高壓直流輸電過(guò)程中變壓器直流偏磁現(xiàn)象的研究

1、華北電力大學(xué)（保定）碩士學(xué)位論文高壓直流輸電過(guò)程中變壓器直流偏磁現(xiàn)象的研究姓名：侯永亮申請(qǐng)學(xué)位級(jí)別：碩士專(zhuān)業(yè)：電工理論與新技術(shù)指導(dǎo)教師：李琳20061226華北電力大學(xué)碩士學(xué)位論文摘要摘要在高壓直流輸電過(guò)程中，由于單極大地方式運(yùn)行產(chǎn)生的直流電流或者磁暴產(chǎn)生的地磁感應(yīng)電流直流對(duì)于變壓器本身以及電網(wǎng)都有很大的影響，本文通過(guò)對(duì)比國(guó)內(nèi)外的種計(jì)算方法，提出了計(jì)算變壓器直流偏磁的一種計(jì)算方法，等效電路磁路耦合時(shí)域法，通過(guò)這種方法編程計(jì)算分析了兩種變壓器模型的一次側(cè)勵(lì)磁電流波形，并與實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比，最后分析了實(shí)驗(yàn)結(jié)果和計(jì)算結(jié)果之間產(chǎn)生差別的原因，并提出了采用磁滯回線(xiàn)計(jì)算的方法，利用做出的磁滯回線(xiàn)進(jìn)行計(jì)算

2、，很好的減小了計(jì)算結(jié)果和實(shí)驗(yàn)結(jié)果之間的差別。關(guān)鍵詞：高壓直流，變壓器，地磁感應(yīng)電流，勵(lì)磁電流，（）：，聲明本人鄭重聲明：此處所提交的碩士學(xué)位論文高壓直流輸電過(guò)程中變壓器直流偏磁現(xiàn)象的研究。是本人在華北電力大學(xué)攻讀碩士學(xué)位期間，在導(dǎo)師指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作和取得的研究成果。據(jù)本人所知，除了文中特別加以標(biāo)注和致謝之處外，論文中不包含其他人已經(jīng)發(fā)表或撰寫(xiě)過(guò)的研究成果，也不包含為獲得華北電力大學(xué)或其他教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位或證書(shū)而使用過(guò)的材料。與我一同工作的同志對(duì)本研究所做的任何貢獻(xiàn)均已在論文中作了明確的說(shuō)明并表示了謝意。學(xué)位論文作者簽名：饈丞萎期：絲：絲：叢關(guān)于學(xué)位論文使用授權(quán)的說(shuō)明本人完全了解華北電力大學(xué)有

3、關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定，即：學(xué)校有權(quán)保管、并向有關(guān)部門(mén)送交學(xué)位論文的原件與復(fù)印件；學(xué)?？梢圆捎糜坝?、縮印或其它復(fù)制手段復(fù)制并保存學(xué)位論文；學(xué)?？稍试S學(xué)位論文被查閱或借閱；學(xué)?？梢詫W(xué)術(shù)交流為目的，復(fù)制贈(zèng)送和交換學(xué)位論文；同意學(xué)?？梢杂貌煌绞皆诓煌襟w上發(fā)表、傳播學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容。（涉密的學(xué)位論文在解密后遵守此規(guī)定）作者簽名：堡墊蕘日導(dǎo)師簽名：縫，冬導(dǎo)師簽名：蘭絲，冬日期：！二！期：塑！五?。?！華北電力大學(xué)碩士學(xué)位論文第一章緒論直流偏磁的來(lái)源和認(rèn)識(shí)直流偏磁的來(lái)源直流偏磁是指變壓器的一種非正常工作狀態(tài)，是指在變壓器勵(lì)磁電流中出現(xiàn)了直流分量【】。直流偏磁的產(chǎn)生有很多原因，太陽(yáng)磁暴也是其中

4、的一種，直流偏磁將導(dǎo)致變壓器的溫度升高，噪聲增加和振動(dòng)加劇等目題，在變壓器運(yùn)行中必須引起注意。在高壓直流輸電過(guò)程中，直流偏磁電流的產(chǎn)生原因有兩種，一種是由于太陽(yáng)磁暴產(chǎn)生的地磁感應(yīng)電流，這種地磁感應(yīng)電流的頻率很低，一般情況下，這種地磁感應(yīng)電流的頻率為一，相對(duì)于工頻電流來(lái)說(shuō)，可以作為準(zhǔn)直流電流來(lái)處理；另一種是交直流電網(wǎng)共同運(yùn)行的時(shí)候，尤其是當(dāng)高壓電網(wǎng)采用單極大地回路方式運(yùn)行的時(shí)候，由于各個(gè)接地點(diǎn)之間存在一定的電位差，這個(gè)電位差會(huì)使褥從變壓器一次側(cè)的中性線(xiàn)向變壓器注入一定的直流電流。這些直流電流對(duì)于電力變壓器的運(yùn)行會(huì)產(chǎn)生很大的影響。在高壓直流輸電中，線(xiàn)路一般都采用單極大地回路的方式運(yùn)行，例如天廣輸電

5、網(wǎng)就是采用這種運(yùn)行方式，直流單極大地回路運(yùn)行方式受到直流偏磁影響時(shí)，會(huì)使得電網(wǎng)內(nèi)部部分變壓器振動(dòng)加劇，噪聲增加，三廣直流輸電線(xiàn)路投運(yùn)以后類(lèi)似事件一直出現(xiàn)。在電網(wǎng)中，很多變壓器都受到了直流偏磁電流的影響，受到影響的變壓器有的是在換流器直流接地極附近，有的卻是遠(yuǎn)離直流接地極【】。事件初期，曾經(jīng)懷疑主要是換流站的諧波電流所致，之后逐漸將注意點(diǎn)集中到中性點(diǎn)接地變壓器的直流偏磁上，為了驗(yàn)證這些變壓器正是受到了直流偏磁的影響，在實(shí)際工程中采用了這樣的方法：在檢測(cè)電網(wǎng)及電廠(chǎng)變壓器振動(dòng)噪聲與詣波的同時(shí)，也檢測(cè)中性線(xiàn)直流電流的大小，希望從中找到線(xiàn)索。然而，在進(jìn)行檢測(cè)中性線(xiàn)中的直流電流之前，應(yīng)當(dāng)明確下面的幾個(gè)問(wèn)題

6、：大地電流如何流入變壓器的中性線(xiàn)？其大小又與哪些因素有關(guān)？直流偏磁是否影響變壓器的安全運(yùn)行？如何有效消減變壓器中性線(xiàn)中的直流電流？對(duì)于上面的這個(gè)問(wèn)題，人們下在努力地尋找答案。由于單極大地回路運(yùn)行方式被很多國(guó)家認(rèn)為是直流輸電的主要運(yùn)行方式之一，而建設(shè)與規(guī)劃中的南方電網(wǎng)將有更多的直流線(xiàn)路投入運(yùn)行，這部分直流輸電線(xiàn)路采用的幣是單極大地回路運(yùn)行方式，所以研究大地直流對(duì)于交流系統(tǒng)的干擾，并且在此基礎(chǔ)上提出消減大地直流對(duì)于交流設(shè)備安全影響的工程方案已經(jīng)刻不容緩】。華北電力大學(xué)碩士學(xué)位論文此外，在實(shí)際工程方面，江蘇省的變壓器在運(yùn)行中也多次出現(xiàn)直流偏磁影響的情況，如直流輸電開(kāi)始單極對(duì)地調(diào)試和試運(yùn)行以來(lái)，武南兩

