突发短路条件下变压器绕组振动特性的仿真研究

为了研究小容量电源条件下变压器绕组在短路冲击下的振动特性,建立了基于冲击电流发生器的变压器短路冲击振动试验平台,根据一台单相10/0.4kV变压器的结构参数,利用场-路耦合的有限元算法,获得了短路冲击下变压器绕组的电流变化规律,并与试验结果进行对比,验证了仿真方法的正确性。在此基础上,提取高低压绕组端部、中部线饼轴向电磁力的变化规律,利用瞬态动力学获得了高压绕组不同线饼在冲击电流下的振动响应。研究结果表明:三维有限元模型的场-路耦合算法可以准确地获得试验平台的电流特性;短路冲击下绕组轴向振动最大加速度位于绕组高度的1/4和3/4位置处,可以在油箱表面正对该位置的区域进行振动监测;绕组同一线饼中垫块间线匝振动加速度大于垫块所在位置的振动加速度;由于惯性,绕组轴向振动加速度最大值的时刻滞后于电流幅值最大的时刻。     

实际工况下磁控饱和电抗器的振动研究

在不同的直流偏磁下,硅钢片会表现出不同的磁化特性以及磁致伸缩特性。为了研究实际工作状态中磁控饱和电抗器的振动,对不同直流偏磁下硅钢片的磁化特性和磁致伸缩特性进行测量。并基于测得的本构关系,建立磁控饱和电抗器的电磁-机械多场耦合模型。考虑铁心的电磁力和硅钢片的磁致伸缩效应,进行磁控饱和电抗器在不同直流偏磁下电磁场和机械场的数值计算,以得到磁通密度、应力和振动的分布情况以及直流偏磁程度对磁控饱和电抗器振动的影响,进而分析电抗器不同位置的振动情况,为减少磁控饱和电抗器的振动噪声提供有力的理论依据与计算方法。     

电力变压器垫块弹性特性的测量及其在绕组轴向稳定性分析中的应用

本文以分析电力变压器绕组轴向动稳定性为目的,实验测量了电力变压器绕组垫块的弹性特性,比较了垫块在变压器油中,不同浸泡时间和不同油温条件下,弹性特性的变化规律;研究了电力变压器绕组轴向动态力和动态位移分析的方法,建立了描述绕组轴向振动的质量弹簧系统,将垫块看作弹簧,其应力应变关系由测量获得,推导了绕组轴向振动的动力学方程,采用后向欧拉法求解。以某变电站一台220kV等级的变压器为例进行了轴向动态性能计算、分析和校核,校核结果满足该变压器在高中额定分接情况下发生短路后的动稳定性能要求。文中所得结论为增强变压器绕组轴向稳定性提供了理论依据。     

基于磁-热-流耦合的非晶合金变压器运行特征分析

非晶合金变压器绕组及其铁心一般采用矩形结构,其运行损耗引起的不平衡温升更易导致绕组绝缘劣化,影响供电可靠性。针对非晶合金变压器特殊的绕组结构,分析计算非晶合金变压器绕组温升,预测其热点温度,对矩形绕组结构变压器的设计优化和运行控制具有理论指导意义。本文基于三维磁-热-流多物理场耦合仿真计算和温升试验,以一台型号为SBH15-M-200/10的三相油浸式非晶合金配电变压器为研究对象,分析其额定负载下的运行特征,仿真计算各绕组的热点温度,并通过短路法温升试验对仿真结果的正确性进行了验证。研究表明：三维磁-热-流多物理场耦合计算非晶合金变压器绕组热点温度值与温升试验结果的相对误差小于5%,所研究非晶合金变压器绕组的热点温度出现在B相低压绕组的中上部,热点温度达到64.77℃     

变压器直流扰动多物理参数变化特性

本文针对变压器直流扰动多物理参数变化问题,研究不同直流扰动状态下多物理参数变化特性。构建变压器直流扰动状态下多物理场模型,分析绕组/铁芯振动机理与箱体涡流损耗原理。通过变压器多物理场顺序耦合算法循环迭代求解电磁参数,将电磁参数作为机械、涡流场输入参数,进一步求解振动加速度及损耗参数。通过多物理场顺序耦合算法,仿真分析变压器不同直流扰动状态下电磁参数与机械振动、箱体涡流损耗的变化情况及对应关系。进一步,搭建动模实验平台,采集变压器不同直流扰动状态下内部绕组电流、励磁电流及振动加速度数据,并与仿真结果进行对比,验证本文方法的有效性和正确性。     

直流偏磁增大换相失败风险的机理分析及仿真

对直流偏磁、电压畸变导致过零点漂移以及与换相失败的关系进行了分析,指出直流偏磁场景下换流变压器的励磁电流将发生畸变,使得变压器励磁电抗工作在非线性区域,不仅可能引起交流母线电压的畸变以及换相线电压过零点漂移,甚至可能增大换相失败的风险.基于所建立的中国南方电网交直流混联输电系统PSCAD/EMTDC仿真模型,对特高压直流输电双极平衡和大地-单极运行工况下同一故障场景的换相失败风险进行了仿真分析和对比,结果验证了理论分析的正确性.     

