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换流变压器直流偏磁现象的数值模拟

作　者: 马健
导　师: 刘文里
学　校: 哈尔滨理工大学
专　业: 电气工程
关键词: 换流变压器直流偏磁非线性场-路耦合空载特性
分类号: TM721.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2014年
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内容摘要

换流变压器是超（特）高压直流输电工程中不可或缺的设备，在交流电网与直流线路之间起连接和协调作用。由于直流电网独有的工程设计与运行方式等因素，导致换流变压器遭受直流偏磁现象的影响。直流偏磁导致励磁电流畸变、低次谐波增加及铁心高度磁饱和，损耗也随之增大。由此带来的局部过热、振动及噪声尤显突出，并且容易造成电网裂解等恶性事故。因此，直流偏磁状态下，围绕产品的内部电磁特性展开研究相当必要。本文首先从单相变压器空载运行的物理状态出发，利用解析计算对直流偏磁的形成机理进行分析，探究了直流分量与铁心内直流磁通之间的函数关系。为了深入研究直流偏磁对换流变压器运行性能的影响，基于铁心的非线性磁化曲线与瞬态“场-路耦合”法，使用一台405.2MVA/530kV单相双绕组换流变压器的参数，在ANSYS仿真环境中建立了二维求解模型。借助短路阻抗模拟值与解析值的对比，进而验证模型的有效性。然后在网侧绕组接工频交流电压源，对阀侧绕组施加不同等级的直流激励来模拟偏磁现象。空载无偏磁与不同等级直流量入侵时，分析换流变压器励磁电流的波形变化曲线，得到了其正负半周峰值的变化趋势。利用MATLAB软件编程将励磁电流数据进行傅里叶变换，计算各次谐波含量。绘制出了各次谐波与基波的比值随入侵直流电流的变化曲线，并且计算出谐波总畸变率。通过加载不同比例的直流分量，分别获取了铁心磁通密度在正负峰值处的分布云图，考察其饱和位置。选取分析磁场分布的具体路径，通过计算各路径节点的磁密，比较各个部位磁密变化规律、峰值及承受偏磁电流的能力。采用解析法推导了空载损耗的组成部分与理论公式。针对内部磁密分布特征，将铁心柱与铁轭合并计算，与斜接缝区分开，计算磁密随时间的变化曲线及正负半周平均峰值。利用硅钢片中磁密与损耗的拟合关系，以及固定频率下空载损耗的折算，计算各分析域中单位质量铁损。最后，依据半波平均算法详解了直流入侵影响下空载损耗数据，为考虑产品偏磁时的设计和维护提供了有效手段。

换流变压器直流偏磁现象的数值模拟

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