7、組主變壓器都出現(xiàn)噪聲大幅度上升（達(dá)）的問(wèn)題，經(jīng)過(guò)測(cè)試，該變電所以及周邊和變電所變壓器中性點(diǎn)都出現(xiàn)了直流電流。以武南變壓器受到的影響為最大，其直流電流數(shù)值達(dá)到了。這是由于直流輸電線(xiàn)路采用單極對(duì)地運(yùn)行方式時(shí)，直流電流通過(guò)大地分流進(jìn)入交流電網(wǎng)所致。根據(jù)天廣輸電線(xiàn)路、武南變電所和上河變電所的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)以及部分理論計(jì)算和模擬試驗(yàn)的結(jié)果，對(duì)于變壓器受到直流偏磁影響的時(shí)候，其勵(lì)磁電流增大、過(guò)熱、噪聲和振動(dòng)加劇等進(jìn)行分析研究，在此基礎(chǔ)上給出限制直流偏磁電流的措施，對(duì)于確保變壓器的安全運(yùn)行有積極的意義。直流偏磁對(duì)于變壓器的危害直流偏磁是造成變壓器振動(dòng)加劇的主要原因。雖然人們對(duì)直流單極大地回路運(yùn)行方式的負(fù)面影響

8、有所認(rèn)識(shí)，然而在南方電網(wǎng)發(fā)生的變壓器振動(dòng)加劇事件表明這種“影響”比預(yù)期大。從現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)可以知道，變壓器的振動(dòng)噪聲與諧波隨著中性點(diǎn)直流電流的增加而增大，而中性點(diǎn)直流電流的大小大致與下面幾個(gè)因素有關(guān)系：?jiǎn)螛O大地運(yùn)行方式的直流線(xiàn)路送電功率；直流線(xiàn)路的極性。這一現(xiàn)象可以用大家熟悉的變壓器鐵心飽和磁化特性來(lái)解釋?zhuān)毫鹘?jīng)繞組的直流電流成為變壓器勵(lì)磁電流的一部分，該直流電流使變壓器鐵心偏磁，改變了變壓器的工作點(diǎn)，使得原來(lái)鐵心工作區(qū)的一部分移至飽和區(qū)，結(jié)果磁通對(duì)應(yīng)的總的勵(lì)磁電流變成尖頂波，最終導(dǎo)致變壓器振動(dòng)增大【】。直流偏磁對(duì)于電網(wǎng)的危害當(dāng)電網(wǎng)中存在直流偏磁電流的時(shí)候，電力系統(tǒng)的正常運(yùn)行會(huì)受到很大影響和危害

9、。在國(guó)外，直流偏磁引起電網(wǎng)產(chǎn)生重大事故的事件有很多。年月，加拿大魁北克地區(qū)的電力系統(tǒng)大停電是在歷史上遭受地磁感應(yīng)電流（直流偏磁電流產(chǎn)生的原因之一）影響最嚴(yán)重的電力系統(tǒng)停電事故，這次事故使得魁北克地區(qū)的電力系統(tǒng)電力中斷長(zhǎng)達(dá)個(gè)小時(shí)，將近萬(wàn)人在這段時(shí)間內(nèi)無(wú)電可用，造成了巨大的社會(huì)影響和經(jīng)濟(jì)損失。年月只，由于太陽(yáng)磁暴的影響英格蘭地區(qū)兩臺(tái)變壓器因溫升過(guò)高而損壞；美國(guó)亞歷吉尼電力公司輸電線(xiàn)路因磁暴的影響，近半數(shù)電容器組過(guò)載，繼電保護(hù)誤動(dòng)作，電容器組退出運(yùn)行，電壓劇烈波動(dòng)；弗吉尼亞一個(gè)變電站中的，自耦變壓器出于電壓振動(dòng)而退出運(yùn)行，掘估計(jì)華北電力大學(xué)碩士學(xué)位論文約有的地磁感應(yīng)電流流過(guò)變壓器，使鐵心極度飽和，變

10、壓器的某些區(qū)域產(chǎn)生高溫達(dá)。新澤西州電力公司的一臺(tái)變壓器因局部過(guò)熱而損壞，更換變壓器耗資數(shù)百萬(wàn)美元，而停電一天損失萬(wàn)美元?？偠灾?，地磁感應(yīng)電流會(huì)對(duì)于電力系統(tǒng)運(yùn)行產(chǎn)生下面的危害：電力系統(tǒng)電壓下降；電容器組過(guò)載；繼電保護(hù)誤動(dòng)作；電力系統(tǒng)以及變壓器遭受一定程度的破壞。在國(guó)際上，很多國(guó)家都在研究直流偏磁對(duì)于電網(wǎng)的影響以及在實(shí)際中應(yīng)當(dāng)采用怎樣的方法來(lái)抑制直流偏磁的影響。在國(guó)外如美國(guó)、加拿大、瑞士等國(guó)家都在研究如何抑制地磁感應(yīng)電流，保護(hù)電容器組以及變壓器的方法。其中一些方法已經(jīng)開(kāi)始投入到實(shí)際應(yīng)用中，這些方法對(duì)于采用單極大地回路運(yùn)行方式的高壓輸電線(xiàn)路也非常具有實(shí)際意義。在我國(guó)，直流偏磁電流的兩種來(lái)源中，本文

11、首先討論由于太陽(yáng)磁暴引起的地磁場(chǎng)變化產(chǎn)生的地磁感應(yīng)電流對(duì)于我國(guó)已經(jīng)建設(shè)的以及即將建設(shè)的高壓電網(wǎng)的影響。由于地磁感應(yīng)電流是地磁場(chǎng)產(chǎn)生的，根據(jù)大量地磁感應(yīng)電流引起的系統(tǒng)事故報(bào)告分析以后可以知道：在高緯度地區(qū)、東西走向的長(zhǎng)距離輸電線(xiàn)路是最容易遭受地磁感應(yīng)電流影響的。在我國(guó)現(xiàn)階段，電力的發(fā)展是西電東送，隨著西電東送，全國(guó)聯(lián)網(wǎng)戰(zhàn)略的逐步實(shí)施，我國(guó)電網(wǎng)的情況將發(fā)生很大變化。此外，我國(guó)能源分布也存在一定的特點(diǎn)，我國(guó)煤炭?jī)?chǔ)量的和可供開(kāi)發(fā)水電的主要集中在西部地區(qū)，而電力消費(fèi)主要集中在中部和沿海等經(jīng)濟(jì)發(fā)展比較快的地區(qū)，能源資源和消費(fèi)地理分布上的不平衡，使我國(guó)輸電線(xiàn)路要承擔(dān)長(zhǎng)距離、大容量的輸電任務(wù)。如我國(guó)近期建設(shè)的

12、三峽、龍灘、天生橋等水電站，以向華東、華中、廣東送電為主；而遠(yuǎn)景建設(shè)的黃河上游拉西瓦等大型水電站和西北水電、煤炭基地的開(kāi)發(fā)建設(shè)，主要向華北地區(qū)送電，金沙江水電基地開(kāi)發(fā)建設(shè)將向華東、華中送電等。這些大系統(tǒng)的建設(shè)將形成大量東西走向、長(zhǎng)距離輸電線(xiàn)路，這些線(xiàn)路對(duì)地磁感應(yīng)電流的敏感程度將增大，也很容易受到地磁感應(yīng)電流的影響，而地磁感應(yīng)電流是直流偏磁電流的來(lái)源之一。因此，可以說(shuō)，從我國(guó)電網(wǎng)的將來(lái)發(fā)展看，研究直流偏磁對(duì)于我國(guó)電網(wǎng)的發(fā)展是刻不容緩的。此外，在我國(guó)以后的電網(wǎng)建設(shè)中，以及以上線(xiàn)路將會(huì)成為我國(guó)電網(wǎng)的骨干網(wǎng)架；而這些線(xiàn)路一般情況下都是采用單極大地回路方式運(yùn)行，這也就不可避免地會(huì)受到從中性點(diǎn)注入到變壓器

