基于变压器模型的特高压变压器饱和励磁特性研究

为弥补目前仿真计算和变压器整机试验对特高压变压器饱和励磁特性研究的不足,选取进口和国产的高磁感取向硅钢片分别进行标准试样的基础磁性能测试,并分别搭建与特高压变压器结构相同、磁通密度等效的变压器铁心模型,基于该模型建立变压器饱和励磁特性检测系统,对测试得到的标准试样的基础磁性能和变压器模型的过励磁特性进行了研究和分析。结果表明:特高压变压器硅钢铁心模型在过励磁条件下,变压器模型的励磁特性与标准试样的基础磁特性变化的关系不完全符合计算公式;电压波形能保持基本的正弦波形态,空载电流畸变严重,各高次谐波的比重相比增大;采用的同规格的进口和国产高磁感取向硅钢片的标准试样的基础磁性能基本一致,对应的变压器铁心模型的饱和励磁特性存在一定差异。     

直流偏磁对变压器振动噪声的影响

取向硅钢片的磁致伸缩特性是引起变压器振动噪声的主要原因,并且直流偏磁在很大程度上加剧了变压器的振动噪声。本文首先测量了取向硅钢在不同磁密下的磁致伸缩蝴蝶曲线族,研究了轧制方向(RD)和垂直轧制方向(TD)磁致伸缩的特性,同时研究了直流偏磁对磁致伸缩特性的影响,然后用平均磁致伸缩曲线来模拟取向硅钢片的磁致伸缩特性,并将其应用到直流偏磁条件下一台160k V·A干式变压器空载振动的有限元计算。最后实验测量了直流偏磁条件下变压器铁心不同位置的空载振动,以及随着直流偏磁的增大,噪声声压级的值。综合有限元计算和实验测得的空载振动噪声值,分析了直流偏磁对变压器振动噪声的影响。     

特高压变压器用硅钢片应用磁性能的评估

IEC 60404仅指定了单片硅钢片的磁性能测试方法,难以满足特高压变压器用硅钢片应用磁性能的评估需求。为此,建立了基于铁心模型的硅钢片应用磁性能试验系统,对比研究了2种硅钢片牌号铁心模型的深度磁饱和特性、耐受直流偏磁特性及反复过励磁特性。研究结果表明:试样II铁心模型空载电流在100%~115%额定电压范围内明显大于试样I铁心模型,电流谐波含量及声级也有相同规律;相同直流偏磁电流下,试样Ⅱ铁心模型的空载损耗小于试样I铁心模型,直流偏磁电流大于1.0A后该趋势更加明显;反复过励磁条件下试样Ⅱ铁心模型空载电流及空载损耗波动范围较大,反复过励磁前后空载损耗变化率较小。最后,提出了适用于特高压变压器用硅钢片应用磁性能的8项评估指标,分析结果认为,试样Ⅰ及试样Ⅱ铁心模型在应用磁性能方面差别明显。研究结论为技术人员掌握硅钢片应用磁性能提供了新思路。     

不同铁磁材料变压器铁芯磁致伸缩及振动噪声特性分析

实际运行工况下,非晶合金变压器的振动噪声要明显高于传统取向硅钢铁芯变压器,其原因主要是相同磁化条件下非晶合金的磁致伸缩现象通常高于冷轧取向电工钢片。因此,深入掌握不同铁磁材料的磁致伸缩特性是有效解决变压器铁芯减振降噪问题的前提和基础。本文首先测试了非晶合金带材在交变磁化下的磁致伸缩特性,得到了不同磁化强度下磁致伸缩回环曲线,以及磁致伸缩峰峰值与磁化强度的关系曲线,并与取向电工钢片的磁致伸缩特性进行了对比分析。在此基础上,仿真计算了一台非晶合金变压器铁芯三维主磁场分布,并结合上述磁致伸缩特性曲线,建立了铁芯振动位移数值仿真模型和声场仿真模型,完成了铁芯结构力场和声场的多物理场耦合计算,得到了磁致伸缩效应引起的非晶变压器铁芯振动位移与噪声分布。最后,对比分析了不同铁磁材料变压器铁芯的振动和噪声。研究结果表明,在同样磁化条件下,非晶合金带材的磁致伸缩应变是取向硅钢片的50倍左右,由此引起的非晶变压器铁芯噪声高于传统硅钢变压器铁芯20dB左右。     