500kV自耦变压器直流偏磁振动特征提取与模式识别方法研究

为了对自耦变压器直流偏磁进行有效检测,以变压器振动加速度信号为观测量,对比分析了直流偏磁前后500kV自耦变压器振动加速度频谱的变化特性,提出了奇偶次谐波比、频谱复杂度以及小波包能量等原始特征参数,利用主成分分析方法对原始特征参数去相关处理,采用最小二乘支持向量机的方法对直流偏磁主特征进行了模式识别。结果表明,直流偏磁对变压器振动时频特性影响显著,采取中性点电容隔直措施后,自耦变压器仍然存在较为严重的直流偏磁问题,所提出的原始特征参数能够有效反映变压器直流偏磁状态,利用主成分分析方法显著降低了特征空间维数,采用最小二乘支持向量机的方法能够实现自耦变压器直流偏磁主特征的模式识别,通过核函数参数对调整,识别准确率可达100%。所提出的方法为变压器直流偏磁的有效检测提供了技术支持。     

基于Comsol多物理场仿真的短路工况下变压器轴向电磁力的计算

过大的短路电磁力会影响变压器的安全运行及电网的稳定性。为了计算研究短路条件下变压器绕组的轴向电磁力，本文建立了110 kV/38.5 kV/10.5 kV的变压器“磁场-电路”耦合模型，使用Comsol Multiphysics软件对三相高压对中压绕组短路工况下的变压器进行了仿真，并得到了铁心磁密和内部辐向漏磁磁密的分布，B相高压中压绕组所受的轴向电磁力，以及在不同电流载荷下绕组所受轴向电磁力的变化规律。结果表明，变压器内部辐向漏磁磁密主要集中在绕组端部，峰值可达0.03 T，绕组中间位置，辐向漏磁磁密为0。绕组所受轴向电磁力的频率主要为50 Hz和100 Hz，且随着短路时间的增加，其二倍频特性愈加明显。随着短路励磁电流增加，绕组受到的轴向电磁力也会增大，且轴向电磁力增幅等于电流增幅的平方。     

SBH15型非晶合金变压器短路电动力分析及优化措施

为提高非晶合金变压器矩形绕组抗短路能力,基于三维场-路耦合的多物理场对绕组短路电动力的分布特性进行研究。以一台SBH15型非晶合金变压器为研究对象,采用COMSOL仿真建模对其短路状态下电流、漏磁以及电动力分布进行分析研究,揭示短路电动力沿绕组的分布规律,并确定承力薄弱点。研究表明,矩形绕组长轴所受短路电动力大于短轴,且在长轴转角处尤其明显。最后,对其承力不足之处提出优化措施建议。研究成果对进一步提高非晶合金变压器抗短路能力具有工程实用价值。     

三相电力变压器振动噪声的多物理场研究

根据变压器振动产生机理,在时变电磁场及结构力学方程的基础上,使用COMSOL建立物理模型,从多场耦合的角度,对一台三相三柱式电力变压器在空载和负载条件下其磁场分布、铁芯磁致伸缩应力、应变及绕组洛伦兹力分别进行计算。计算结果给出的图像形象验证了空载和轻载时磁致伸缩是铁芯振动的主要原因,满载和过载情况下绕组洛伦兹力对变压器振动的贡献不能忽视,为后续的如何降振、降噪的研究提供了借鉴。     

油浸式变压器绕组振动特性研究

变压器外壳的振动信号是反应变压器运行状态的有效信息。为研究正常运行变压器绕组的振动信号特征,在分析变压器绕组振动原理的基础上对振动频率及加速度幅值两大特征量进行了讨论。并采用短路电流法进行变压器绕组振动信号测试,统计分析了不同型号、不同容量变压器绕组振动信号的频率分布和振动加速度幅值特点,测试结果与理论分析一致,正常状态下变压器绕组的振动信号频率集中在100Hz;B相绕组的所受电动力大于A、C两相,B相振动加速度幅值最大。本文结果可对进一步研究基于振动信号的变压器故障诊断技术提供参考。     

基于多物理场耦合的非晶合金变压器短路特性分析

非晶合金变压器具有显著的节能优势,但是抗短路能力不足。针对在实际试验研究中非晶合金变压器绕组短路系列故障设置困难问题,本文基于电磁场-结构力场-温度场的瞬态多物理场耦合理论,建立变压器有限元三维模型。仿真了低压侧出口三相短路条件下非晶合金变压器矩形绕组的短路特性,研究了非晶合金变压器发生短路时温度剧烈升高所带来的热应力对绕组形变的影响。并对单独电磁力作用和电磁力热应力耦合作用下的绕组应力和形变进行了对比,计算结果表明热效应会对变压器形变产生较大影响,造成矩形绕组多处严重变形损坏。短路温升是变压器变形损坏不可忽略的因素,同时也是提升变压器抗短路能力中需要重点考虑的问题。     

