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大型变压器漏磁场及轴向稳定性的研究

大型变压器漏磁场及轴向稳定性的研究

作者：牛一博哈尔滨理工大学

学位级别：硕士

如何增强变压器抵抗短路冲击能力的问题,是近年来变压器研究中的热点问题之一,其中变压器轴向振动的稳定性分析,在增强变压器抵抗短路冲击的研究中起到了重要的作用。本文针对一台120MVA/220k V无励磁调压变压器进行短路电动力的静态分... 详细信息

如何增强变压器抵抗短路冲击能力的问题,是近年来变压器研究中的热点问题之一,其中变压器轴向振动的稳定性分析,在增强变压器抵抗短路冲击的研究中起到了重要的作用。本文针对一台120MVA/220k V无励磁调压变压器进行短路电动力的静态分析和动态分析。利用Mag Net有限元软件进行静态分析,采用“场-路耦合”法分析低压绕组出口端发生三相对称短路时变压器的漏磁场模型。首先,为提高变压器绕组上短路电动力的计算精确程度,采用三维模型,建立包括铁心、铁轭及油箱的有限元模型,模型中考虑了安匝不平衡、铁磁材料非线性及油道尺寸等因素对变压器漏磁场的影响,比较分析铁心窗内和铁心窗外绕组附近漏磁场的区别。其次,通过改变模型及电路参数,可以得到不同分接下线饼的短路电动力,为后续计算轴向动态振动系统做准备。利用ANSYS有限元软件进行动态分析,通过建立弹簧质量模型分析绕组的轴向动态响应。首先,因为绕组轴向动态响应主要受到模型固有频率的影响,所以在建立弹簧质量模型时,要考虑到单个线饼质量,垫块尺寸及预紧力等影响因素,通过模态分析,得到在不同预紧力条件下的绕组模型的多个固有频率。其次,以模型中的各线饼质量中心为载荷施加点,以最小分接下各线饼随时间变化的静态力与绕组自身重力的合力为激励,计算分析这个多自由度,多载荷施加点,变化载荷振动系统的不同线饼的振动位移变化规律,得到结论:振动系统中只有线饼所受到的弹性力与激励力的变化趋势一致,而阻尼力和惯性力都会存在复杂的上下波动。通过铁心内外漏磁场的比较,可以得到在绕组端部处辐向漏磁场在铁心窗内外分布不均匀,需要增加其机械裕度。通过对变压器绕组轴向振动系统的分析,可以得到线饼上惯性力,弹性力,阻尼力的变化规律,可以为以后的研究等提供一些依据。

关键词：变压器漏磁场短路电动力固有频率轴向振动动态分析

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大型变压器漏磁场与油箱涡流损耗计算

大型变压器漏磁场与油箱涡流损耗计算

作者：刘明远哈尔滨理工大学

学位级别：硕士

大型变压器工作于电力系统中，担负着电能传送及电压转换重任，整个电力系统的稳定性和安全性直接决定于它们是否安全运行。作为电力变压器的外部包容设备，油箱是极其重要的部件之一。随着变压器单台容量的增加，其漏磁场及在油箱和结... 详细信息

大型变压器工作于电力系统中，担负着电能传送及电压转换重任，整个电力系统的稳定性和安全性直接决定于它们是否安全运行。作为电力变压器的外部包容设备，油箱是极其重要的部件之一。随着变压器单台容量的增加，其漏磁场及在油箱和结构件中引发的杂散损耗增加显著。所以，对变压器漏磁场及油箱涡流损耗进行准确、深入地研究具有重要的工程意义。本文介绍了大型变压器漏磁场与油箱涡流损耗计算的目的和意义，并论述了变压器漏磁场，油箱涡流损耗的国内外发展状况。首先，以实际大型变压器为例，经过合理简化，在变压器额定分接时，采用有限元法在二维场中得到变压器漏磁场的二维分布图;在主空道中得到漏磁的最大值，并对漏磁场进行了分析，讨论了漏磁场引起的效应。其次，在额定分接时，经合理简化，建立三维涡流场模型，计算后得到了油箱上的损耗分布，得出变压器油箱的涡流损耗数值，并对结果进行分析验证，证明计算结果达到工程上的实际应用标准。最后，在三维涡流场分析的基础上，为有效降低油箱涡流损耗，通过对箱壁采取添加屏蔽方式，分别建立箱壁电磁屏蔽(铜和铝)模型及磁屏蔽模型。以达到降低箱壁上的涡流损耗的目的，同时对所采取的屏蔽方式进行对比分析，并给出实用性的建议。

关键词：有限元分析变压器漏磁场涡流损耗

特型变压器绕组漏磁场及特性参数的数值仿真研究

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特型变压器绕组漏磁场及特性参数的数值仿真研究

作者：周少静河北工业大学

学位级别：硕士

本文所研究的特型变压器主要包括干式箔绕变压器和大容量移相整流变压器。干式箔绕变压器具有环保、防潮、节能、省材等特点，因此，其市场需求和容量在不断增加。然而，随着变压器容量的逐渐增大，其绕组漏磁场在箔式绕组中产生的极... 详细信息