涂层应力及外加应力对烟机传感器用取向硅钢巴克豪森噪声的影响

采用巴克豪森无损检测系统,对普通取向硅钢及高磁感取向硅钢的巴克豪森噪声值进行了检测,研究了表面涂层应力及外加应力对烟机传感器用取向硅钢巴克豪森噪声值的影响。结果表明,去除表面涂层导致普通取向硅钢A与高磁感取向硅钢B的磁畴宽度分别增加了53%和90%,巴克豪森噪声值随之增大了9.7~36%,主要由磁畴宽度的增加引起。施加3 MPa的拉应力使A与B取向硅钢的磁畴宽度分别降低了47%和50%,巴克豪森噪声值随之下降了17~31%。磁畴壁的移动速度验证了取向硅钢的铁损与巴克豪森噪声的相关性。     

绝缘涂层对高磁感取向硅钢片性能的影响

分析了绝缘涂层对高磁感取向硅钢片性能的影响，指出利用特殊绝缘涂层可使其受到一定的拉应力，改变磁畴结构，改进磁性，从而降低硅钢片单位重量损耗和减小硅钢片的磁致伸缩。     

新型低损耗配电变压器的研制

一、硅钢片铁心材料的改进变压器空载损耗,主要是由磁滞和涡流损耗构成。近年来为降低变压器铁损,对硅钢片铁心材料性能进行了大量试验研究工作。从改进硅钢片晶粒纹理方向、减少硅钢片厚度和采用激光辐照对硅钢片进行精加工处理三方面,进行了大量改进并取得很大成就。使低损耗硅钢片的铁损比第一代硅钢片约低50％。目前通用的薄硅钢片厚度为0.27和0.23mm,仅生产少量的0.18和0.15mm薄硅钢片,用于研制低空载损耗变压器,图1所示为各种变压器铁心材料的铁损曲线。     

磁畴细化型硅钢材料在矿用隔爆型干式变压器中的应用研究

通过磁畴细化型硅钢材料对矿用隔爆型干式变压器空载损耗所产生影响的研究,提出其应用要点。     

直流偏磁磁场对硅钢片磁致伸缩特性的影响分析

直流偏磁条件下电力变压器铁心的振动噪声明显加剧,铁心的磁致伸缩效应是其主要原因之一。目前有关直流偏磁磁场对硅钢片磁致伸缩特性的影响规律尚不完全清楚,亟需从实验测量角度定性地分析其影响规律,为建立有效地减小电力变压器铁心振动噪声的方法提供参考。该文在一台精度为10nm/m的激光位移磁致伸缩测试系统上,对不同直流偏磁磁场下取向硅钢片的磁致伸缩特性进行实验研究,对比分析交变磁化及直流偏磁磁化在磁场饱和前后对磁致伸缩波形形状、峰峰值的影响规律,并将测量结果应用于一台电力变压器铁心的振动位移分析。结果表明:直流偏磁磁场使磁致伸缩回环失去原有的对称性,这种影响会随着磁场饱和程度的增加逐渐减弱;随着偏磁磁场的增加,磁致伸缩峰峰值增大,硅钢片的形变加剧。     

配电变压器用二次硅钢片性能评估及鉴定

取向硅钢制成变压器铁芯后直接关系电网的安全性和节能性。对配电变压器铁芯用二次硅钢片的性能进行了全面评估,结果表明,抽取自A地区、B地区及C地区的二次硅钢片的铁损最高可达1.91 W/kg（变压器空载损耗高）,磁致伸缩系数λ1.7T高至3.9×10-6（变压器噪音大）,表面绝缘电阻最低仅有1~2 Ω·cm2/片（片间绝缘能力降低后直接威胁铁芯安全）,涂层附着性为D级甚至更差,产品质量存在严重缺陷。长期使用二次硅钢片会给挂网运行的配电变压器带来严重的质量问题和安全隐患。通过全面检验硅钢片的表面质量、磁性能、涂层性能、组织结构可鉴别出变压器铁芯材质是否为二次硅钢片。     

