- 頭條交直流混合激勵下，變壓器結構件雜散損耗的改進方法2021-07-24 作者：趙小軍 曹越芝 等 | 來源：《電工技術學報》 | 點擊率：導語華北電力大學電力工程系、河北省輸變電裝備電磁與結構性能重點實驗室（籌）、新能源電力系統國家重點實驗室（華北電力大學）的研究人員趙小軍、曹越芝、劉蘭榮、王佳雯、程志光，在2021年第1期《電工技術學報》上撰文，基于TEAM-P21c基準模型深入研究交直流混合激勵下變壓器中疊片式磁構件雜散損耗的數值模擬及實驗驗證方法。考慮空載、負載條件下線圈損耗的差異，提出一種基于實驗確定結構件雜散損耗的改進方法。
隨著我國高壓直流輸電系統（HVDC）的迅速發展和廣泛應用，換流變壓器作為系統中的關鍵電氣設備，其損耗分布是設計過程中備受關注的問題之一。而換流變壓器需經常工作在交直流混合激勵下，加劇了漏磁場和雜散損耗分布的不合理性，設備局部過熱和運行故障的風險也隨之增加，因此磁構件損耗問題的研究面臨著更嚴峻的挑戰。
研究交直流混合激勵條件下變壓器磁構件中磁場及損耗分布情況，可在變壓器的設計過程中采取有效措施以降低雜散損耗，對電網的安全穩定運行、產品設計和結構優化具有重要的理論價值。
為研究變壓器結構件損耗模擬及局部過熱問題，程志光博士提出了TEAM Problem 21基準族模型。基于這些基準模型，相關學者對三維渦流和雜散場損耗進行了大量的研究工作。程志光等學者研究了磁性能和電源頻率的變化對硅鋼片內部雜散損耗的影響。C. Ragusa等學者研究了無取向硅鋼片在偏磁激勵下的損耗。H. Hauser提出利用磁滯模型的方法計算雜散損耗。朱占新等學者提出了用解析解和數值解相結合的方法計算電力變壓器漏磁場和漏磁場損耗，計算分析了諧波激勵下結構件的雜散損耗。
鄭偉英等學者提出了一種子空間校正方法，有效地解決了硅鋼疊片三維非線性渦流問題。劉亞青等學者計算和分析了諧波磁化作用下繞組中的渦流損耗和結構件中的雜散場損耗。趙志剛等學者指出交直流混合激勵下可用直流磁化曲線描述材料的磁性能，提出基于改進后的損耗計算三項式模型，通過瞬態場仿真求解激勵線圈損耗，利用實驗測量的模型總損耗減去相同工況下的線圈損耗仿真計算值，得到間接確定的電磁裝備結構件中雜散損耗。
上述研究中，仍有一些關鍵問題亟待進一步解決：①目前雜散損耗問題的研究多數為正弦激勵條件，交直流混合激勵下材料損耗數據測量難度增大而該方面研究卻相對較少；②以往的研究未考慮空載狀態和負載狀態下線圈損耗的差異，給磁構件雜散損耗的確定帶來一定誤差；③交直流激勵的改變對材料磁特性以及對應雜散損耗和附加損耗的影響規律有待深入研究。
在考慮激勵線圈在負載和空載兩種不同條件下損耗變化的前提下，華北電力大學的研究人員改進了磁構件損耗的實驗測定方法，提出了一種有效、實用的交直流混合激勵下損耗計算模型；基于TEAM-P21c基準模型，建立了三維交直流混合激勵條件下硅鋼疊片內部雜散損耗的實驗平臺，通過分別對比空間漏磁場與雜散損耗結果的計算值與測量值，驗證了該方法的有效性。
圖1 BROCKHAUS磁性能測量系統
研究人員通過分別改變交、直流分量研究二者對疊片式磁構件雜散損耗的影響；計算和分析了硅鋼疊片作為磁構件時，疊片內附加損耗的分布及其對雜散損耗的影響。最后，得出如下結論：
圖2 實驗平臺
1）根據直流條件下鐵損的特征，提出考慮偏置場影響的鐵損分離模型，并將其應用于偏磁下三維雜散損耗的數值模擬及分析。
2）考慮空、負載下漏磁場不同對磁構件雜散損耗計算的影響，提出一種基于實驗測量確定疊片式磁構件中的雜散損耗的改進方法，并通過精細化建模和媒質參數等效處理進行數值仿真，有效地提高了大型電力變壓器的雜散損耗評估的準確性。
3）交直流混合激勵下，隨著交流激勵增大，磁構件的雜散損耗明顯增加；當交流激勵不變時，增大直流激勵將引起磁構件內雜散損耗的增大。
4）垂直進入疊片的漏磁通引起的附加損耗占雜散損耗比例較大，且主要分布在靠近激勵線圈的兩塊硅鋼疊片中，隨著從激勵線圈到疊片的距離迅速減小；交流激勵不變時，直流激勵的增大將導致附加損耗的增大。
以上研究成果發表在2021年第1期《電工技術學報》，論文標題為“交直流混合激勵下變壓器用疊片式磁構件雜散損耗問題的數值模擬及實驗驗證”，作者為趙小軍、曹越芝、劉蘭榮、王佳雯、程志光。