13、的直流電流的影響，。因此，我國(guó)電網(wǎng)是否存在遭受到直流偏磁電流影響的可能性以及對(duì)直流偏磁電流的研究和抑制必須引起相應(yīng)的認(rèn)真關(guān)注和重視。遠(yuǎn)距離的輸電線(xiàn)路由于輸電功率很大，線(xiàn)路一旦發(fā)生故障或者引起系統(tǒng)元件（如變壓器）的故障運(yùn)行都會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)穩(wěn)定受到破壞，從而產(chǎn)華北電力大學(xué)碩士學(xué)位論文生大規(guī)模的停電事故，在實(shí)際電網(wǎng)運(yùn)行中，必須要避免這種情況的發(fā)生。國(guó)內(nèi)外對(duì)于直流偏磁的認(rèn)識(shí)在國(guó)外對(duì)于地磁感應(yīng)電流的研究工作比較多，很多國(guó)家都在研究如何抑制地磁感應(yīng)電流的問(wèn)題。國(guó)外對(duì)于地磁感應(yīng)電流的研究，主要分為以下幾個(gè)方面：一部分是從地磁感應(yīng)電流的產(chǎn)生機(jī)理將地磁感應(yīng)電流按照頻率不同分為兩種情況，分別對(duì)不同頻率的兩種電流進(jìn)行分

14、析；另一部分是從建立電力系統(tǒng)模型方面，對(duì)于已經(jīng)建成的系統(tǒng)模型加入地磁感應(yīng)電流以后研究系統(tǒng)受到地磁感應(yīng)電流的影響。但是總的說(shuō)來(lái)，國(guó)外的研究主要是從直流偏磁的成因來(lái)分析，同時(shí)對(duì)于系統(tǒng)的影響也是將系統(tǒng)作為一個(gè)整體進(jìn)行研究，沒(méi)有具體地將變壓器從系統(tǒng)中獨(dú)立出來(lái)，單獨(dú)討論變壓器受到的影響。并且對(duì)于各種結(jié)構(gòu)形式的變壓器受到的影響進(jìn)行對(duì)比分析，從而對(duì)變壓器的設(shè)計(jì)等方面提出一定建議，使得變壓器抵抗直流偏磁電流的能力達(dá)到最大。保證電力系統(tǒng)的正常運(yùn)行。在國(guó)內(nèi)，關(guān)于這方面的研究還非常少，除了天津大學(xué)等進(jìn)行過(guò)研究以外，國(guó)內(nèi)研究對(duì)于這方面問(wèn)題開(kāi)展得不是很廣泛。本文選題是關(guān)于高壓直流輸電過(guò)程中直流偏磁對(duì)于變壓器的影響。由于

15、我國(guó)大部分高壓直流輸電電網(wǎng)都采用的是單極大地回路運(yùn)行方式，直流偏磁是直流單極大地回路運(yùn)行方式下變壓器振動(dòng)加劇的主要原因。如果從變壓器一次側(cè)中性線(xiàn)中流入變壓器的直流電流過(guò)大的話(huà)，這部分的直流電流和變壓器原始的勵(lì)磁電流進(jìn)行疊加，這種波形的疊加會(huì)引起變壓器部分工作點(diǎn)偏離正常的線(xiàn)性區(qū)，進(jìn)入到飽和區(qū)。過(guò)大的直流偏磁電流會(huì)使變壓器鐵一，飽和趨于嚴(yán)重，漏磁增加，導(dǎo)致振動(dòng)加劇，噪聲增大。從現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)可以知道，變壓器的振動(dòng)噪聲與諧波隨著中性線(xiàn)直流電流的增加而增大，而中性線(xiàn)直流電流的大小大致與單極大地運(yùn)行方式下直流線(xiàn)路送電功率、直流線(xiàn)路極性有關(guān)。對(duì)于產(chǎn)生這種現(xiàn)象進(jìn)行原因分析以后發(fā)現(xiàn)：流經(jīng)變壓器繞組的直流電流成

16、為變壓器勵(lì)磁電流的一部分，該直流電流使得變壓器鐵心偏磁，改變了變壓器的工作點(diǎn)，使得原來(lái)鐵心工作區(qū)的一部分移至磁飽和區(qū)，結(jié)果總的勵(lì)磁電流變成尖頂波，最終導(dǎo)致變壓器振動(dòng)增大。外部強(qiáng)制流入變壓器繞組的直流電流僅有一部分成為偏磁電流，另部分轉(zhuǎn)換為勵(lì)磁電流畸變后的直流分量（也可以理解為被勵(lì)磁電流畸變后的直流分量所抵消）。變壓器的這一特性在一定程度上有利于減緩?fù)獠恐绷麟娏鞯挠绊憽．?dāng)然，變壓器的這種自御能力是有限度的，是以噪聲與振動(dòng)增大為代價(jià)的。運(yùn)行中變壓器承受直流偏磁的能力與其設(shè)計(jì)的磁通密度、機(jī)械強(qiáng)度和結(jié)構(gòu)有關(guān)，也與變壓器的接線(xiàn)方式、在電網(wǎng)中的位置和當(dāng)時(shí)的負(fù)荷水平有關(guān)。當(dāng)實(shí)際變壓器振動(dòng)噪聲超過(guò)設(shè)計(jì)華北電力

17、大學(xué)碩士學(xué)位論文值時(shí)，消減振動(dòng)與噪聲就成為當(dāng)務(wù)之急。變壓器正常勵(lì)磁特性工作點(diǎn)的選擇，以及變壓器母線(xiàn)運(yùn)行電壓的高低也影響著變壓器承受直流電流通過(guò)的能力。直流單極大地運(yùn)行方式下諧波增大并不是換流站的諧波泄露所致，而是直流偏磁的副產(chǎn)物，可見(jiàn)直流偏磁還是諧波增大的主要原因。直流偏磁還與大地電流、線(xiàn)路極性、接地極相關(guān)，也與交流電網(wǎng)的直流通路有關(guān)。多條直流線(xiàn)路同時(shí)單極大地運(yùn)行的時(shí)候?qū)ψ儔浩鞯挠绊懣赡墀B加或抵消。主變壓器中性線(xiàn)的直流電流分量與直流線(xiàn)路的送電功率成正比，并且隨著直流輸電極性的改變而改變方向。因此可知，當(dāng)多條直流輸電線(xiàn)路同時(shí)采用單極大地回路運(yùn)行方式的時(shí)候，對(duì)于一次側(cè)中性點(diǎn)接地變壓器可能會(huì)造成更大

18、的影響。消減直流偏磁的技術(shù)措施應(yīng)該從影響直流偏磁的因素中去尋找。在有效消減直流偏磁電流的工程措施實(shí)施之前，緩解變壓器振動(dòng)的最有效手段是減少直流單極的送電功率；減少受影響變壓器的負(fù)荷電流也能減緩繞組的振動(dòng)；如果電網(wǎng)允許，并且配合調(diào)整，適當(dāng)降低相關(guān)變壓器高壓母線(xiàn)運(yùn)行電壓，減緩鐵心的飽和度與勵(lì)磁電流的失真度，也能收到緩解變壓器振動(dòng)的效果。用改變交流電網(wǎng)直流通路的方法來(lái)限制直流偏磁在電網(wǎng)運(yùn)行上代價(jià)太高。磁飽和特性的線(xiàn)性化模擬為了突出主要矛盾，在實(shí)際說(shuō)明中忽略鐵心磁滯回線(xiàn)，這種忽略鐵心的磁滯回線(xiàn)只是為了陳述理論方面的方便，其實(shí)在實(shí)際計(jì)算中，還需要根據(jù)鐵心磁滯回線(xiàn)的面積大小以及對(duì)于計(jì)算精確度的要求來(lái)決定是

