电力变压器的磁动势和磁通出现直流分量的现象称为“直流偏磁”,这一现象将对变压器的正常运行产生不利的影响,诸如励磁电流有效值、高次谐波成分及其相应损耗的增加,铁心高度饱和引起的漏磁通的增加,以及由此引发的局部过热、绝缘老化等问题。电力变压器直流偏磁现象可由太阳等离子风引起的地磁场剧烈变化、直流输电和交流输电的并行运行等原因分别引发,对这一现象的研究已经引起各工业化国家的重视,但目前对电力变压器中直流偏磁现象的机理研究和定量分析尚处于初步阶段。
本文根据变压器制造企业和有关电力设计部门对直流偏磁研究提出的问题和要求,对大容量电力变压器受直流偏磁的影响以及有关的理论难题进行了深入研究,揭示了直流偏磁现象的机理,定量分析了在特定直流成分下变压器运行性能的变化,比较了不同结构电力变压器在同一偏置水平下对直流偏磁的耐受能力,提出了普通电力变压器应能承受的直流偏置水平的参考值,以及提高抗偏磁能力的措施。
全文内容分为四部分7章。
第一部分包括前3章,在调查研究和资料收集的基础上,提出了一种分析依赖于系统的变压器直流偏磁效应的新方法,建立了系统仿真模型和铁心高度饱和情况下变压器三维瞬态涡流场计算模型,使用本文提出的解三维瞬态涡流场方程的多步方法,不仅可以抑制解的振荡,而且减小了计算量,提高了计算精度。
第二部分即第4章,针对本课题研究中出现的电磁场分析方面的关键问题,本文提出了一种三维瞬态分析中处理铁心磁参数的方法,可以减少非线性迭代的计算量;为了减小浅集肤效应钢构件的有限元剖分和计算规模,提出了改进的表面阻抗法,针对构件的形状和饱和程度,对表面阻抗条件和表面阻抗值进行了不同的修正;为了减少电磁场分析的计算量,对解线性代数方程组的IC-CBCG和ICCG预处理方法作了改进。
第三部分即第5章,论述了对本文所编软件的验证工作。主要包括用模型变压器进行空载实验并将实验结果与计算结果作了比较;用国际通用标准测试模型TEAM WORKSHOP问题21和问题10验证了三维稳态和瞬态涡流分析软件的正确性;计算已知实验结果的铁心电抗器和采取不同的方法计算一台单相变压器使分析软件得以验证。
第四部分包括第6章和第7章,针对变压器设计和制造部门感兴趣的问题,给出了定量分析结果;提出了判定常规设计的变压器允许通过直流量大小的准则及其估算方法;对提高变压器抗偏磁能力从变压器结构设计方面提出了建议。
本论文针对中性点接地的电力传输系统,提出了一种分析直流偏磁对电力变压器运行性
