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1、直一 流偏磁对变压器的影响蒯狄正,万达“,邹云南京理 工大学,江苏 南京江苏省电力科学研究院,江苏南京问题的提出自年以来,江苏电网出现变压器受到直流偏磁的影响问题。江苏上河变年月日在太阳磁暴时台、三相变压器出现噪声明显上升的现象,而于年初因三峡龙政直流输电启动调试导致江苏电网出现明显直流电流。太阳磁暴和直流输电等直流电源都可能在电网中形成直流电流。由于太阳磁暴,引起地表面电位的变化,在电力系统的不同接地点间可能产生直流 低频电流。直流输电采用大地回线方式时,巨大的直流地中电流也会分流人电力系统。在更加非线性的区域,励磁电流。波形的尖峰更加突出,但正负半波是对称的。变压器在直流偏磁下,直流和交流
2、励磁磁通相叠加,形成偏磁时的总磁通密度偏磁。与直流偏磁方向一致的半个周波的磁通密度大大增加,另外半个周波的磁通密度反而减小,所对应的励磁电流几波形呈现正负半波极不对称的形状,如图所示。正负半波不对称的励磁电流,不仅含有奇次谐波还含有偶次谐波。直流偏磁引起半个周 波内的铁心过饱和,导致磁致伸缩加剧,噪声增加。变压器的直流偏磁芳芳芳变压器在交流过励磁下,铁心磁通密度增加,励磁电流畸变增加,如图所示。正 常电压。励磁状态下的铁心磁通密度为,由于铁心励磁特性的非线性,励磁电流。波形稍有畸变。在交流过电压。励磁状态下的铁心磁通密度为,铁心工作图直流偏磁下的变压器励磁电流直流偏磁导致变压器噪声增加红红红
3、阵阵阵图交流过励磁下的变压器励磁电流直流偏磁和 交流过励 磁都会导 致变 压器噪声的增加,但两者的噪声频谱是不同的。图是上河变台、三相共体变压器在正常交流励磁下的噪声频谱。励磁电流的谐波以奇次谐波为主且 正负个半波对称,倍频率的磁滞伸缩引起的噪声频谱以偶次波为主。该变压器在太阳磁暴 的直流偏磁下,噪声频谱如图所示。直流偏磁下,变压器励磁电流不仅含有奇次谐波,而且出现偶次谐波分量。奇次谐波电流对应的半个周波的过饱和,收稿日期一一作者简介蒯狄正一,男,江苏丹阳人,博士研究生,高级工程师,从事电力 系统试验研究和 电力生产管理工作。一卿群气芯式铁心、直流 磁场强度。加护性铸。拉过励磁 板图太阳磁暴直
4、流偏磁下变压器的噪声频谱产生奇次波噪声。因此,在直流偏磁下,变压器的噪声 频谱 既有 奇次波、等,也有偶 次波分量和等。由直流输电引起的直流偏磁对变压器产生的高噪声频谱与日本的研究川相吻合。直流偏磁导致变压器过热图铁心拉板 或支撑板 对铁心 的温升图的励磁电流波形。此外,如果铁心的拉板 或支撑板采用非磁性材料,温升可大大降低。在直流偏磁下变压器温度的上升变压器在直流偏磁下,还要考虑直流偏磁下变压器损耗的增加,并由此所导致的变压器油温、铁心温度和绕组温度的上升。目前国外文献主要是试验研究太阳磁暴下的现象,限于太阳磁暴的持续时间仅为一,未深人研究其对变压器顶层油温和绕组温升的影响。直流输电的直流偏
5、磁是长时间的,对变压器整体温升的作用不能忽略。其温升计算方法即直流偏磁下的铁心损耗增 加,近似 等于相应励磁电流峰值对应磁通密度的变压器空载损 耗值的一半,这是 考 虑到直流偏磁只发生在与直流同方向的半个周波。变 压器励磁电流及其谐波的增加,也造成绕 组损耗的增加。该绕组损耗的增加现象较复杂,现假定等 于励 磁电流叠加在负荷电流后负载损耗增加值的一半,其中的励磁电流有效值,近似取励 磁电流 峰值除以丫厄。根据铁心和绕组损耗的增加,按油浸式电力变压器负荷导则计算变压器油顶层温升、铁心温升和绕组热点温升的增加。直流偏磁下变压器铁心的过热直流偏磁引起的励磁电流增加,对铁心拉板或支撑板的温升影响最大。