19、否采用平均磁化曲線(xiàn)來(lái)代替磁滯回線(xiàn)進(jìn)行計(jì)算，當(dāng)鐵心磁滯回線(xiàn)的面積比較大的時(shí)候，如果采用平均磁化曲線(xiàn)代替磁滯回線(xiàn)計(jì)算，就會(huì)出現(xiàn)比較大的誤差。同時(shí)，為了說(shuō)明問(wèn)題方便，還做出如下的假設(shè)，在利用鐵心的平均磁化曲線(xiàn)代替實(shí)際磁滯回線(xiàn)的同時(shí)，對(duì)于鐵心的平均磁化曲線(xiàn)進(jìn)行一定的簡(jiǎn)化，將鐵心的平均磁化曲線(xiàn)假設(shè)成兩段斜率不同的直線(xiàn)段，并將鐵心非線(xiàn)性飽和特性用兩段斜率不同的折線(xiàn)表示，其中的斜率之一是磁化曲線(xiàn)線(xiàn)性段的正常斜率，這部分所代表的就是變壓器在正常線(xiàn)性區(qū)工作的情況，另一線(xiàn)段的斜率表示磁化曲線(xiàn)飽和段的斜率。這部分所代表的就是變壓器在受到影響以后，工作在飽和區(qū)的情況，變壓器工作在這部分區(qū)域的時(shí)候，變壓器的振動(dòng)加劇，噪

20、聲增加，對(duì)于變壓器會(huì)有一定的損壞，因此，在實(shí)際應(yīng)用中，應(yīng)當(dāng)盡量避免變壓器的工作點(diǎn)落在這一部分區(qū)域。采用折線(xiàn)形磁化特性得到的勵(lì)磁電流波形保存了原勵(lì)磁電流波形的主要特征，從而保證原理性仿真的有效性較高。，偏磁電流與變壓器工作點(diǎn)華北電力大學(xué)碩士學(xué)位論文在一般情況下，直流偏磁電流越大，一次側(cè)勵(lì)磁電流畸變?cè)絿?yán)重，畸變勵(lì)磁電流中直流分量的增長(zhǎng)越快。由此可以得出一個(gè)重要結(jié)論：外部強(qiáng)制流入變壓器繞組的直流電流僅一部分成為偏磁電流，另一部分轉(zhuǎn)換為勵(lì)磁電流畸交以后的直流分量（也可以理解為被勵(lì)磁電流畸變后的直流分量所抵消）【】。變壓器的這一特性在一定程度上有利于減緩?fù)獠恐绷麟娏鞯挠绊?。?dāng)然，變壓器的這種自御能力是有

21、限度的，是以振動(dòng)與噪聲增大為代價(jià)的。變壓器正常勵(lì)磁特性工作點(diǎn)的選擇，以及變壓器母線(xiàn)運(yùn)行電壓的高低也影響其承受直流電流通過(guò)的能力。正常工作點(diǎn)如果選擇在勵(lì)磁特性的飽和點(diǎn)，這樣的話(huà)如果變壓器運(yùn)行電壓高于額定電壓，則磁路更早趨于飽和，因而承受直流偏磁的能力下降；相反，當(dāng)正常工作點(diǎn)選擇在遠(yuǎn)離勵(lì)磁特性飽和點(diǎn)，那么變壓器正常運(yùn)行電壓低于其額定電壓，磁路較晚飽和，因而承受直流偏磁的能力相應(yīng)獲得提高。但是，對(duì)于這一點(diǎn)，運(yùn)行中應(yīng)當(dāng)清楚，在實(shí)際高壓電網(wǎng)運(yùn)行中，為了保證變壓器的充分利用，一般變壓器的工作點(diǎn)都是在線(xiàn)性區(qū)接近于飽和區(qū)的地方，這就意味著很少的直流電流也會(huì)使得變壓器的工作點(diǎn)進(jìn)入到飽和區(qū)。在直流偏磁下變壓器的勵(lì)

22、磁電流分析交流過(guò)勵(lì)磁下的變壓器勵(lì)磁電流波形變壓器在交流過(guò)勵(lì)磁下，鐵心磁通密度增加，勵(lì)磁電流畸變?cè)黾樱捎趧?lì)磁特性的非線(xiàn)性，正常電壓勵(lì)磁狀態(tài)下勵(lì)磁電流波形有一定畸變。在交流過(guò)電壓勵(lì)磁狀態(tài)下的鐵心磁通密度大于臨界磁通密度，鐵，已，作在更加非線(xiàn)性的區(qū)域，勵(lì)磁電流波形呈現(xiàn)尖頂波的形式，但正負(fù)半波是對(duì)稱(chēng)的。，直流偏磁下的變壓器勵(lì)磁電流波形直流偏磁下，直流磁通和交流勵(lì)磁磁通相疊加，形成總磁通密度。與直流偏磁方向一致的半個(gè)周波總磁通密度的數(shù)值大大增加，另外半個(gè)周波則反而減小，對(duì)應(yīng)的勵(lì)磁電流波形呈現(xiàn)正負(fù)半波極不對(duì)稱(chēng)的形狀，這也就是我們所說(shuō)的尖頂波。直流偏磁對(duì)變壓器影響分析武南主變壓器在直流偏磁下的勵(lì)磁電流發(fā)生

23、了較大變化，這里以此為例說(shuō)明變壓器在直流偏磁影響下的工作狀況，并且，分析直流偏磁對(duì)變壓器的勵(lì)磁電流、溫升、噪聲和振動(dòng)等產(chǎn)生的影響。華北電力大學(xué)碩士學(xué)位論文根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)得的武南主變壓器在直流偏磁下的勵(lì)磁電流，得到該變壓器中性點(diǎn)直流電流為，每相變壓器的直流偏磁電流為，經(jīng)過(guò)計(jì)算可以知道，變壓器勵(lì)磁電流的峰值為。太陽(yáng)磁暴引起的變壓器直流偏磁對(duì)間一般為小時(shí)，通常只考慮變壓器鐵心拉板的局部過(guò)熱。由于直流輸電設(shè)備故障造成的單極大地回路運(yùn)行的時(shí)間可能會(huì)長(zhǎng)達(dá)數(shù)天或數(shù)十天，這種情況下直流偏磁引起鐵心和繞組損耗的增加，以及變壓器油頂層和繞組溫升的增加，這些都會(huì)對(duì)變壓器正常運(yùn)行產(chǎn)生較大的影響，在計(jì)算分析中是不可忽略的【

24、】。本文的主要研究工作第一、通過(guò)對(duì)于現(xiàn)在國(guó)內(nèi)外計(jì)算直流偏磁電流的方法進(jìn)行分析，提出了等效電路磁路耦合時(shí)域計(jì)算方法，通過(guò)牛頓迭代的形式，編程計(jì)算了一次側(cè)的勵(lì)磁電流。第二、應(yīng)用提出的等效電路磁路耦合時(shí)域計(jì)算方法和電磁場(chǎng)分析軟件，求解了兩個(gè)簡(jiǎn)單電源變壓器，模型是一臺(tái)一次側(cè)額定電壓為，二次側(cè)額定電壓為，通入直流電流的方式為兩臺(tái)單相變壓器一次側(cè)并聯(lián)，二次側(cè)反接，在二次側(cè)通入直流電流，然后計(jì)算在二次側(cè)空載的情況下，一次側(cè)空載直流偏磁電流的大小。模型是一次側(cè)有兩個(gè)接線(xiàn)端，端口的額定電壓分別為，。二次側(cè)有四個(gè)接線(xiàn)端，端口的額定電壓分別為，在實(shí)驗(yàn)的時(shí)候選擇的是端口，計(jì)算一次側(cè)的直流偏磁電流。第三、在實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)，

25、測(cè)量變壓器模型在二次側(cè)空載情況下，一次側(cè)的勵(lì)磁電流，與計(jì)算結(jié)果比較。一第四、由于偏磁的影響，變壓器鐵心磁化不對(duì)稱(chēng)，磁化特性應(yīng)當(dāng)以磁滯回線(xiàn)來(lái)描述，根據(jù)實(shí)驗(yàn)的變壓器手冊(cè)以及產(chǎn)品說(shuō)明，查詢(xún)到了一根磁滯回線(xiàn)進(jìn)行計(jì)算分析，通過(guò)運(yùn)用磁滯回線(xiàn)和平均磁化曲線(xiàn)的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，證明了一個(gè)問(wèn)題，采用磁滯回線(xiàn)能夠計(jì)算的更為精確，也更符合實(shí)際情況。第五、為了說(shuō)明計(jì)算的工程應(yīng)用，在保定天威集團(tuán)大型變壓器有限公司的變壓器上進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)，由于實(shí)驗(yàn)條件的限制以及時(shí)間等原因，僅僅測(cè)量了變壓器二次側(cè)空載情況下直流偏磁對(duì)于變壓器影響的情況，實(shí)驗(yàn)結(jié)果和計(jì)算結(jié)果能夠比較好的吻合。華北電力大學(xué)碩士學(xué)位論文第二章直流偏磁變壓器的等效電路磁

