特高压直流输电引起的变压器直流偏磁问题的研究

论文摘要

为了更好的解决我国能源、负荷分布不均衡的矛盾,促进我国“西电东送、南北互供、全国联网”的电力发展战略,直流输电开始扮演越来越重要的角色。直流输电的优点很多,如可输送容量大,距离远以及并网容易等,但是,特高压直流输电单极大地回路运行和双极不平衡运行时产生的电位差会引起变压器直流偏磁现象。这一现象将影响变压器的正常运行,使变压器励磁电流畸变,谐波增加,铁心高度饱和,漏磁通增加从而引起损耗增加,变压器局部过热、绝缘老化等问题。因此,研究特高压直流输电引起的变压器直流偏磁现象具有重要的理论意义和重大的工程实用价值。本文详细分析了变压器直流偏磁的原因、机理和励磁电流的计算方法。若计算变压器中的直流电流分量只用相应的等效电阻电路,则无法将交流系统的工作点和铁磁材料的非线性特性考虑到,将会带来较大的误差,所以本文在MATLAB/ SIMULINK环境下建立了变压器受直流偏磁影响的系统仿真模型。分析了变压器在交流过励磁和直流偏磁两种情况下励磁电流的变化情况,研究了过励磁和直流偏磁时变压器励磁电流的谐波幅值及谐波畸变率的变化。在变压器接地中性点间存在电位差的情况下,用有限元法建立单相、三相三柱、三相五柱磁路耦合工频时的变压器分析模型,又由于直流量的大小是不规则变化的而不是固定不变的,所以本文采用二维瞬态求解器来分析比较铁心在有直流电流情况下的内部特性差异,包括磁感应强度、磁场强度和磁力线分布等。并选取几个具有代表性的位置进行详细的分析。通过分析变压器受直流偏磁时的内部磁场变化,研究在发生直流偏磁现象时变压器内部哪个部位先达到饱和,比较三种典型变压器在同一偏置电流下对直流偏磁的承受能力。对单相变压器的损耗进行了理论计算及仿真研究。对判定变压器能承受多大的直流量的估算方法进行了分析,给出了单相变压器运行直流量大小的参考值。并对现有直流偏磁抑制措施进行了总结分析。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 研究背景及研究意义
• 1.2 直流偏磁的产生原因
• 1.2.1 太阳风暴引起的地磁电流
• 1.2.2 直流输电单极大地回路运行产生的地中直流
• 1.2.3 不对称负载产生的直流分量
• 1.3 直流偏磁对变压器的影响
• 1.4 国内外研究现状
• 1.4.1 变压器电磁场数值分析概况
• 1.4.2 直流偏磁问题研究概况
• 1.5 本文的研究内容
• 第2章 变压器直流偏磁的系统仿真
• 2.1 变压器直流偏磁机理
• 2.2 直流偏磁下变压器励磁电流的计算
• 2.3 系统仿真模型
• 2.4 变压器的实际系统仿真
• 2.4.1 计算用变压器参数
• 2.4.2 用电路与磁路相结合的方法求解系统微分方程组
• 2.4.3 交流过励磁下的变压器励磁电流波形
• 2.4.4 直流偏磁下的变压器励磁电流波形
• 2.4.5 直流偏磁对励磁电流波形畸变的影响
• 2.5 本章小结
• 第3章 变压器直流偏磁的有限元分析
• 3.1 基本理论
• 3.1.1 麦克斯韦方程组
• 3.1.2 边界条件
• 3.1.3 有限元分析
• 3.2 变压器直流偏磁有限元分析
• 3.2.1 场路耦合瞬态分析模型
• 3.2.2 有限元分析用参数
• 3.2.3 变压器受直流偏磁影响的分析
• 3.3 变压器空载损耗
• 3.3.1 磁滞损耗
• 3.3.2 涡流损耗
• 3.3.3 变压器空载损耗的计算
• 3.4 本章小结
• 第4章 变压器允许直流量及直流偏磁抑制措施
• 4.1 变压器允许直流电流
• 4.1.1 变压器承受直流能力影响因素的分析
• 4.1.2 确定变压器允许直流偏磁量的准则
• 4.1.3 估算变压器承受直流的能力
• 4.2 直流偏磁的抑制措施
• 4.2.1 接电容器抑制法
• 4.2.2 反向电流法
• 4.2.3 变压器中性点接小电阻法
• 4.2.4 其他方法
• 4.3 本章小结
• 结论
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文及科研成果
• 攻读硕士学位期间参与的科研实践