电力变压器涡流损耗计算和屏蔽效果研究

发布时间：2017-09-18 23:30

  本文关键词：电力变压器涡流损耗计算和屏蔽效果研究

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【摘要】：随着电力变压器的容量等级和电压等级的不断提高,变压器各结构件承受的漏磁通密度大幅度增加,这些漏磁会在变压器的金属结构件中感应出涡流,形成涡流损耗,不仅会浪费能源降低变压器的运行效率,还可能在变压器结构件中形成局部过热。因而需要相应的屏蔽措施来合理解决结构件中的漏磁问题。针对大容量电力变压器结构件涡流损耗和屏蔽问题,本文以一台334MVA单相自耦变压器为研究对象,首先计算分析了变压器二维漏磁场的大小和分布情况,并将仿真结果与理论计算结果相比较,验证了Maxwell有限元软件计算变压器二维漏磁场的正确性。利用三维瞬态有限元法对变压器箱体的涡流损耗和屏蔽做了计算研究,在考虑箱体材料的非线性和磁屏蔽叠片各向异性非线性磁特性情况下,本文计算分析了箱体不同屏蔽方式和屏蔽结构的屏蔽特性,分别计算了配置箱体前后侧磁屏蔽、增加上下磁屏蔽和增添箱体拐角铜屏蔽三种屏蔽方案下箱体的磁场和涡流损耗,并对箱体前后侧磁屏蔽依次从屏蔽板的宽度、屏蔽板的高度、屏蔽板的厚度、屏蔽板间的间距以及屏蔽板与箱体间的距离五个方面进行了屏蔽结构优化。基于计算结果,总结了箱体不同屏蔽方式和屏蔽结构的屏蔽特性。对变压器夹件的损耗及其屏蔽措施做了研究。通过对夹件涡流损耗的瞬态精确计算与表面阻抗法的近似计算作对比,找到夹件材料的等效磁导率,然后,针对夹件的损耗分布情况,提出了四种相应的屏蔽方案,利用表面阻抗法计算的快速性对所提出的四种屏蔽方案做优化研究,比较不同屏蔽方案下屏蔽效果的优劣性,得出适于夹件的屏蔽结构。并进一步通过对U型屏蔽方案的优化过程做瞬态计算,验证表面阻抗法在夹件添加磁屏蔽后计算的准确性,得出了在给夹件选择了合适的等效磁导率后,采用表面阻抗法计算得到的结果具有比较高的计算精度。最后对变压器的箱体和夹件做了磁热耦合分析,以结构件的涡流损耗计算结果作为热源载荷进行加载,得到了箱体和夹件在没有磁屏蔽和有磁屏蔽情况下的温度分布。验证了在没有屏蔽措施时,变压器箱体和夹件都会出现局部过热问题,在采取不同磁屏蔽措施后可不同程度的将低变压器箱体和夹件的温升。
【关键词】：电力变压器 三维瞬态场 漏磁场 涡流损耗 电磁屏蔽 局部过热
【学位授予单位】：华北电力大学(北京)
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM41
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第1章 绪论10-15
• 1.1 选题背景及研究意义10-11
• 1.2 国内外研究现状11-13
• 1.2.1 涡流损耗的计算方法11-13
• 1.2.2 降低变压器结构件损耗方法13
• 1.3 本文主要研究内容13-15
• 第2章 变压器漏磁场分析计算15-23
• 2.1 电磁场分析的有限元基本理论15-17
• 2.2 变压器漏磁场原理分析17-18
• 2.3 变压器二维漏磁场计算及验证18-22
• 2.4 本章小结22-23
• 第3章 变压器箱体涡流损耗计算与屏蔽研究23-37
• 3.1 引言23
• 3.2 Maxwell 3D瞬态求解算法精确性验证23-25
• 3.3 变压器有限元模型25-27
• 3.3.1 模型建立25-26
• 3.3.2 材料属性26
• 3.3.3 边界条件与激励源26
• 3.3.4 网格剖分26-27
• 3.3.5 求解设置27
• 3.4 无屏蔽时的计算结果27-29
• 3.5 不同屏蔽方案时的计算结果29-33
• 3.5.1 屏蔽方案一29-30
• 3.5.2 屏蔽方案二30-31
• 3.5.3 屏蔽方案三31-33
• 3.6 不同屏蔽结构的屏蔽效果研究33-36
• 3.6.1 屏蔽宽度对箱体涡流损耗的影响33-34
• 3.6.2 屏蔽高度对箱体涡流损耗的影响34
• 3.6.3 屏蔽厚度对箱体涡流损耗的影响34
• 3.6.4 屏蔽板间距对箱体涡流损耗的影响34-35
• 3.6.5 屏蔽板到箱壁距离对箱体涡流损耗的影响35-36
• 3.7 本章小结36-37
• 第4章 变压器夹件涡流损耗计算与屏蔽研究37-48
• 4.1 引言37-38
• 4.2 无屏蔽时夹件涡流损耗计算38-40
• 4.2.1 瞬态求解器中基于趋肤深度内分层剖分的计算结果38-39
• 4.2.2 涡流求解器中基于表面阻抗法的计算结果39-40
• 4.3 不同屏蔽方法的屏蔽效果研究40-47
• 4.3.1 水平磁屏蔽板对夹件涡流损耗的影响40-42
• 4.3.2 L型磁屏蔽对夹件涡流损耗的影响42-43
• 4.3.3 倒L型磁屏蔽对夹件涡流损耗的影响43-45
• 4.3.4 U型磁屏蔽对夹件涡流损耗的影响45-47
• 4.4 本章小结47-48
• 第5章 变压器温度场计算48-58
• 5.1 引言48-49
• 5.2 基本传热学理论49-51
• 5.2.1 传热方式和边界条件49-50
• 5.2.2 导热问题的数学描述50-51
• 5.3 变压器温度场计算51-57
• 5.3.1 磁热耦合关系的建立52-53
• 5.3.2 箱体的热分析53-55
• 5.3.3 夹件的热分析55-57
• 5.4 本章小结57-58
• 第6章 结论与展望58-60
• 参考文献60-64
• 攻读硕士学位期间发表的论文及参加的科研工作64-65
• 致谢65

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前3条

1 李龙女;李岩;井永腾;张博;;电力变压器漏磁场与杂散损耗计算的研究[J];电工技术学报;2013年S2期

2 张艳丽;晏冰;崔萧;谢德馨;朱占新;孙小光;王禹雄;;大型单相电力变压器结构件三维漏磁场计算[J];沈阳工业大学学报;2013年06期

3 张良县;陈模生;于健;彭宗仁;谢庆峰;龚宜祥;;特高压换流变压器涡流损耗计算与屏蔽分析[J];变压器;2013年03期

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本文编号：878181