26、路耦合時(shí)域計(jì)算方法引言對(duì)于直流偏磁電流的計(jì)算在國(guó)內(nèi)外人們采用了很多方法，其中清華大學(xué)的王祥珩教授主要是提出運(yùn)用簡(jiǎn)化平均磁化曲線(xiàn)，通過(guò)磁通和電流之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系來(lái)進(jìn)行計(jì)算：有的是通過(guò)時(shí)域與頻域之間的關(guān)系來(lái)求解【】；有的是通過(guò)計(jì)算二維場(chǎng)，通過(guò)對(duì)場(chǎng)的分析，采用有限元算法來(lái)求解【。本文通過(guò)分析自己在計(jì)算直流偏磁計(jì)算中的各種方法，比較各種方法的優(yōu)缺點(diǎn)，最后提出了分析變壓器直流偏磁的一種方法：等效電路磁路耦合時(shí)域法，這種方法是通過(guò)建立變壓器的電路和磁路，列寫(xiě)出相應(yīng)的電路磁路方程，然后求解一次側(cè)的勵(lì)磁電流波形?；痉匠碳捌浣夥ㄔ诹袑?xiě)方程的時(shí)候所采用的是分析一個(gè)單相口字形變壓器。在對(duì)于單相口字形變壓器進(jìn)行直流偏

27、磁的計(jì)算中，計(jì)算方法主要采用了牛頓迭代法、龍格庫(kù)塔法以及磁化曲線(xiàn)直接對(duì)應(yīng)法：圖為分析的變壓器模型。次側(cè)、歡側(cè)圖單相變壓器模型圖對(duì)于圖所示的變壓器，在正常情況下，即當(dāng)沒(méi)有直流偏磁影響的時(shí)候，對(duì)于圖所示的電路可以列寫(xiě)出電路方程如下所示：警厶嗉?jí)P在上式中：表示的是一次側(cè)線(xiàn)圈的匝數(shù)以表示的是通過(guò)一次側(cè)鐵心的磁通（）華北電力大學(xué)碩士學(xué)位論文厶表示的是引線(xiàn)電感與電源電感之和表示的是引線(xiàn)電阻與電源電阻之和表示的是一次側(cè)的勵(lì)磁電流在上面的式子中等于在上面所述的參數(shù)中，在一般情況下，當(dāng)變壓器確定以后，可以根據(jù)變壓器的型號(hào)、銘牌或者通過(guò)變壓器的說(shuō)明書(shū)手冊(cè)等得到的數(shù)值。厶、在計(jì)算過(guò)程中，由于相對(duì)于變壓器內(nèi)部的等效電

28、阻和等效電感來(lái)說(shuō)，引線(xiàn)和電源的電阻與電感可以忽略不計(jì)，因此，在一般計(jì)算中，這兩個(gè)數(shù)值在計(jì)算過(guò)程中忽略了，這種處理方法是可行的。表示的是在一次側(cè)加入的直流電壓源數(shù)值的大小，這個(gè)數(shù)值也可以直接得到。在這個(gè)方程中，需要求解的就是磊和，由于和之間的函數(shù)關(guān)系，可以將它們統(tǒng)一成一個(gè)未知量，這樣就可以通過(guò)這個(gè)方程求解得到一次側(cè)勵(lì)磁電流的波形。當(dāng)有直流偏磁影響的時(shí)候，可以根據(jù)實(shí)際中電力系統(tǒng)的情況做出針對(duì)于該變壓器的模型。也就是在一次側(cè)的端口和二次側(cè)的端口（或者是地）之間連接一個(gè)直流電壓源，直流電壓源的數(shù)值我們可以根據(jù)實(shí)際情況來(lái)確定，在這里，假設(shè)直流電壓源的數(shù)值為，這個(gè)時(shí)候相應(yīng)的電路方程就變?yōu)椋壕虈?duì)于相應(yīng)的

29、磁路系統(tǒng)，可以列寫(xiě)出磁路方程如下所示：（）妒廠(chǎng)（）（）從開(kāi)始到變壓器工作的臨界點(diǎn)之間通過(guò)變壓器一次側(cè)鐵心的磁通和次側(cè)勵(lì)磁電流之間基本上保持的是線(xiàn)性關(guān)系，但是隨著在變壓器一次側(cè)和二次側(cè)的端口中加入直流電壓源以后，變壓器的工作情況就發(fā)生了變化，如果變壓器在初始的時(shí)候工作在臨界點(diǎn)，那么當(dāng)加入了直流電壓源以后，變壓器的工作點(diǎn)就會(huì)向上偏一些，這個(gè)時(shí)候它就工作在了飽和區(qū)。在這種情況下，通過(guò)變壓器一次側(cè)鐵心的磁通和一次側(cè)勵(lì)磁電流之間就不再是線(xiàn)性關(guān)系。因此總的說(shuō)來(lái)，一次側(cè)磁通和電流之間是非線(xiàn)性的關(guān)系，為了表示這種關(guān)系，在這罩用一個(gè)假定的函數(shù)來(lái)表示它們之間的關(guān)系】，在實(shí)際中處理如下：華北電力大學(xué)碩士學(xué)位論文、在

30、計(jì)算的時(shí)候，根據(jù)變壓器所采用的硅鋼片材料曲線(xiàn)（曲線(xiàn)）就可以得到相應(yīng)的咖一曲線(xiàn)，這是因?yàn)樵谧儔浩鞴ぷ鞯臅r(shí)候，有以下的兩個(gè)表達(dá)式成立：擊（）面刪（）再進(jìn)一步進(jìn)行化簡(jiǎn)可以得到：里，：（）則：，（）通過(guò)鐵心的磁鏈：西（）從上面的兩個(gè)表達(dá)式可以看出，只要變壓器截面積一定，只要變壓器主鐵心磁路長(zhǎng)度一定，則變壓器的與之問(wèn)，與之間是線(xiàn)性關(guān)系。、在咖一曲線(xiàn)中，可以得到任意時(shí)刻對(duì)應(yīng)的磁通和電流值。對(duì)于方程（）有兩種處理的方法。龍格庫(kù)塔法和牛頓一拉夫遜迭代法的闡述第一種方法為：霉：（）（）（）對(duì)于方程中的算式掣和拿在數(shù)學(xué)分析上可以采用下面的處理方式來(lái)近似。盤(pán)所宰：盟蘭盟（）帶入方程（）可得：（）（）一（）厶。巡&#

31、177;魚(yú)盟二）（）（）對(duì)于方程（）進(jìn)行化簡(jiǎn)，同時(shí)帶入方程（）可以得到下式：占，占，）（）了（）巧，掣一嘲（）一”歷廣瓦（）“（，），厶對(duì)于方程（）進(jìn)行一定的簡(jiǎn)化，由于在計(jì)算過(guò)程中，在很小的時(shí)問(wèn)日隔內(nèi)，華北電力大學(xué)碩士學(xué)位論文上述方程中的（）和“（）差別很小，為了計(jì)算簡(jiǎn)便，將這兩個(gè)算式都用“（）代替，這樣可以對(duì)于方程（）進(jìn)行更進(jìn)一步化簡(jiǎn)，從而得到：托礎(chǔ)，：型筆嘗竺一次側(cè)電流值的大小，這就是牛頓拉夫遜迭代方法進(jìn)行求解的原理。第二種方法為：所要求解的方程是：（）對(duì)于方程（）的計(jì)算中，）、厶、都是己知量，而其中的所在計(jì)算中可以根據(jù)實(shí)際情況需要進(jìn)行選擇，當(dāng)選定了以后，就可以求解方程了。在計(jì)算過(guò)程中，選

