非正弦電流下的HVDC換流變壓器負(fù)載損耗特性研究.pdf

1、負(fù)載電流諧波分量大和直流偏磁構(gòu)成了換流變壓器非正弦運(yùn)行條件，兩者均會(huì)導(dǎo)致其負(fù)載損耗發(fā)生變化。出廠試驗(yàn)中諧波負(fù)載電流對(duì)負(fù)載損耗的影響予以了考慮，但與實(shí)際情況存在一定偏差；對(duì)直流偏磁造成的負(fù)載損耗變化則未進(jìn)行考慮；因此，出廠試驗(yàn)時(shí)測(cè)定的負(fù)載損耗不能表征其實(shí)際負(fù)載損耗，進(jìn)而造成換流變壓器現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行溫升過(guò)高。基于此，為準(zhǔn)確確定非正弦電流下的換流變壓器負(fù)載損耗，本文對(duì)諧波和直流偏磁條件下負(fù)載損耗特性進(jìn)行了研究。
　　針對(duì)諧波導(dǎo)致負(fù)載損耗中繞組

2、渦流損耗的變化，本文從磁準(zhǔn)靜態(tài)場(chǎng)方程出發(fā)，基于變壓器漏磁分布特點(diǎn)，推導(dǎo)了繞組渦流損耗計(jì)算方法，并提出了繞組渦流損耗的頻率特性，即繞組渦流損耗與頻率的平方成正比，同時(shí)需乘以一個(gè)F(Ka)以表征集膚效應(yīng)的作用。隨后，建立了換流變壓器有限元仿真模型，仿真中對(duì)繞組的復(fù)雜的幾何結(jié)構(gòu)和電氣聯(lián)接均予以考慮以實(shí)現(xiàn)精確計(jì)算渦流損耗；仿真研究結(jié)果表明，F(xiàn)(Ka)表征的頻率特性計(jì)算誤差最小，較IEC61378-2和Emanuel推薦的頻率特性更符合實(shí)際。最后

3、，對(duì)4個(gè)模擬線圈的不同頻率下的繞組渦流損耗進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，F(xiàn)(Ka)表征的頻率特性較其他頻率特性更符合實(shí)際；同時(shí)其適用范圍包括但不限于本文研究的換流變壓器，可推廣至普通的繞組線圈。本文推薦采用F(Ka)對(duì)IEC61378-2中規(guī)定的繞組渦流損耗頻率特性進(jìn)行修正。
　　針對(duì)諧波導(dǎo)致負(fù)載損耗中結(jié)構(gòu)件雜散損耗的變化，本文基于TEAM Problem21變壓器結(jié)構(gòu)件雜散損耗國(guó)際基準(zhǔn)模型，對(duì)50-2500Hz范圍內(nèi)15個(gè)子模型

4、的結(jié)構(gòu)件雜散損耗進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究；研究結(jié)果表明，IEC61378-2推薦的頻率特性“結(jié)構(gòu)件雜散損耗與頻率的0.8次方成正比”與實(shí)際結(jié)果存在一定偏差，將會(huì)造成計(jì)算結(jié)果偏小。隨后，基于實(shí)驗(yàn)分析結(jié)果，提出將結(jié)構(gòu)件雜散損耗頻率特性分為導(dǎo)磁和非導(dǎo)磁結(jié)構(gòu)件兩類(lèi)；根據(jù)結(jié)構(gòu)件雜散損耗中導(dǎo)磁和非導(dǎo)磁結(jié)構(gòu)件的損耗占比，提出了采用導(dǎo)磁結(jié)構(gòu)件雜散損耗表征結(jié)構(gòu)件雜散損耗。最后，基于結(jié)構(gòu)件內(nèi)漏磁分布區(qū)域隨頻率的變化特性，提出了結(jié)構(gòu)件雜散損耗的頻率特性，即結(jié)構(gòu)件雜散損

5、耗與頻率的1.5次方成正比；根據(jù)本文的實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)該頻率特性進(jìn)行了驗(yàn)證分析。
　　針對(duì)直流偏磁導(dǎo)致的負(fù)載損耗變化，分析了直流偏磁導(dǎo)致負(fù)載損耗變化的機(jī)理；直流偏磁導(dǎo)致勵(lì)磁電流幅值增大和波形畸變，進(jìn)而造成空載漏磁幅值增大和波形畸變，最終使得空載漏磁在繞組和結(jié)構(gòu)件中感應(yīng)的渦流損耗增大至不可忽略的量級(jí)。隨后，對(duì)BK-1000VA變壓器進(jìn)行了直流偏磁條件下?lián)p耗特性的實(shí)驗(yàn)研究，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，直流偏磁下勵(lì)磁電流將會(huì)隨著直流偏磁程度的增大而增大，且

6、勵(lì)磁電流的高頻分量增加的倍數(shù)更高；分離了變壓器模擬油箱中的雜散損耗，指出直流偏磁條件下模擬油箱中的雜散損耗將出現(xiàn)明顯增大。最后，基于目前無(wú)法實(shí)測(cè)直流偏磁下負(fù)載損耗增量的現(xiàn)狀，提出了一種基于1.1倍過(guò)勵(lì)磁試驗(yàn)數(shù)據(jù)的簡(jiǎn)便計(jì)算方法，用于確定直流偏磁條件下的換流變壓器負(fù)載損耗變化量。
　　綜合全文結(jié)論，提出非正弦負(fù)載電流下的換流變壓器負(fù)載損耗修正計(jì)算方法，對(duì)IEC61378-2法進(jìn)行修正，同時(shí)分析不同計(jì)算方法造成的負(fù)載損耗差異。隨后，實(shí)測(cè)