直流偏磁下不同磁化曲线对变压器铁心损耗仿真的影响

直流偏磁下变压器铁心材料磁化特性采用不同的表述方式,将会产生不同的损耗仿真结果。本文基于爱泼斯坦方圈试验测量了30ZH120取向硅钢片的交流磁滞回环和交流偏磁磁滞回环,详细阐述并解释了交流磁化曲线、直流磁化曲线、平均磁化曲线、交流偏磁磁化曲线和交直流共同作用下磁化曲线的提取方法。从实验数据和理论分析的角度指出了交直流共同作用下磁化曲线与直流磁化曲线是同一条曲线。以两台干式变压器产品模型为例,设计并搭建了使变压器工作在直流偏磁条件的实验电路,测试并仿真计算了直流偏磁下电力变压器铁心的空载损耗。研究表明,计算分析直流偏磁电工设备时,可以用直流磁化曲线描述硅钢片材料的磁性能,为提高直流偏磁下变压器损耗仿真准确性提供了参考依据。     

电力变压器铁心的非线性磁化特性

电磁暂态仿真是电气设备设计、绝缘等级研究和继电保护的基础。在计算机上进行这些研究,需要提供各种元件的仿真数字模型。变压器及其相关模型的建立对励磁涌流、磁滞、谐波和分次谐波的研究尤其重要,且变压器铁心的非线性特性又是变压器建模的关键。为此,从考虑铁心损耗的空载单相变压器模型出发,根据变压器励磁磁链与磁化电流的关系将基本磁化曲线分段线性化,运用迭代的方法求得每个分段下磁链的最大值。利用分段电压峰值与对应分段的等效电阻的关系,求得了该分段磁链与磁化电流曲线的斜率。根据求得的每个分段磁链的最大值及该线性化分段的斜率,从而较为精确地求得了磁链与磁化电流的关系曲线。分段数N可根据精度的需要选取。该方法充分利用了已知的变压器励磁电压电流关系和空载实验的各种数据,直观简洁,并可以根据需要调节计算精度。仿真验证了该方法的正确性和有效性。     

纳米晶铁心变压器空载损耗的研究

本文作者首先通过实验实测纳米晶铁心损耗曲线,然后基于纳米晶铁心损耗测试结果进行变损耗系数铁损计算模型的研究,得出纳米晶铁心磁滞损耗、涡流损耗和附加损耗系数随频率变化的修正模型,最后以SCB12-L-800/10干式变压器为例,对比分析了纳米晶铁心变压器空载损耗的解析计算与有限元结果。结果显示,变损耗系数铁损计算模型提高了变压器的铁损的计算精度,并且在相同尺寸下对比纳米晶和23RK100铁心材料下变压器的空载损耗,纳米晶铁心变压器空载损耗仅为硅钢片铁心变压器的9.5%,因此,采用纳米晶料替代传统硅钢片作为变压器铁心可有效降低变压器运行中的空载损耗,有利于提高大功率变压器的效率,降低变压器的体积和重量。     

基于磁致伸缩本征特性的晶粒取向性变压器铁心振动模型

硅钢片磁致伸缩引起的铁心振动是变压器噪声的主要来源。为研究由该振动引起的噪声分布并为降噪提供依据,必须对硅钢片的磁致伸缩现象有一个清楚的认识。不同于以往通过实验数据拟合得到磁致伸缩经验公式模型的方法,该文从磁致伸缩的物理发生机制出发,建立了适用于晶粒取向性硅钢片的磁致伸缩本质模型,该模型综合考虑了磁场和外应力对磁致伸缩现象的影响,为准确模拟实际变压器铁心的磁致伸缩提供了理论依据。基于磁致伸缩本质模型,利用弹性力学相关理论,进一步建立了变压器铁心的振动模型,并利用有限元软件ANSYS进行了仿真分析。仿真结果表明,所建立的模型可准确模拟磁致伸缩引起的铁心变形,为后续的噪声分析打下了良好的基础。     

