磁不平衡变压器瞬态涡流场场路耦合研究及磁场分析

【摘要】大容量发电机和联络变压器大都用在大型电站、核电站或重要线路的输送上，所以运行可靠性至关重要。随着变压器容量增大，运输条件及现场安装要求等条件限制原因，出现了铁心解体、压轭等特殊结构大型变压器，与一般变压器比较，该类变压器铁心内部磁场不平衡。准确计算这类变压器铁心磁场、空载损耗和结构件的杂散损耗从而避免局部过热，对于提高变压器运行的可靠性和保证电力系统的安全运行具有十分重要的意义。而随着容量和电压等级的提高，变压器的磁场和杂散损耗分布的不合理性而造成的局部损耗集中，是局部过热和运行故障的直接原因。因此，为保证大容量磁不平衡变压器的安全运行，提高运行可靠性，必须进行此类变压器产品性能、参数的深入研究，以提高大型磁不平衡电力变压器磁场、损耗的计算精度，来准确确定发热源，以避免铁心及结构件等局部过热的发生。为了准确计算变压器叠片铁心硅钢片中磁场、空载损耗及激磁电流的大小和分布，本文提出了考虑铁磁材料非线性各向异性电磁特性的瞬态场路耦合的计算方法。是在传统瞬态场路耦合计算方法的基础上做了改进，推导了在瞬态场路耦合下分别考虑铁磁材料的非线性各向同性和非线性各向异性电磁特性的二维、三维有限元离散化公式，其中有限元离散化得出的非线性代数方程组采用牛顿-拉夫逊法求解，牛顿-拉夫逊法是求解非线性代数方程组的常用方法，应用该方法能够大大提高大型电力变压器磁场及损耗的计算精度。编制了考虑硅钢片叠片铁心非线性各向异性电磁特性的二维、三维瞬态场路耦合的计算程序，为了验证所提出的计算方法和所编制的计算机程序的正确性，本文分别采用了TEAM问题10和TEAM问题21（P21-B模型、P21C-M1和P21C-M1的补充模型）进行了非线性各向同性和非线性各向异性自编程序的校验，并将该方法应用于大容量三相五柱铁心解体结构变压器和铁轭压缩结构变压器铁心瞬态磁场的仿真计算，分析了三相五柱铁心解体结构与三相五柱铁心非解体结构变压器铁心瞬态磁场、空载损耗密度分布和激磁电流在随时间变化的区别和大小，对铁轭压缩结构变压器分别选取了四种不同铁轭最大片宽模型进行了铁轭中磁通密度及空载损耗的计算分析。并将以上两种铁心特殊结构变压器空载损耗、激磁电流等计算结果与试验结果进行对比分析，验证了所编程序的有效性和正确性。在线圈结构复杂的大型自耦电力变压器三维漏磁场和结构件杂散损耗的计算中，由于线圈分别采用了两柱并联且旁柱激磁、调压结构和单相三柱并联结构，对于这种线圈特殊结构变压器，采用传统方法（电路方法）计算线圈电流分配时，因其无法考虑磁路的不平衡，因此计算误差较大。本文针对这一问题，采取了三维场路耦合方法来计算线圈的电流分配，通过准确的电流计算值来提高变压器结构件损耗和线圈短路阻抗等计算精度。并分别对大容量单相双柱并联且旁柱激磁调压结构的变压器和单相三柱并联结构变压器进行线圈电流、阻抗和结构件涡流损耗的仿真计算。其中对单相三柱并联结构变压器分析了油箱不同屏蔽方案时对线圈电流分配及阻抗的影响。采用小线圈法对线圈漏磁及结构件表面漏磁进行了测量及误差分析，最后将漏磁、损耗的计算结果与试验结果进行了对比分析，验证了本文研究成果的正确性和有效性。为以后更大容量特高压变压器提供设计依据。
【作者】康雅华；
【导师】白保东；
【作者基本信息】沈阳工业大学，电机与电器，2014，博士
【关键词】瞬态场路耦合；非线性各向异性；磁不平衡变压器；磁场；损耗；阻抗；

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