式运行时产生的直流偏磁问题对中性点直接接地变压器的影响,根据现有的最新技术及实际情况分析与比较变压器中性点直流偏磁的抑制措施,力求找到最优方式,达到使变压器振动降低、噪音减小、寿命延长的目的。

直流偏磁对变压器的影响

本文简要论述了变压器发生直流偏磁的原因，危害以及抑制措施，对近年来变压器直流偏磁的研究进行了综述。

结合2座500kv变电站内变压器的振动测试数据进行大型电力变压器直流偏磁振动机制的分析及特征的提取。首先,从变压器振动的基本原理及偏磁原理出发,分析了直流偏磁情况下变压器振动的振动机制,得到了以1个信号工频周期的2个半周期波形及能量差异较大为主要特征并包括50hz基频分量增加和信号复杂度增加等特征在内的偏磁振动信号的3个特征。然后,提出相应的信号特征提取方法用于获取偏磁振动的特征。最后,对结合地磁水平分量以及中性点电流直流分量筛选得到的地磁感应电流与直流输电单极运行导致的变压器偏磁振动信号进行频谱与特征提取分析。分析结果验证了提出的直流偏磁特征以及相应的特征提取方法的有效性。

分析了在正弦波逆变电源中工频变压器产生直流偏磁原因的基础上,运用数字pi控制方法,调节触发脉冲的宽度来加以抑制。通过在逆变电源中的应用与调试,验证该方法的可行性。

在单相正弦波逆变电源中,因逆变电源直流侧的电压较低,而输出额定交流电压较高,需要用升压变压器进行升压,与负载电气隔离,并对降低逆变桥开关管的额定电流有利,但存在两桥端输出电压脉冲列在基波周期内正负伏秒值不相等。

为了研究高压直流输电系统中直流偏磁电力变压器叠片铁心中的损耗及磁通分布,提出并研制了完全按照电力变压器铁心的标准设计和叠装工艺制作的叠片铁心模型。通过模型实验获得了叠片材料在不同偏置磁场作用时的损耗曲线,解决了直流偏磁条件下叠片铁心三维电磁场数值计算中所需要的材料性能数据问题。考察了不同偏置磁场作用下变压器铁心取向硅钢片中的损耗和磁通分布,研究不同偏置磁场强度对取向硅钢片特性的影响,提出解决计算三维非线性和各向异性涡流问题的实用措施。研究表明,不同偏磁工况下模型铁损和磁通的计算结果和测量结果具有较好一致性,所得结果和结论有助于通过优化设计来提高电力变压器的性能指标。

为了能够在设计阶段正确地预测变压器线圈中快速暂态过电压的分布,需要对变压器线圈进行宽频范围的建模。将多传输线模型应用于变压器线圈宽频率范围的建模并计算等值电路的入端阻抗,可以比较全面地了解线圈中自然频率分布及暂态响应的频率特性,并比较容易地通过测量模型变压器的入端阻抗,验证电路模型的频率有效范围。本文首先分析了基于柱坐标的环形多传输线模型与基于直角坐标的直线多传输线模型的等效性,推导了相模转换的计算公式,从而获得传输线π型等值电路参数,然后采用节点法求得入端阻抗和电压传递函数。模型线圈入端阻抗测试结果验证了电路模型在约20mhz频率以内可以满足工程计算的需要。

在pscad/emtdc中搭建了交流变电站及德宝直流详细模型。分析了750kv自耦变压器(交流主变)发生直流偏磁时交直流系统中各种谐波的变化情况,详细分析了各谐波幅值大小与直流偏磁程度的关系,推导了直流传输功率波动与直流系统中各次谐波的关系。介绍了仿真结果。

针对变压器发生直流偏磁时无功补偿电容器电流谐波过大的现象,基于jiles-atherton模型,在mat-lab平台下,建立了变压器直流偏磁仿真模型,仿真结果与实测数据符合很好。计算了不同直流偏磁电流条件下的电容器谐波电流,结果表明各次谐波随直流电流增加而近似呈线性增加,各电容器组之间发生4次谐波放大现象,容易造成电容器电流总有效值过大。通过增大串联电抗值来增加串联电抗率,可以避免4次谐波放大,增强无功补偿电容器组的直流偏磁承受能力。