32、擇研，這樣一來(lái)，這個(gè)量也就變成了已知的，在這里，根據(jù)電流的初始值（），然后就可以進(jìn)行一步一步迭代，從而得到變壓器，嚕魯（）由于可以從妒一曲線(xiàn)中知道哦和之間的關(guān)系，在這里，可以采用數(shù)值擬合的方法擬合一條毋一曲線(xiàn)，使得這條曲線(xiàn)與實(shí)際中的妒一曲線(xiàn)非常接近。這一點(diǎn)可以采用最小二乘法多項(xiàng)式擬合或者拉格朗日擬合的方法來(lái)進(jìn)行】。這樣，可以得到晚和之間的函數(shù)關(guān)系，假設(shè)它們之間的關(guān)系為：秭彳）然后，可以將方程（）寫(xiě)成下面的這種形式：（）一等嚕厶唼州對(duì)于方程（）進(jìn)行整理可以得到：（）墮：堅(jiān)二堡：；墨：（）出警厶到了這罩，就可以采用階龍格庫(kù)塔法來(lái)求解方程（），從而得到所需要的一次側(cè)勵(lì)磁電流的數(shù)值。華北電力大學(xué)碩士學(xué)

33、位論文兩種方法的對(duì)比兩種方法的優(yōu)缺點(diǎn)討論：、對(duì)于第一種方法，計(jì)算的時(shí)候使用的是牛頓拉夫遜迭代法，使用這種方法的優(yōu)點(diǎn)是計(jì)算結(jié)果比較準(zhǔn)確，由于在計(jì)算過(guò)程中，迭代的時(shí)候所選擇的步長(zhǎng)是。，因此基本上可以很好的模擬出實(shí)際中變壓器受到直流偏磁影響時(shí)一次側(cè)勵(lì)磁電流的結(jié)果，計(jì)算結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果的對(duì)比中也證明了這一點(diǎn)，但是這種方法的缺點(diǎn)是計(jì)算速度太慢，在一般情況下，從開(kāi)始給變壓器的一次側(cè)加入額定電壓，到一次側(cè)勵(lì)磁電流最終經(jīng)過(guò)震蕩穩(wěn)定下來(lái)，需要經(jīng)過(guò)大約秒鐘的時(shí)間，由于步長(zhǎng)選擇的比較小，這就意味著需要迭代大約到次才能夠使得一次側(cè)勵(lì)磁電流達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，這樣就使得這種計(jì)算方法需要的計(jì)算量相當(dāng)大，相應(yīng)的計(jì)算時(shí)間也很長(zhǎng)，大概

34、需要個(gè)小時(shí)左右的時(shí)間才能完成計(jì)算。、對(duì)于第二種方法，這種方法的優(yōu)點(diǎn)是計(jì)算速度相對(duì)于第一種方法來(lái)說(shuō)要好得多，這是因?yàn)樗恍枰蠼庠谝欢▍^(qū)間內(nèi)的微分方程，需要的迭代步數(shù)等方面要小得多，再就是它采用的是四階龍格庫(kù)塔法進(jìn)行計(jì)算。因此，計(jì)算的收斂速度也快一些，這兩方面就使得相對(duì)于第一種方法，這種方法在計(jì)算速度上得到了很大的改善。但是這種方法的難點(diǎn)是如何在最大限度上做出趨近于磁化曲線(xiàn)的函數(shù)，在編程中對(duì)這個(gè)問(wèn)題的處理是采用最小二乘法逼近磁化曲線(xiàn)，采用了階多項(xiàng)式，結(jié)果是在誤差為范圍內(nèi)，多項(xiàng)式的函數(shù)曲線(xiàn)和真正的磁化曲線(xiàn)基本能夠很好吻合，但是相對(duì)于第一種方法，它的誤差還是大一些。、在計(jì)算過(guò)程中，還嘗試了不少其他方

35、法，其中第三種方法是受到清華大學(xué)王祥絎老師論文的啟發(fā)，利用了直接磁化曲線(xiàn)對(duì)應(yīng)法，相對(duì)于前兩種的方法，這種方法的優(yōu)點(diǎn)是計(jì)算速度快。缺點(diǎn)是不好找到電壓和對(duì)應(yīng)電流之間的關(guān)系。因?yàn)檫@種方法基于的是磁通和電流之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系。此外，還采用了軟件進(jìn)行仿真的方法對(duì)于選定的變壓器模型進(jìn)行分析計(jì)算，這部分的分析計(jì)算結(jié)果將在后面章節(jié)中進(jìn)行論述。磁化曲線(xiàn)對(duì)應(yīng)法采用磁化曲線(xiàn)計(jì)算時(shí)，具體方法的原理表述如下：變壓器工作于下常情況下臨界點(diǎn)的線(xiàn)性區(qū)域，這樣是為了保證變壓器功能最大限度的發(fā)揮。在處理變壓器工作點(diǎn)的過(guò)程中，采用的是以下的方法：、首先是在提取數(shù)據(jù)的時(shí)候，在曲線(xiàn)上同時(shí)選取了為陽(yáng)隔的很多華北電力大學(xué)碩士學(xué)位論文個(gè)工作點(diǎn)。

36、這里是根據(jù)需要來(lái)選取的，如果需要數(shù)據(jù)要求的精確度很高，那么選擇的間隔可以更小一些，當(dāng)然，如果間隔更小的話(huà)，相對(duì)來(lái)說(shuō)計(jì)算的速度就降低了。、對(duì)于這些工作點(diǎn)進(jìn)行三次樣條插值分析，然后就可以得到在這些工作點(diǎn)上每一個(gè)工作點(diǎn)的瞬態(tài)斜率，由于變壓器的磁化特性曲線(xiàn)和曲線(xiàn)之間是線(xiàn)性關(guān)系，因此變壓器的拐點(diǎn)在磁化曲線(xiàn)上面的定義同樣可以采用曲線(xiàn)來(lái)處理。在曲線(xiàn)上的拐點(diǎn)對(duì)應(yīng)的就是中一曲線(xiàn)上的拐點(diǎn)，這個(gè)瞬態(tài)斜率由于采用的時(shí)間間隔很小，在這里可以假定這個(gè)瞬態(tài)斜率就是數(shù)學(xué)計(jì)算中所說(shuō)的曲線(xiàn)在這一個(gè)點(diǎn)的導(dǎo)數(shù)，為了計(jì)算需要，還要做出每一點(diǎn)的斜率。、變壓器拐點(diǎn)的定義：在某一個(gè)工作點(diǎn)，當(dāng)在這個(gè)工作點(diǎn)磁通增加，與此同時(shí)電流增加的時(shí)候，這一

37、點(diǎn)就稱(chēng)為拐點(diǎn)】，這里采用的處理方法是用上面的瞬態(tài)斜率與每一點(diǎn)斜率的比值迸行比較，將這個(gè)比較值代入變壓器拐點(diǎn)的定義，在這里近似的處理是：將磁通增加，電流增加的斜率近似采用瞬態(tài)斜率來(lái)代替。由于瞬態(tài)斜率增加量很少，因此在這里每一點(diǎn)斜率乘，然后和瞬態(tài)斜率進(jìn)行比較。也就是說(shuō)在某一點(diǎn)如果瞬態(tài)斜率是斜率的，那么這一點(diǎn)就作為變壓器的拐點(diǎn)來(lái)處理，同時(shí)為了保證變壓器工作在線(xiàn)形區(qū)，考慮到一定的裕度，我們?cè)偻卣覀€(gè)工作點(diǎn)，然后將這一點(diǎn)作為變壓器在工作時(shí)候的工作點(diǎn)】。、求取變壓器臨界工作點(diǎn)還有一種方法，這種方法相對(duì)于上一種方法更簡(jiǎn)單，也基本上能滿(mǎn)足實(shí)際要求，現(xiàn)在將這種方法闡述如下：對(duì)于變壓器的一次側(cè)或二次側(cè)來(lái)說(shuō)，這里以