节能型非晶合金配电变压器的推广应用

如果说50年代末,以冷轧晶粒取向性硅钢片取代热轧非取向性硅钢片,在变压器制造业上是一个飞跃的话,那么80年代末,以非晶合金取代冷轧晶粒取向性硅钢片,在配电变压器制造上是又一个飞跃。表1显示历年来电工钢用于变压器铁心使空载损耗(铁损)下降的趋势。     

改善新一代电力变压器磁性的新型晶粒取向硅钢的进展

据（J.of3M）83（1990）416－418报导,意大利的G．ABBRUZZESE等人综合了Si含量、板厚、磁畴细化及进一步优化织构控制对晶粒取向硅钢磁性的影响,提出,目前新型晶粒取向硅钢的发展有可能使其磁性（铁损）达到非晶材料铁芯损耗的水平。该论文摘要如下：综合板厚减薄、硅含量提高以及进行磁畴细化处理,从工业和实验中获得的有代表性的铁损值见表1。由表1可见,实验中测出的铁损值（1．3T）非常接近于非晶态材料的典型值（0．15-0.3W/kg）。在优化织构控制,进一步降低磁滞损耗上,目前行之有效的方法是在二次再结晶促进（110）[001]…     

考虑磁化及磁致伸缩特性各向异性的 感应电机铁心电磁应力分析

感应电机铁心电磁应力主要来源于硅钢片的磁致伸缩以及定转子间麦克斯韦电磁应力,在正弦及谐波激励下,硅钢片均具有较强的磁各向异性。因此,为了准确计算电机铁心电磁应力,在该文首先对无取向硅钢片在正弦及谐波激励下的磁化和磁致伸缩特性曲线进行测试;然后,建立考虑磁化及磁致伸缩特性各向异性的感应电机电磁-机械耦合振动模型,并计算电机铁心电磁应力分布;最后,通过对比有无考虑磁各向异性的电机模型计算结果,分析电机铁心的应力分布的各向异性,同时,计算了5次谐波和7次谐波注入下电机定子铁心电磁应力曲线及频谱,发现在100 Hz和200 Hz频率时,谐波对应力幅值的影响较大。     

HVDC中直流偏磁电力变压器叠片铁心损耗及磁通分布

为了研究高压直流输电系统中直流偏磁电力变压器叠片铁心中的损耗及磁通分布,提出并研制了完全按照电力变压器铁心的标准设计和叠装工艺制作的叠片铁心模型。通过模型实验获得了叠片材料在不同偏置磁场作用时的损耗曲线,解决了直流偏磁条件下叠片铁心三维电磁场数值计算中所需要的材料性能数据问题。考察了不同偏置磁场作用下变压器铁心取向硅钢片中的损耗和磁通分布,研究不同偏置磁场强度对取向硅钢片特性的影响,提出解决计算三维非线性和各向异性涡流问题的实用措施。研究表明,不同偏磁工况下模型铁损和磁通的计算结果和测量结果具有较好一致性,所得结果和结论有助于通过优化设计来提高电力变压器的性能指标。     

单相四柱试验变压器铁心磁化曲线等效与直流偏磁分析

在单相四柱式自耦变压器试验平台上,开展了空载及负载直流偏磁试验,基于试验数据分析了试验变压器直流偏磁后的电流、谐波、无功功率的变化规律。基于硅钢片接缝结构和空载试验数据得到2种不同的铁心磁化曲线模型,以提高电流的计算精度,并对比分析了不同的磁化曲线在计算无直流偏磁和有直流偏磁下的空载电流的区别。基于场路耦合模型,仿真分析了变压器负载直流偏磁下的磁场分布。研究方法及结论为试验变压器后续的直流偏磁下的温升研究奠定了基础。     

基于一种硅钢片矢量磁特性复数模型的三相变压器铁心磁场分析

本文采用二维单片测量装置测量了取向硅钢在交变磁化与旋转磁化条件下的二维矢量磁特性。基于该测试数据,对一种能够考虑硅钢片二维矢量磁特性的复数ES模型的准确性进行了验证。将该模型与有限元分析相结合,实现了对1台三相变压器的铁心模型进行磁场分析,通过对比局部磁场测量结果与损耗测量结果,证明了计算方法的准确性与工程适用性。