学位论文 > 优秀研究生学位论文题录展示

电力变压器直流偏磁问题的工程模拟

作　者: 赵志刚
导　师: 刘福贵；景崇友
学　校: 河北工业大学
专　业: 电气工程
关键词: 电力变压器直流偏磁激磁电流直流磁通磁滞回线神经网络磁滞模型有限元模型铁心损耗磁通分布
分类号: TM41
类　型: 博士论文
年　份: 2010年
下　载: 111次
引　用: 0次
阅　读: 论文下载

内容摘要

电力变压器直流偏磁现象是变压器的一种非正常工作状况,是指在交流变压器激磁电流中出现了直流分量,导致变压器铁心中产生直流磁通。它使激磁电流峰值显著增大、波形严重不对称和畸变,产生大量谐波,导致铁心振动加剧,而且可能引起系统保护继电器的误动作,危害变压器和电力系统的安全运行;引起变压器铁心磁饱和,漏磁增加,损耗、温升增大,并可能引发金属结构件局部过热。本文结合河北省自然科学基金重大资助项目《特高压电磁场的综合效应研究》(No.E2006001036)的要求,对电力变压器直流偏磁问题进行了实验研究和仿真分析。对实验研究所得数据进行了处理和分析,获得了电力变压器直流偏磁条件下“叠积型”铁心材料的电磁性能参数。利用神经网络直流偏磁磁滞模型对该材料的磁滞回线进行了模拟并对激磁电流进行计算。建立了便于工程应用的三维有限元仿真模型,对直流偏磁条件下变压器铁心的磁通分布和损耗分布进行了研究。主要内容如下:1.提出可行的变压器直流偏磁实验方案,建立能真实地模拟在线运行的电力变压器发生直流偏磁状况时的实验系统,并对相关模型进行实验研究。2.根据变压器直流偏磁的基本特征,从工程应用的角度系统研究电力变压器遭受直流偏磁时铁心的电磁特性问题。基于完全按照电力变压器铁心的标准设计和叠装工艺制作的产品级模型,对“叠积型”铁磁材料在直流偏磁条件下的平均B-H曲线、Φ-I曲线,损耗曲线等进行了详细考察,并与“标准条件”下获得的材料属性进行了对比分析,以解决直流偏磁仿真研究中依赖的那些材料特性问题。3.根据实验获得的“叠积型”铁磁材料在直流偏磁工作条件下的材料性能数据,提出并建立神经网络直流偏磁磁滞模型,预测材料在不同的交流工作点以及不同的偏置磁场作用时材料的磁滞回线,为计算绕组的激磁电流和考虑磁滞特性的电磁场数值计算奠定基础。4.提出一种求解变压器在直流偏磁条件下绕组激磁电流以及铁心直流偏置磁通的工程方法,进而确定了不同偏磁工况下激磁电流和铁心中工作磁通的波形。对激磁电流计算结果进行分析并与实验获得的数据进行对比,验证该计算方法的有效性。5.针对目前广泛采用的两种引入直流量的实验方案(即直流量在同一个激磁绕组中串联加载和直流量分别在两个激磁绕组中并联加载),用实验结合仿真的办法对其进行了研究,考察了两者在直流偏磁实验中的区别和联系,从而确定了更接近直流偏磁真实情况且切实可行的实验方案,并为三维有限元仿真模型的建立提供参考。6.确定电力变压器发生直流偏磁时的模型参数,利用三维电磁场分析软件MagNet对变压器处于各种不同的偏磁工作状况下叠片铁心中的磁通分布和损耗分布进行仿真分析,并与实验测量结果进行对比,验证本文仿真模型和计算方法的准确性。