38、一次側(cè)為例子，可以根據(jù)變壓器的基本結(jié)構(gòu)列寫(xiě)出下面的方程：掣講（）對(duì)于上面的方程來(lái)說(shuō)，當(dāng)變壓器工作在正常工作點(diǎn)的時(shí)候，可以認(rèn)為上面的、中都是正弦函數(shù)，在實(shí)際情況中，由于變壓器正常工作的時(shí)候是正弦函數(shù)，而它是。的導(dǎo)數(shù)，進(jìn)而可以認(rèn)為也是正弦函數(shù)，這樣，就可以將上面的時(shí)域方程轉(zhuǎn)化成頻域方程，這樣就得到了：掣，砷，和一（）根據(jù)方程（），就可以得到下面的式子：巾導(dǎo)（，）在方程（）中：中表示的是磁通有效值，如果要得到最大值，可以乘以華北電力大學(xué)碩士學(xué)位論文表示的是一次側(cè)電壓有效值。如果要得到最大值，可以乘以表示的是一次側(cè)線(xiàn)圈匝數(shù)對(duì)于第三種方法，舉例來(lái)說(shuō)明如何求出在二次側(cè)注入直流電流等于對(duì)，一次側(cè)勵(lì)磁電流的計(jì)

39、算方法。在這個(gè)變壓器中，假設(shè)計(jì)算要求的是在二次側(cè)注入直流電流的時(shí)候，一次側(cè)磁通上的磁通偏移量。就采用下面的試探方法，試探中采用的各種磁通偏移量所產(chǎn)生的磁通波形、勵(lì)磁電流的波形、勵(lì)磁電流的直流分量的大小、以及勵(lì)磁電流的數(shù)值分別如圖至圖所示。、初始磁通的偏置量為礬、初始磁通的偏置量為圖勵(lì)磁電流（直流分量）圖勵(lì)磁電流（直流分量）、初始磁通的偏移量為、初始磁通的偏移量為帆圖勵(lì)磁電流（直流分量）、初始磁通的偏移量為圖勵(lì)磁電流（直流分量）、初始磁通的偏移量為華北電力大學(xué)碩士學(xué)位論文圖勵(lì)磁電流（直流分量）、初始磁通的偏移量為勵(lì)磁電流波形：圖勵(lì)磁電流（直流分量）、初始磁通的偏置量為勵(lì)磁電流波形：圖勵(lì)磁電流（直

40、流分量）、初始磁通的偏置量為勵(lì)磁電流波形：圖勵(lì)磁電流（直流分量）、初始磁通的偏置量為勵(lì)磁電流波形：圖勵(lì)磁電流（直流分量）、初始磁通的偏移量為勵(lì)磁電流波形：圖勵(lì)磁電流（直流分量）、初始磁通的偏移量為礬勵(lì)磁電流波形：圖勵(lì)磁電流（直流分量）、初始磁通的偏置量為勵(lì)磁電流波形：了卜一毫一。贏圖勵(lì)磁電流（直流分量）、初始磁通的偏置量為，勵(lì)磁電流波形：華北電力大學(xué)碩士學(xué)位論文圖勵(lì)磁電流（直流分量）、初始磁通的偏置量為勵(lì)磁電流波形：圖勵(lì)磁電流（直流分量）、初始磁通的偏置量為勵(lì)磁電流波形：圖勵(lì)磁電流（直流分量）、初始磁通的偏置量為勵(lì)磁電流波形：圖勵(lì)磁電流（直流分量）、初始磁通的偏置量為勵(lì)磁電流波形：圖勵(lì)磁電流（

41、直流分量）圖勵(lì)磁電流（直流分量）最后采用的一種方法是軟件計(jì)算方法，采用這種方法的優(yōu)點(diǎn)是計(jì)算的精確度比較高，同時(shí)可以看到磁場(chǎng)的情況，采用這種方法的缺點(diǎn)是無(wú)法計(jì)算出加入直流以后的情況，但是對(duì)于交流情況的分析比較準(zhǔn)確。小結(jié)本章通過(guò)對(duì)比計(jì)算直流偏磁電流的三種方法：牛頓拉夫遜迭代法、龍格庫(kù)塔法、】華北電力大學(xué)碩士學(xué)位論文磁化曲線(xiàn)直接對(duì)應(yīng)法，提出了各種計(jì)算方法的優(yōu)缺點(diǎn)，并且給出了三種計(jì)算方法各自的計(jì)算環(huán)境，在實(shí)際的計(jì)算分析過(guò)程中，可以通過(guò)計(jì)算精度等需要來(lái)決定采用哪一種計(jì)算方法進(jìn)行分析。華北電力大學(xué)碩士學(xué)位論文第三章應(yīng)用電磁場(chǎng)軟件計(jì)算直流偏磁電流軟件獲得變壓器的。一曲線(xiàn)以及對(duì)于曲線(xiàn)的分析在對(duì)于保定變壓器廠(chǎng)給

42、定的變壓器模型進(jìn)行直流偏磁計(jì)算過(guò)程中，采取了商業(yè)軟件的方法來(lái)進(jìn)行計(jì)算，為了得到變壓器模型的磁化曲線(xiàn)，采用了以下的計(jì)算方法。計(jì)算步驟如下：、首先計(jì)算出變壓器在二次側(cè)攜帶額定負(fù)載情況下，在變壓器的一次側(cè)注入各個(gè)數(shù)值的直流電流，為了測(cè)量得到磁化曲線(xiàn)，同時(shí)也為了使得仿真結(jié)果足夠準(zhǔn)確，注入的直流電流在這里選擇了個(gè)數(shù)值的電流。為了更好的測(cè)量，這里注入的電流都采用的是直流電流源注入的形式，直流電流源的數(shù)值從安培最后到變壓器的額定工作電流安培。、做出在各個(gè)數(shù)值電流情況下，電流所對(duì)應(yīng)的磁通。的數(shù)值，這個(gè)數(shù)值是這樣得來(lái)的，在計(jì)算中，在一次側(cè)連接電流源，這個(gè)電流源的數(shù)值就是我們開(kāi)始時(shí)候選定的個(gè)電流數(shù)值，然后做出在各

43、個(gè)數(shù)值情況下對(duì)應(yīng)的磁勢(shì)的數(shù)值，運(yùn)用公式刃求出在給定電流值的情況下對(duì)應(yīng)磁通西的數(shù)值。、根據(jù)得到的磁通。的數(shù)值以及初始給定的電流值，通過(guò)計(jì)算就可以得到變壓器的中一曲線(xiàn)。對(duì)比得到的中一曲線(xiàn)和變壓器所用硅鋼片的曲線(xiàn)得到的一曲線(xiàn)，發(fā)現(xiàn)基本吻合。然后根據(jù)中一曲線(xiàn)就可以求出一定磁通偏移情況下的直流偏磁電流。這種計(jì)算方法也就是直接采用磁化曲線(xiàn)對(duì)應(yīng)的方法，這種方法的描述在上一章中已經(jīng)討論過(guò)。在進(jìn)行第一步的計(jì)算的情況下，發(fā)現(xiàn)在開(kāi)始的時(shí)候，隨著電流數(shù)值的不斷增大，中的數(shù)值基本上也是呈現(xiàn)線(xiàn)形增加的情況，當(dāng)電流數(shù)值達(dá)到了一定數(shù)值的時(shí)候，變壓器磁場(chǎng)達(dá)到了飽和，于是數(shù)值的增加顯得非常緩慢，在計(jì)算仿真過(guò)程中，當(dāng)電流從增加到的