变压器在运行过程中经常会出现直流偏磁情况，这就会造成无功补偿电容器运行异常，其中最为常见的就是电流谐波异常。电流谐波异常更会造成无功补偿电容器运行故障，严重影响着电力系统的稳定运行。我国直流变电技术的发展，对变压器直流偏磁特性的探讨就显得尤为重要。此次研究主要探讨直流偏磁对无功补偿电容器的影响因素及其补偿办法。

逆变器输出变压器的直流偏磁会对逆变器、输出变压器以及交流负载产生不良的影响,严重威胁逆变器的可靠运行。针对逆变器输出变压器直流偏磁问题,提出了一种简单、实用的基于pr控制策略的数字信号处理器(dsp)实现方案,并在理论研究的基础上,通过一台50hz/3kw单相逆变器验证了该方案的有效性。实验结果表明,该方案不但可以实现对直流偏磁的良好抑制,还可以实现控制系统良好的动、静态特性,具有很好的实用性。

城市轨道交通的发展容易引起变压器直流偏磁问题,噪声与振动特性监测是判断变压器运行状态的重要手段.为此,研究了由城市轨道交通引起的变压器直流偏磁问题的产生机理,对直流偏磁条件下变压器的噪声与振动信号进行了现场监测,分析了直流偏磁前后变压器噪声与振动特性,从中提取了直流偏磁特征量,并将该特征量与变压器噪声与振动信号的变化趋势进行对比.结果表明,变压器直流偏磁问题的产生与城市轨道交通的运行状态有关,变压器出现直流偏磁时,其噪声、振动以及中性点直流信号急剧增大且具有相同的变化趋势,以噪声与振动信号奇偶次谐波比为特征量能够对变压器直流偏磁状态进行有效评价.

本文针对数字化多环控制下组合式三相逆变器输出变压器的直流偏磁问题,详细分析了直流偏磁对逆变器的影响。结合基于abc坐标系下重复控制加电压电流双环控制的多环控制方案,提出了一种针对多环控制的直流偏磁抑制策略。在一台额定功率为500kva的组合式三相逆变器上进行了实验验证。实验结果证实了该策略对直流偏磁问题抑制的有效性和实用性。

采用基于分段函数拟合磁化曲线的改进方法,考虑不饱和励磁的非线性,求解三维棱边有限元磁场。采用时域场路耦合方法计算变压器直流偏磁时的瞬态电流和动态电感,分析其变化规律和对应关系。讨论不同磁化曲线拟合方法计算直流偏磁的效果,研究不饱和励磁非线性对耦合参数和伏安特性的影响。通过与实验数据对比,分析所提方法的误差,验证分段拟合方法具有更高的准确性。

高压直流输电以单极大地回线方式运行时,会造成附近变压器直流偏磁。本文针对这一现象,提出一种中性线电容隔直可控开断桥的新电路拓扑结构,来抑制直流偏磁。与传统电容隔直电路相比,利用桥路中直流电感来限制故障初期短路电流上升变化率,且无需控制系统响应,瞬时自动投入,从而避免暂态电流冲击损坏电容器。确保了中性点有效接地,使控制系统有充足的响应时间切换工作方式。并详细给出电路的等效结构,电压、电流解析结果及电容器等电路参数的选取依据。利用pscad/emtdc软件对比分析了系统故障时加入隔直装置抑制瞬态冲击电流的效果。制作了小功率的隔直实验装置,实验结果与仿真相吻合,证明了该方法的有效性和实用性。

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

电力变压器 一、电力变压器的结构组成 电力变压器的主要结构是由铁芯、绕组、油箱、附件等这几部分组成。其中 铁芯和绕组装在一起构成的整体叫器身。在当今市场中，运用高端技术造就的复 杂结构的变压器具有容量大、电压高、重量受到严格限制等优点，这是设计师在 数年成功制造电力变压器积累了丰富经验的基础上，对那些不合理的落后的结构 进行了改进同时采用新型技术的结晶，使得现在的变压器在结构上更加趋于合 理，经济，耐用。 1.电力变压器各部分的结构组成： （1）铁芯 铁芯是电力变压器的磁路部分，也是器身的骨架，由铁芯柱（柱上套装绕组）、 铁轭（连接铁芯以形成闭合磁路）组成。为了减小涡流和磁滞损耗，提高磁路的 导磁性，铁芯采用0.35mm～0.5mm厚的硅钢片涂绝缘漆后交错叠成。小型变压器 铁芯截面为矩形或方形，大型变压器铁芯截面为阶梯形，这是为了充分利用空间。 为缩短绝缘距离，降低局部放