本文所研究的特型变压器主要包括干式箔绕变压器和大容量移相整流变压器。干式箔绕变压器具有环保、防潮、节能、省材等特点，因此，其市场需求和容量在不断增加。然而，随着变压器容量的逐渐增大，其绕组漏磁场在箔式绕组中产生的极不均匀涡流损耗会越来越严重，由此，易于产生变压器局部过热问题。传统的附加损耗计算方法是以绕组直流电阻损耗乘系数确定，而绕组布置结构和导体材料(导线或箔导体)等对绕组附加损耗分布特性的影响在该方法中未得到准确反映,因此，利用数值方法研究干式变压器漏磁场和涡流损耗分布，具有重要的工程价值和实际意义。本文利用有限元方法，对同一系列的多台干式变压器短路阻抗、绕组涡流损耗等电磁特性参数进行了数值计算与分布规律的统计分析，为同类干式变压器附加损耗的准确计算提供了设计参考。大容量移相整流变压器作为变频调速装置中的隔离电源，是不可缺少的重要设备。普通电力变压器通常采用Y/△接法，而移相整流变压器采用了延边三角形接法或Z接法，网侧绕组带有并联支路但各支路电流未知，且阀侧绕组在半穿越运行与分裂运行情况下的空间位置不对称，由此导致绕组的安匝分布和漏磁场分布不对称，因此，本文利用场-路耦合法对大容量移相整流变压器建立了三维漏磁场计算模型和对应的等效电路，并对几种不同运行工况下的短路阻抗、各支路电流分布等电磁特性参数进行了数值计算与验证分析，由此得到了整流变压器在非对称运行工况下的电流分布规律和若干指导产品设计的应用结论，为移相整流变压器的设计提供了可靠的分析手段。

关键词：干式变压器移相整流变压器漏磁场有限元法场-路耦合法

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换流变压器漏磁场及性能参数的工程计算研究

换流变压器漏磁场及性能参数的工程计算研究

作者：韩莹华北电力大学

学位级别：硕士

在高压直流输电系统中,换流变压器是重要设备之一,它的电、磁、热、机械性能对电网的安全、可靠运行至关重要。由于换流变压器运行时含有高次谐波电流,因此,其漏磁场及相关性能参数计算较普通变压器的性能计算更加复杂,产生的可靠性问... 详细信息

在高压直流输电系统中,换流变压器是重要设备之一,它的电、磁、热、机械性能对电网的安全、可靠运行至关重要。由于换流变压器运行时含有高次谐波电流,因此,其漏磁场及相关性能参数计算较普通变压器的性能计算更加复杂,产生的可靠性问题也更加突出,而传统的经验或解析方法已很难满足设计性能要求,为此,本论文针对典型换流变压器的结构特点及设计性能分析,通过将实际复杂的三维非线性、非正弦瞬态涡流场计算问题进行合理简化,并转化为二维或三维等效计算问题,以提高计算效率及满足产品性能要求。因此,对换流变压器漏磁场以及短路阻抗、短路机械力等性能参数进行工程计算研究,有着非常重要的工程应用价值和理论意义。本文进行的主要研究工作如下:(1)查阅和了解国内外换流变压器及电磁场的相关文献资料,在此基础上通过对典型换流变压器的结构特点进行分析并合理简化,利用通用电磁软件Mag Net建立了非正弦激励的二维瞬态场计算模型,并且对漏磁场的分布进行了仿真分析以及短路阻抗的计算验证;(2)从工程应用出发进一步简化等效为正弦稳态场,利用数值计算与解析相结合的方法对换流变压器漏磁场、短路机械力和附加损耗进行了数值计算与谐波影响的验证分析,得到了指导产品的应用结论和有效的工程计算方法;(3)利用国际基准模型和三维有限元计算软件,对比分析了表面阻抗法与分层法在计算导磁钢板杂散损耗方面的性能特点,得出了用表面阻抗边界法计算换流变压器金属结构件三维杂散损耗,能有效地提高计算效率和满足产品设计需要等的工程应用结论。

关键词：换流变压器漏磁场 MagNet 性能参数工程计算

电力变压器绕组故障下漏磁场及短路阻抗特性分析

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电力变压器绕组故障下漏磁场及短路阻抗特性分析

作者：段重玺沈阳工业大学

学位级别：硕士

随着我国能源基础设施的建设和发展,特高压电网是我国电力输送网络中不可或缺的一部分,电力变压器作为特高压网络中的关键设备在运行中会不可避免地发生短路故障,其抗短路能力关系到整个电网系统运行的安全性和持续性。电力变压器在多... 详细信息