44、時(shí)候，磁通中的數(shù)值僅僅增加了左右。當(dāng)電流為時(shí)對(duì)應(yīng)磁通密度的形狀以及的分布情況如圖所示。圖直流時(shí)變壓器內(nèi)部磁通密度分布華北電力大學(xué)碩士學(xué)位論文從圖中可以看出，的電流已經(jīng)使得變壓器鐵心區(qū)域由于受到大直流的沖擊，而受到一定的損壞。這是由于在一般情況下，的直流電流已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了變壓實(shí)際設(shè)計(jì)的額定值的大小，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了變壓器空載電流（也就是建立變壓器內(nèi)部磁場(chǎng)電流的大?。虼巳绱舜蟮闹绷麟娏鲿?huì)使得變壓器模型有一定的損壞，此時(shí)磁通密度的分布呈現(xiàn)圖中的分布情況。從磁通密度情況上也可以看出，磁通密度在這種情況下左右不是對(duì)稱(chēng)，而且磁場(chǎng)的分布也有比較大的畸變。電流時(shí)矢量磁位的分布情況如圖所示。圖直流時(shí)變壓器內(nèi)部矢量

45、磁位分布通過(guò)仿真計(jì)算可以根據(jù)圖觀(guān)察矢量磁位的分布情況，還可以羅列在其他電流值的情況下，對(duì)應(yīng)寫(xiě)出具體的點(diǎn)矢量磁位的大小，在計(jì)算過(guò)程中選擇的是在變壓器鐵芯邊緣的一點(diǎn)，它的矢量磁位的大小為，根據(jù)公式阻講得到，曬采用同樣的計(jì)算方法，當(dāng)電流為時(shí)對(duì)應(yīng)磁通密度的形狀以及的分布情況如圖所示。這個(gè)時(shí)候變壓器進(jìn)入到嚴(yán)重飽和區(qū)圖直流時(shí)變壓器內(nèi)部磁通密度分布從圖中可以看出，的電流已經(jīng)使得變壓器鐵心區(qū)域磁通嚴(yán)重畸變，此時(shí)磁通密度呈現(xiàn)圖中的分布情況。電流時(shí)矢量磁位分布情況如圖所示。華北電力大學(xué)碩士學(xué)位論文圖直流時(shí)變壓器內(nèi)部矢量磁位分布然后可以根據(jù)圖觀(guān)察矢量磁位的分布情況，還可以羅列出具體點(diǎn)矢量磁位的大小，這里選擇的是在變

46、壓器鐵芯邊緣的一點(diǎn)，它的矢量磁位數(shù)值為緬，根據(jù)公式爿刃得，根據(jù)各種情況下計(jì)算得到的磁通值就得到了額定負(fù)載下的。一曲線(xiàn)，如圖所示。圖直流測(cè)量的變壓器中一曲線(xiàn)對(duì)于圖采用了如下的處理方式：由于在計(jì)算曲線(xiàn)的過(guò)程中，無(wú)法使得電流數(shù)值為負(fù)，但是在實(shí)際過(guò)程中，變壓器運(yùn)行的時(shí)候在變壓器一次側(cè)產(chǎn)生的磁通當(dāng)沒(méi)有受到直流偏磁影響的時(shí)候，它是標(biāo)準(zhǔn)的正弦波性，并且工作在線(xiàn)性區(qū)域內(nèi)。而此時(shí)這個(gè)磁通中負(fù)值部分如何處理？對(duì)于這個(gè)問(wèn)題采用了對(duì)稱(chēng)的方法，在中一曲線(xiàn)中，采用這條曲線(xiàn)負(fù)的部分和正的部分關(guān)于原點(diǎn)對(duì)稱(chēng)，在實(shí)際中一般也是采用這樣的處理方法。然后再做出當(dāng)變壓器二次側(cè)空載時(shí)候的由一曲線(xiàn)，在計(jì)算中，可以得到當(dāng)空載電流達(dá)到的時(shí)候，

47、變壓器就進(jìn)入到飽和區(qū)了，在一般的情況下，由于高壓變壓器的空載電流非常小，基本上有時(shí)達(dá)不到額定電流的千分之一，由于該變壓器的額定電流為，因此也是比較符合實(shí)際工作情況的。在變壓器二次側(cè)空載的情況下，當(dāng)電流為時(shí)對(duì)應(yīng)磁通密度的形狀以及的分布情況如土一所示。這個(gè)時(shí)候變壓器工作在線(xiàn)性區(qū)華北電力大學(xué)碩士學(xué)位論文圖直流時(shí)變壓器內(nèi)部磁通密度分布可以看出。的電流使得變壓器鐵心磁通密度呈現(xiàn)圖中的分布情況。從圖可以看出，這個(gè)分布比較符合實(shí)際情況，在變壓器的鐵心處以及鐵心拐角處，這些地方磁通密度的分布是最強(qiáng)的。電流時(shí)矢量磁位的分布情況如圖所示。圖直流時(shí)變壓器內(nèi)部矢量磁位分布然后可以根據(jù)圖觀(guān)察矢量磁位的分布情況，從圖也可

48、以看出，矢量磁位的分布比較合理。此外，還可以羅列出具體點(diǎn)矢量磁位的大小，在計(jì)算中選擇的是在變壓器鐵芯邊緣的一點(diǎn)【，它的矢量磁位的大小為，根據(jù)公式得到筇當(dāng)電流為。時(shí)對(duì)應(yīng)磁通密度的形狀以及的分布情況如圖所示。這個(gè)時(shí)候變壓器進(jìn)入到飽和區(qū)圖直流時(shí)變壓器內(nèi)部磁通密度分布從圖中可以看出，的電流已經(jīng)使得變壓器鐵心區(qū)域磁通發(fā)生了少量畸變，此時(shí)磁通密度呈現(xiàn)圖中的分布情況。華北電力大學(xué)碩士學(xué)位論文電流時(shí)矢量磁位的分布情況如圖所示。圖直流時(shí)變壓器內(nèi)部矢量磁位分布然后可以根據(jù)圖觀(guān)察矢量磁位的分布情況，還可以羅列出具體點(diǎn)矢量磁位的大小，選擇的是在變壓器鐵芯邊緣的一點(diǎn)，它的矢量磁位的大小為，根據(jù)公式中一刃得到西萬(wàn)彳根據(jù)各

49、種情況計(jì)算得到的磁通值進(jìn)行計(jì)算就得到了空載下的中一曲線(xiàn)，如圖所示。圖直流測(cè)量的變壓器中一曲線(xiàn)在上面的圖以及圖兩幅圖中的磁化曲線(xiàn)中，由于在一次側(cè)加入的是直流電流來(lái)測(cè)定磁化曲線(xiàn)，因此，在二次側(cè)是否含有負(fù)載，在二次側(cè)都沒(méi)有電流存在，這兩個(gè)圖在理論上來(lái)說(shuō)是一樣的。對(duì)于這個(gè)圖采用了如下的處理方式：由于在我們計(jì)算中一曲線(xiàn)的過(guò)程中，無(wú)法使得電流數(shù)值為負(fù)，但是在實(shí)際過(guò)程中，變壓器運(yùn)行的時(shí)候在變壓器一次側(cè)產(chǎn)生的磁通當(dāng)沒(méi)有受到直流偏磁影響的時(shí)候，它是標(biāo)準(zhǔn)的正弦波性，并且工作在線(xiàn)性區(qū)域內(nèi)。而此時(shí)這個(gè)磁通中負(fù)值部分如何處理？采用了對(duì)稱(chēng)的方法，在中一曲線(xiàn)中，采用這條曲線(xiàn)負(fù)的部分和正的部分關(guān)于原點(diǎn)對(duì)稱(chēng)，在實(shí)際中一般也是采用這樣的處理方法。從圖上可以看出，在空載和額定負(fù)載的情況下的中一曲線(xiàn)比較相似，這是由于曲線(xiàn)并不是由注入變壓器的電流等產(chǎn)生的，而是變壓器本身的內(nèi)在的特性，在制造變壓器的時(shí)候，只要變壓器采用的材料確定，這個(gè)時(shí)候就同時(shí)確定了