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直流偏磁对变压器的影响研究

作　者: 高一飞
导　师: 刘志珍
学　校: 山东大学
专　业: 电气工程
关键词: 变压器直流偏磁振动噪声谐波
分类号: TM401
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

地磁感应电流(GIC)及超高压直流输电(HVDC)系统在单极大地返回运行方式或双极不对称运行方式下,中性点接地变压器可能会有直流电流流过,对变压器的安全运行有一定的影响。随着我国超高压直流输电工程规模的日益扩大,其影响也日渐突出。本文对变压器流过直流电流的原因及其影响进行了分析,并提出了抑制变压器中性点直流电流的措施。首先,本文基于J-A磁滞回线理论的原模型,利用MATLAB和ANSYS软件对直流偏磁下的单相变压器进行了仿真与计算。仿真结果表明,直流偏磁下,励磁电流和磁化特性曲线发生了上移现象；在150V的直流电压的作用下,励磁电流的正峰值为无直流电压时的励磁电流正峰值的1.25倍。计算结果表明,直流偏磁下,变压器铁芯磁密及漏磁明显增加,这会使变压器产生过热现象。其次,本文对直流偏磁下三相三柱变压器建立新的磁路-电路耦合数学模型,其中,基于PSPICE模型建立饱和三相三柱变压器的磁路,列出磁路方程；同时,在电路中加入直流电源,列出电路方程。然后,对两个矩阵方程用数字迭代法在MATLAB环境下编程计算。计算结果表明：①三相三柱变压器(包括平面式和对称空间式)各柱之间存在磁耦合,空载电流相对于同等级的单相变压器的空载电流要小。②三相三柱变压器左右两柱的空载电流比中间柱要大,中间柱与左右两柱的耦合最大,并且在直流电流的作用下,三相励磁电流有了明显的上移,上下半周不再对称,而且直流电流越大,上移越明显,不对称程度也就越严重。③励磁电流的波形没有发生严重的畸变,只是直流电流叠加到了每一相励磁电流中,这说明直流偏磁对系统运行不会造成显著的影响,但直流电流的存在会增加变压器的铜耗。④直流入侵三相三柱变压器不会造成三相磁通的畸变,只是在直流电流的作用下,三相磁通有了明显的上移。最后,本文根据理论分析,指出了限制流过变压器绕组的直流电流的措施。①反向电流法；②串联电容法；③串联电阻法。

全文目录

目录  4-6
摘要  6-7
ABSTRACT  7-9
第一章引言  9-16
  1.1 课题研究背景  9-10
  1.2 国内外研究状况  10-14
    1.2.1 直流偏磁问题研究概况  10-13
    1.2.2 变压器电磁场数值分析  13-14
  1.3 本文的主要研究工作  14-16
第二章直流偏磁产生的机理、原因及危害  16-25
  2.1 变压器直流偏磁的机理  16-17
  2.2 直流偏磁产生的原因  17
  2.3 直流偏磁对变压器的危害  17-21
    2.3.1 产生大量谐波  18
    2.3.2 噪声增大  18
    2.3.3 变压器损耗增加  18-19
    2.3.4 对无功的影响  19-20
    2.3.5 对铁心拉板(支撑板)的温升影响  20-21
  2.4 直流偏磁对不同结构变压器的影响  21-23
    2.4.1 三相芯式变压器  22
    2.4.2 三相五柱式的壳式变压器  22-23
    2.4.3 三相分体变压器组  23
  2.5 变压器允许的直流电流  23-25
第三章直流偏磁下单相变压器的仿真分析  25-44
  3.1 J-A模型基本理论  25-35
    3.1.1 原J—A模型(Original J-A model)  25-26
    3.1.2 逆J-A模型(inverse J-A model)  26-30
    3.1.3 J-A模型存在的不足及改进措施  30-35
  3.2 直流偏磁下单相变压器的模型  35-36
  3.3 仿真结果  36-41
  3.4 二维磁场的计算  41-43
  3.5 结论  43-44
第四章直流偏磁下三相三柱变压器的电路-磁路耦合模型  44-51
  4.1 电路模型  44-45
  4.2 磁路模型  45-46
    4.2.1 三相三柱变压器的磁路模型  45-46
    4.2.2 φ-f曲线  46
  4.3 计算方法  46-48
  4.4 计算结果及仿真  48-50
  4.5 结论  50-51
第五章变压器直流偏磁的抑制措施  51-56
  5.1 反向电流法  52-53
  5.2 串联电容法  53-54
  5.3 串联电阻法  54-56
第六章结论与展望  56-58
  6.1 结论  56-57
  6.2 后续工作展望  57-58
参考文献  58-63
致谢  63-64
学位论文评阅及答辩情况表  64

直流偏磁对变压器的影响研究

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