随着我国能源基础设施的建设和发展,特高压电网是我国电力输送网络中不可或缺的一部分,电力变压器作为特高压网络中的关键设备在运行中会不可避免地发生短路故障,其抗短路能力关系到整个电网系统运行的安全性和持续性。电力变压器在多次短路电流的冲击下绕组会发生变形故障,这是一个涉及多种学科的综合性问题,需要对电磁学、力学、材料学所涉及的知识综合考虑,总结应用到变压器的抗短路能力的计算中。因此完善电力变压器绕组发生短路故障时漏磁场、短路阻抗的计算和分析,对于工程设计具有重要的实际意义。本文课题的研究内容包括三个部分:首先,本文总结了国内外有关电力变压器短路电流计算、漏磁场特性计算、以及绕组变形的研究现状。介绍了变压器漏磁场及短路电流的计算方法,计算分析电力变压器在不同短路故障形式中产生的短路电流,并确定了短路电流的最大峰值,计算结果可以反映出最恶劣的短路类型,为后文绕组主空道漏磁场分布规律的计算分析提供思路。其次,对本文所研究的三相三柱式电力变压器建立了适用于“电磁场-结构场”直接耦合计算的模型,并建立了中压绕组径向变形的模型。在不同相中压绕组受到短路电流峰值的冲击下,以有限元模型的瞬态场对变压器绕组主空道中轴向漏磁和径向漏磁进行计算,并且总结其分布规律。在变压器绕组已经发生失稳变形且再次受到短路冲击的情况下,对绕组主空道的轴向漏磁和径向漏磁进行计算,并重点分析了径向变形绕组对其主空道漏磁场分布的影响。定量分析了绕组在额定情况下和已经发生径向变形时最薄弱的位置,评估其抗短路能力,为今后的设计人员提供经验。最后,根据磁路基本定律,推导出一个短路阻抗的计算公式。对短路阻抗的变化进行分析从而判断绕组状态是变压器故障检测的重要方法,为探究绕组变形对变压器短路阻抗的影响,建立了变压器绕组在不同位置分别发生径向变形和中压绕组等效缩减的模型,在绕组发生这几种变形故障情况下,分别计算其短路阻抗的数值,并对其进行定量分析,然后总结出变化规律。对额定绕组和变形绕组在短路冲击电流峰值时刻所受电磁载荷进行了计算分析,对比几种绕组变形情况下的计算结果,确定了绕组可能发生进一步损坏的重点位置。根据上述分析提出能够提高电力变压器抗短路能力的措施,本文的研究对今后变压器设计及稳定性的校核提供了一定的经验及价值。

关键词：电力变压器短路电流绕组变形漏磁场短路阻抗

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电力变压器漏磁场研究及绕组温度场分析

电力变压器漏磁场研究及绕组温度场分析

作者：王菲菲哈尔滨理工大学

学位级别：硕士

目前我国用电需求不断增大，随着电力变压器单机容量的增加，变压器内部漏磁场对各结构件的影响也显著增加。各结构件中常因涡流集中而出现局部过热现象，绝缘材料老化速度加快，变压器的使用寿命将会受到影响，电网的安全运行也会受到... 详细信息

目前我国用电需求不断增大，随着电力变压器单机容量的增加，变压器内部漏磁场对各结构件的影响也显著增加。各结构件中常因涡流集中而出现局部过热现象，绝缘材料老化速度加快，变压器的使用寿命将会受到影响，电网的安全运行也会受到威胁。由此可以看出，深入准确地研究大型电力变压器漏磁场和温度场变得十分重要。本文以一台三相五柱式大型电力变压器作为研究对象，对其漏磁场较大的高-中额定运行情况进行分析。由于变压器结构具有轴对称性，采用有限元法对其建立二维1/2漏磁场计算模型，计算得出变压器内部二维漏磁场磁力线分布。为了分析不同时刻铁心和绕组上的主、漏磁场分布情况，又建立了三维计算模型。同时单独提取出绕组上的轴向和辐向漏磁场，并对其分布情况进行详细的分析。除此之外还计算了油箱上涡流损耗密度分布及绕组上的涡流损耗值。基于漏磁场的分析结果，给出了降低箱体上漏磁场和涡流损耗的方法。分析了油箱壁上安装磁屏蔽的作用，并通过改变屏蔽的宽度和高度，对比不同屏蔽尺寸的屏蔽效果，得到技术指标与经济指标最佳的屏蔽方案。接着对绕组温度场进行分析，绕组的热量主要来源于电气损耗，还有一小部分热量来源于漏磁场分析中得到的涡流损耗，涡流损耗部分占绕组总损耗的9.41%，在温度场计算时要将所有的热量耦合到计算当中。对变压器绕组和油进行稳态温度场、流体场计算的过程中，主要采用流固耦合的方法。通过计算，最终得出绕组的温度分布，变压器油的流速分布。经过对温度场计算结果的分析，给出了改善绕组热点温升及油的流速分布的设计方案。本文研究的内容主要为改善变压器局部过热问题提供理论基础，使其可以更好的服务于工程实际应用。

关键词：变压器漏磁场涡流损耗磁屏蔽温度场