全文目录

摘要  4-5
ABSTRACT  5-9
第一章绪论  9-18
  1-1 特高压输变电与电力变压器直流偏磁问题  9-12
    1-1-1 特高压输变电的发展现状及意义  9-10
    1-1-2 特高压直流输电中的直流偏磁现象  10-12
    1-1-3 直流偏磁对电力变压器及电网的影响  12
  1-2 国内外研究现状及需要进一步研究的问题  12-16
    1-2-1 直流偏磁问题研究现状  12-13
    1-2-2 直流偏磁研究中的电磁场数值分析  13-14
    1-2-3 直流偏磁研究中的材料性能模拟  14-16
    1-2-4 直流偏磁研究中存在的问题  16
  1-3 本文主要研究内容和技术路线  16-18
第二章直流偏磁条件下电力变压器叠片铁心的磁性能模拟  18-53
  2-1 电力变压器直流偏磁现象的机理及特征  18-19
  2-2 电力变压器叠片铁心模型  19-30
    2-2-1 电力变压器叠片铁心模型的结构及参数  19-22
    2-2-2 电力变压器直流偏磁实验的内容及方法  22-24
    2-2-3 电力变压器直流偏磁条件下的激磁电流  24-30
  2-3 直流偏磁条件下变压器叠片铁心材料的电磁特性  30-44
    2-3-1 直流偏磁条件下叠片铁心磁化曲线  30-36
    2-3-2 直流偏磁条件下叠片铁心磁滞回线  36-40
    2-3-3 直流偏磁条件下叠片铁心磁通和损耗分布  40-44
  2-4 变压器直流偏磁激励方式的实验研究  44-52
    2-4-1 直流偏磁条件下变压器直流激励的引入  44-45
    2-4-2 环形铁心模型及其参数  45-46
    2-4-3 直流激磁加载方式研究  46-47
    2-4-4 磁通和损耗测量结果及分析  47-49
    2-4-5 不同激励方式下的激磁电流  49-52
  2-5 本章小结  52-53
第三章铁心材料直流偏磁磁滞特性的神经网络模拟  53-76
  3-1 铁磁性材料磁滞回线数学模型  54-56
    3-1-1 Jiles-Atherton磁滞模型  54
    3-1-2 Preisach类磁滞模型  54
    3-1-3 神经网络磁滞模型  54-56
  3-2 直流偏磁条件下的神经网络磁滞模型  56-70
    3-2-1 神经网络磁滞模型的结构  56-58
    3-2-2 神经网络磁滞模型的参数及训练  58-66
    3-2-3 神经网络磁滞模型的预测及评估  66-70
  3-3 基于神经网络磁滞模型的激磁电流仿真计算  70-74
  3-4 本章小结  74-76
第四章三维非线性瞬态涡流场的有限元分析方法  76-92
  4-1 三维涡流场有限元模型  76-87
    4-1-1 低频电磁场问题的基础方程  76-77
    4-1-2 低频涡流场分析的控制方程  77-78
    4-1-3 T-Ψ-Ψ涡流分析方法的实现  78-86
    4-1-4 涡流场控制方程的时间离散  86-87
  4-2 各向同性和各向异性材料的非线性处理  87-91
    4-2-1 材料的磁导率张量  87-88
    4-2-2 材料的牛顿-拉夫逊非线性处理  88-91
  4-3 本章小结  91-92
第五章直流偏磁条件下铁磁材料中损耗及磁通分布的仿真研究  92-129
  5-1 电磁场分析计算软件的考察和验证  92-99
    5-1-1 MagNet软件的基本算法  93-94
    5-1-2 MagNet软件的考察验证  94-99
  5-2 直流偏磁实验结果的工程仿真应用  99-110
    5-2-1 直流偏磁条件下叠片铁心损耗曲线的分析  99-102
    5-2-2 直流偏磁条件下叠片铁心损耗曲线的扩展  102-108
    5-2-3 叠片铁心模型平均磁通最大值的测量结果  108-110
  5-3 直流偏磁条件下叠片铁心模型的仿真分析  110-127
    5-3-1 叠片铁心模型的二维仿真分析  110-112
    5-3-2 叠片铁心模型的三维仿真分析  112-123
    5-3-3 直流偏磁杂散损耗的初步研究  123-127
  5-4 本章小结  127-129
第六章结论  129-131
  6-1 论文工作总结  129-130
  6-2 本文主要创新之处  130
  6-3 需要进一步研究的工作  130-131
参考文献  131-138
附录  138-143
致谢  143-144
攻读博士学位期间所取得的相关科研成果  144-145

电力变压器直流偏磁问题的工程模拟

内容摘要

全文目录

相似论文