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變壓器作為電網(wǎng)中極其重要的設(shè)備，其安全穩(wěn)定運(yùn)行直接影響電力系統(tǒng)的穩(wěn)定及安全。截至2020年底，我國特高壓線路累計(jì)長度3.6萬km，累計(jì)輸送電量2.1萬億kW?h。隨著我國特高壓線路的建設(shè)與使用，由高壓直流輸電單極大地回路運(yùn)行侵入交流系統(tǒng)中的直流電流所產(chǎn)生的變壓器直流擾動(dòng)問題常有發(fā)生。

變壓器直流擾動(dòng)狀態(tài)下勵(lì)磁電流畸變、鐵心工作點(diǎn)偏移至飽和區(qū)域，從而導(dǎo)致電流畸變、內(nèi)部構(gòu)件振動(dòng)加劇等問題，嚴(yán)重時(shí)將導(dǎo)致變壓器電磁、機(jī)械失穩(wěn)，危害變壓器及電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行。因此，針對(duì)變壓器直流擾動(dòng)狀態(tài)下電磁-振動(dòng)參數(shù)變化的研究具有重要意義。

針對(duì)變壓器直流擾動(dòng)問題，較多學(xué)者開展了相關(guān)研究。但是現(xiàn)有研究主要針對(duì)變壓器直流偏磁狀態(tài)下電流、振動(dòng)變化問題進(jìn)行研究，未深入分析電磁-振動(dòng)參數(shù)變化的對(duì)應(yīng)情況，無法實(shí)現(xiàn)通過可量測(cè)參數(shù)（電磁參數(shù)）反映內(nèi)部不可觀測(cè)參數(shù)（機(jī)械振動(dòng)參數(shù)）的目的。

針對(duì)上述問題，吉林省電力有限公司四平供電公司的研究人員研究三相三柱式變壓器不同直流擾動(dòng)狀態(tài)下繞組電流、勵(lì)磁電流及繞組/鐵心振動(dòng)特性的變化情況。建立變壓器電磁-振動(dòng)模型，分析變壓器振動(dòng)機(jī)理，基于電磁-機(jī)械順序耦合算法，搭建仿真模型，對(duì)不同直流擾動(dòng)水平下變壓器繞組電流、勵(lì)磁電流及繞組/鐵心振動(dòng)加速度進(jìn)行仿真計(jì)算，分析電磁參數(shù)與振動(dòng)參數(shù)的變化情況。

圖1 變壓器電磁-機(jī)械順序耦合算法

他們搭建動(dòng)模實(shí)驗(yàn)平臺(tái)采集不同狀態(tài)下繞組電流、勵(lì)磁電流及振動(dòng)加速度，對(duì)比仿真結(jié)果與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，驗(yàn)證模型的有效性及方法的正確性。最后建立電磁參數(shù)與振動(dòng)參數(shù)映射關(guān)系，通過電磁參數(shù)反映振動(dòng)參數(shù)變化，為變壓器直流擾動(dòng)問題提供新的輔助決策手段。

圖2 變壓器仿真模型

圖3 實(shí)驗(yàn)原理接線

研究人員最后得出以下結(jié)論：

1）基于電磁-機(jī)械順序耦合原理建立三相三柱式變壓器直流擾動(dòng)模型，該模型能夠有效計(jì)算變壓器直流擾動(dòng)狀態(tài)下繞組電流、勵(lì)磁電流及振動(dòng)加速度情況。通過對(duì)比仿真結(jié)果和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，驗(yàn)證了該模型的正確性。

2）變壓器直流擾動(dòng)狀態(tài)下，繞組電流基本不變，但勵(lì)磁電流嚴(yán)重畸變；繞組振動(dòng)加速度變化較小，但受到勵(lì)磁問題影響，鐵心振動(dòng)加速度特征值相比于正常運(yùn)行升高至原來的1.5倍，且中頻振動(dòng)加劇。電磁-振動(dòng)參數(shù)的變化危害變壓器的安全穩(wěn)定運(yùn)行，通過直流擾動(dòng)系數(shù)及負(fù)載率可表征繞組/鐵心振動(dòng)加速度、勵(lì)磁電流總諧波畸變率的變化情況，為變壓器直流擾動(dòng)狀態(tài)下多物理參數(shù)變化問題提供輔助分析手段。

本文編自2022年第1期《電氣技術(shù)》，論文標(biāo)題為“基于電磁-機(jī)械順序耦合的變壓器直流擾動(dòng)振動(dòng)特性研究”，作者為劉建樹、孫立濤 等。