6、芯式变压 器铁心的拉板或壳式变压器铁心的支撑板通常是采用磁性材料,以获得足够的机械强度。位于铁心表面的铁心拉板或支撑板,与铁心硅钢片 的磁场强度相同,其厚度比硅钢片的厚度又厚得多,大的涡流损耗导致了拉板或支撑板 温度升高。文献试验研究了铁心拉板或支撑板温升与其磁场强度的关系,如图所示。不论是芯式铁心拉板,还是壳式铁心的支撑板,在同样的磁场强度下,交流过励磁的温升比直流偏磁的温升高约倍。这是因为直流偏磁时,仅半个周波存在高的磁场 如直流偏磁对变压器影响的实测和计算变压器直流偏磁 电流和噪声的实测数据直 流输电采 用大地回线 方式 时,巨大的直流地中电流 经 变 压 器 接 地的中性点分流 人电力
7、系统。靠 近直 流输电接地电极的江苏武南 变变压器中性点 流入的直流偏磁电流达。此时该变压器的噪声增 加 约,使噪声的最高值 达。同时,变压器噪声频谱中,出现明显的奇次波分量。无直流偏磁时,励磁电流的谐波以奇次波为 主,第卷表直流偏磁下变压器额定负荷运行时油顶层温升和绕组热点温升 的计算值项目八、了,民伪勺门 温坦。刀对应产生、和等偶次波噪声。在直流偏磁下,励磁电流不仅存在奇次分量,还出现明显的偶次分量,且仅在半个周波出现铁心的过 度 饱和,对应 产 生 奇次波噪声和偶 次波噪声。可见,测试变 压 器噪声频谱,根 据 其中的奇次波组分,可分析噪声来源是 否由直流偏磁引起。直流偏磁引起变压器温度
8、上升 的计算 直流偏磁下变压器励磁电流的计算变压器的励磁特性和直流偏磁的机理,计算出 直流偏磁电流与励磁电流峰值的关系曲线。该变压 器的中性点直流偏 磁电流为,分至每相变压器的直流偏磁电流为,计算得励磁电流峰值为直流偏磁下 变压器铁心拉板的温升变压器铁心的拉板是用于起吊器身的,它本身并不构成一个完整的磁回路。因此,可用有限长度的空心螺旋线管的公式计算铁心拉板的磁场强度。根据变压器绕组的参数和励磁电流的峰值,计算铁心拉板的磁场强度为双了,查图曲线得,磁性拉板温升为,该温升不会导致铁心的严重局部过热。直流偏磁下 变压 器的油 顶层温升和绕组热 点温升由表看出,直流偏磁引起的损耗增加,导致变压器顶层
9、油温升和绕组温升的增加。其中,顶层油温升上升,绕组热点温升上升。铁心损耗上升,油温上升是导致绕组热点温度上升的主要原因。由于该变压器在无直流偏 磁 下的额定负荷运行时,绕组热点温升仅,低于油浸式电力变压器负荷导则的水平,直流偏磁时的温升,不会对变压器绝缘的寿命有实质性的影响。最大直流偏磁和气温下,具有起始负荷为额定负荷的短时急救负荷 能力,控制绕组 热点温度不超过,基本满足电网运行的需要。变 压 器噪声 过 高,引起的振动是 否会危及 变压 器的安全运行,有待 长 时间考验。建议加 强油色谱监测,必要时应 考 虑 安装油色谱在 线监测 装 置直流偏磁电流偏磁下 的励磁电流峰值偏磁下增加的空载损耗爪偏磁下增加的负载损耗空载损释恻负载损耗浅总损耗脚顶层油温升油平均温升线圈平均温升线圈对油的平均温升绕组热点温升等。噪声、振动的增 加,很可能引起个别 部件的松动,危及变压 器的安全运行,有 必要 采 取限制直流偏磁电流的措施。参考文 献了,仁。,以,一仁了,界,以七邓叮罗。,邵二占了了叮,仁 了罗邵主仁了,以一,夕“巧,了江苏省电力科学研究院三 峡 直 流输电对江苏电 网设备的影 响研究技术报告仁 了责任编辑李博一一,气郡,份。,呷一一“,卿一
