PDF《特高压变压器直流偏磁涡流损耗计算分析》

2)将线圈视为载流块导体, 可以不定义电阻率, 电流密度直接加载到有限元单元上;

不考虑线圈导 体的涡流去磁效应;

3)假设变压器内部的绝缘材料对漏磁的分布没 有影响, 不建立绝缘材料模型;

4)铁心近似为块, 且铁心材料各向同性, 忽略铁 心的磁滞效应和涡流效应;

5)忽略导磁材料的磁滞效应, 不考虑位移电流 的影响, 认为场域内导体的电阻率为一恒定值. 利用变压器结构的对称性, 建立 1/8 几何模型 用于涡流场的计算, 见图1. 图1 特高压变压器1/8几何模型 Fig.

1 Eighth geometric model of UHV transformer 计算模型中各结构件的材料属性[20] 见表1. 表1 各结构件的材料属性 Table

1 Material properties of each structural part 结构件 铁心 拉板 夹件 铜屏蔽 油箱 材料名 27ZH095硅钢片 20Mn23Al无磁钢 Q345B钢板 铜Q345B钢板 相对磁导率 BH曲线

1 400

1 400 电阻率/ (10?6 Ω・m) ― 1.388

900 0.020

830 0.017

241 0.020

830 划分有限元网格时尽量采取规则网格划分, 不 规则区域可采取先切割再规则剖分的处理方法.考 虑油箱材料的集肤效应, 在箱体壁上进行

6 层网格 划分.各部件网格剖分结果见图2. 对图

1 的计算模型, 左、 下

2 个对称面为默认 边界条件(磁力线垂直于面), 其他4个面施加磁力线 平行边界条件. 分别给出了涡流损耗计算时所加载的高压线圈 电流iHV及中压线圈电流iMV一个周期的波形[17,21?23] , 见图3.由于直流偏磁的影响, 线圈电流波形不是标 准的正弦波, 有畸变.图3中的不同线型分别对应 不同的直流偏磁电流IDC(IDC=0 A、 IDC=20 A、 IDC=

50 A、 IDC=100 A). 根据不同IDC 下的线圈瞬态电流, 采用瞬态非线 性方法仿真计算变压器各部件的的涡流损耗.

2 铁心工作状态分析 涡流损耗的大小与铁心的饱和程度相关, 因此 首先分析不同直流偏磁电流下铁心的饱和情况.提 取铁心对称中心处节点n0的磁感应强度Bn0, 绘制Bn0 随时间t的变化曲线, 节点n0 的位置见图2(b).此节 点位于对称面上, Bn0 只有垂直于下对称面的分量. 计算得到不同直流偏磁电流下节点n0的磁感应强度 B随时间的变化曲线, 见图4. 由图4可见, 无直流偏磁电流时, Bn0波形正负半 周对称, 且Bn0 幅值未超过额定值.随着 IDC 的增大, Bn0 幅值也逐渐增大, 且Bn0 的最大值超过了额定磁 密;

IDC 为

20、

50、

100 A 时的 Bn0?t 曲线正负半周不对 称, 并且不对称程度随着IDC 的增加逐渐加剧.说明 (a) 油箱 图2 各结构件的网格剖分 Fig.

2 Finite element meshing of the structural parts (b)铁心、 线圈 (c) 夹件 (d) 主柱拉板、 旁柱拉板 (e) 铜屏蔽 n0 研究与分析 胥建文, 李明洋, 李书连, 等. 特高压变压器直流偏磁涡流损耗计算分析 ・ ・151 10.681

21 214.300

42 417.800

63 621.400

84 825.000

106 029.000

127 232.000

148 436.000

169 639.000

190 843.000 IDC越大, 铁心饱和越严重, 铁心的漏磁也会越大.

3 主柱拉板的涡流损耗的计算分析 由于主柱拉板位于铁心主柱两侧, 距离铁心较 近.铁心饱和时, 很容易在主柱拉板的某些局部形 成涡流损耗密度集中区域, 且拉板附近的金属结构 件比较多, 散热能力很低, 容易出现局部热点. 对主柱拉板各单元的损耗进行周期平均, 得到 平均涡流损耗密度分布云图, 见图5.由于采用1/8 对称模型, 图5中模型高度为实际模型高度的 1/2. 图中模型的下部对应实际主柱拉板的中部, 图中模 型的上部对应实际主柱拉板的顶部或底部. 图5 不同IDC时主柱拉板的平均涡流损耗密度云图 Fig.