特高压直流输电对交流电网变压器的影响

本文以糯扎渡-鹤山±800 kV特高压直流输电系统为研究对象,分析了特高压直流输电系统采用单极大地方式运行时直流偏磁产生的原因及对交流变压器本身和电网的影响,对流过变压器绕组直流电流大小的相关问题进行了讨论,并结合目前江门电网的情况提出几点抑制流入变压器中性点地中直流的措施。     

考虑叠片效应的变压器铁心多场仿真模型研究

为了提高电力变压器铁心噪声预估的准确性,通过修正铁心的动力学参数,利用能量法分配等效磁致伸缩力载荷,建立电磁-结构-声场耦合的仿真计算模型。应用有限元方法求解了三相三柱变压器铁心在空载条件下的磁通密度分布、表面振动速度分布以及声场分布,对比实验测量与铁心模型仿真结果,发现修正后的铁心模型噪声仿真结果与实验吻合度更高;该数值计算模型为预估变压器铁心振动噪声提供了更为准确的分析手段。     

热辐射和绕组绝缘纸对自然对流下的变压器温度影响

为考虑在实际中热辐射和绕组绝缘纸对变压器自然对流的温度场影响，文中以 1台SSZ20-63000/110的油浸式变压器为原型，建立了包含垫圈、绝缘纸筒、压板、绕组绝缘纸和黑体热辐射的变压器热点温升物理计算模型，通过一种基于有限元的方法研究了热辐射和绕组绝缘纸对变压器自然对流的温度场影响。结果表明：在自然对流情况下，热辐射会使得绕组的热点温度和温升值发生小幅度升高，而绕组表层绝缘纸使得绕组的热点温度和温升值大幅度升高；热辐射不会影响热点的位置分布，而绕组绝缘纸会使热点位置发生下移；虽然热辐射对绕组的热点温度影响较小，但是和绕组绝缘纸一起考虑时影响较大。可见仿真计算时最好不要忽略热辐射和绕组绝缘层，否则与实际值相差过大。     

暂态分析中变压器线圈等值参数的确定

提出了暂态分析中变压器线圈改进的等值电路，介绍了变压器线圈电感的物理模型和计算公式。实测试验表明，在变压器低压线圈短路时，高压线圈与空心线圈的电感相同，且电感随频率的增加而减小，其低频值与计算值相当，但电容在低频和高频时几乎不变。最后根据计算与实测结果分析提出了确定等值电路中各项参数的方法。     

考虑流固耦合的变截面圆柱壳钢塔风振分析

为了明确变截面圆柱壳钢塔的风振响应规律,基于流固耦合理论建立有限元计算模型,采用自回归模型(autoregressive model, AR)法对不同重现期基本风压对应的脉动风速进行了模拟,成功利用数值风洞方法计算了变截面圆柱壳钢塔在脉动风作用下的动力响应,并通过现场风振监测对数值结果的可靠性进行了验证。结果表明：在脉动风作用下,位移响应幅值沿着高度方向逐渐增大,风速越大,结构的位移响应越大,其中50年与100年重现期风速作用下结构响应差别较小,总体上没有超过结构的位移限值。应力沿高度方向逐渐减小,且在变截面位置存在应力突变的现象。风速越大,应力越大,沿着高度方向应力的差别越来越小,其中50年与100年重现期风速作用下超过脱硫塔在工作温度下的材料许用应力值(113 MPa)。因此,对于该类钢塔的抗风性能评估,底部和变截面处以应力控制为主,顶部以位移控制为主。     

磁流变阻尼器受控平面L形框架结构的多维减震

为分析加入磁流变阻尼器(MRD)框架结构的多维减震性能和扭转震动特性,采用MATLAB软件开发了未控和MRD受控平面L型框架结构的空间计算模型程序,在三向地震荷载作用下分别对未控和MRD受控模型进行了动力时程分析,对结构典型节点X、Y、Z向的位移时程响应、加速度时程响应、结构的各层位移、加速度、层间位移角以及空间扭转震动响应进行对比。结果表明：用MATLAB开发的未控和MRD受控平面L型框架结构的空间计算模型程序能有效计算结构的多维地震响应;MRD可以有效减小平面L型框架结构的多维位移和加速度时程响应;MRD可以有效减小平面L型框架结构的各层最大位移、加速度和层间位移角;合理地布置MRD能够稳定地发挥耗能作用,并能有效减小平面L型框架结构的扭转震动响应。