基于电磁–机械耦合原理的变压器三相不平衡运行绕组振动模–态特征
发布时间：2021-07-09 09:00
针对变压器三相不平衡运行所造成的绕组不平衡受力振动问题,研究变压器在不同运行模-态下的绕组电流、内部漏磁及振动特性。基于电磁原理建立变压器模-态分析状态方程,通过电磁-机械耦合求解绕组振动加速度,在此基础上构建变压器三维有限元仿真模型。仿真分析不同运行模-态下端口电流、磁密分布以及受力振动,研究变压器电磁参数与绕组振动特性的变化及其对应关系。搭建动模实验平台,测量在不同条件下绕组电流及振动加速度。对变压器不平衡运行的研究结果表明,20%不平衡度条件下,不平衡相绕组受力及振动加速度可增加1倍,三相绕组的不平衡振动加速度相差约2倍,严重危害变压器内部结构的稳定性。
【文章来源】：中国电机工程学报. 2020,40(14)北大核心EICSCD
【文章页数】：14 页
【部分图文】：
0运行模式电流仿真结果-40.010.030.05t/sibic
Fig.43-Dsimulationmodeloftransformer2.1正常运行模式设置变压器50%负载运行，负载电阻为25，仿真计算S0模式下原、副边电流，结果如图5所示。40-40.010.030.05t/si/AiAiBiCiaibic图5S0运行模式电流仿真结果Fig.5CurrentsimulationresultsinS0operationmode变压器工作于S0模式，接50%负载时，原边绕组电流有效值为0.86A，副边绕组电流为2.45A。以B相磁密最大时刻为例，分析变压器内部磁场环境，磁场分布如图6所示。此时，各相铁心主磁通均与其他两相构成闭合磁路，B相主磁通密度最大值为1.13T，A、C相铁心主磁通分布对称。B/mT0.26125.68251.11501.96752.811003.67376.53627.39878.241129.11图6S0运行模式主磁通密度分布Fig.6MainfluxdensitydistributioninS0operationmode
魅?嗖黄胶庠诵腥谱檎穸?（C态特征4697AA1AAAaaBB1BBBbbCC1CCCccaa2aaAaAbb2bbBbBcc2ccCcCuirLiMiuirLiMiuirLiMiuirLiMiuirLiMiuirLiMi(5)式中MAa、MBb、MCc为各相绕组原副边互感。1.2机械振动模型变压器绕组电磁力包含轴向及径向分量[9]，本文主要针对轴向电磁力作用下的绕组振动进行研究。在研究绕组机械振动过程时，可将其简化为由弹性联系的质量块所组成的机械系统[16-17]，绕组质量弹簧阻尼系统如图2所示。FyCKfFymmmmKKKeFyCCCFy垫块弹簧器线圈阻尼器图2绕组质量弹簧阻尼系统Fig.2Mass-spring-dampersystemofwinding绕组线饼以刚体质量块m表示，其线圈阻尼以阻尼器的形式表征，阻尼系数为C，垫块以刚度为K的受压弹簧表征，首末端垫块预紧力为Fy，建立绕组轴向机械振动动力学模型[18-19]，如式(6)所示。111()()[]()()nnfenmtCtKKKttgvsFG(6)式中：n为线饼数量；m为单个线饼质量；C为阻尼系数；Kf、Ke分别为首、末端垫块刚度系数；G为线饼总重力；g(t)、v(t)、s(t)分别为绕组节点加速度矢量(位移矢量二阶导数)、速度矢量(位移矢量一阶导数)、位移矢量。其中，C、Kf、Ke由变压器结构、材料及预紧力决定，目前的变压器绕组线饼多采用绝缘油纸包裹的铜制导线，绝缘垫块多由硫酸盐纸浆压制而成。研究表明，绕组线饼与绝缘垫块均为非线性应力材料，其中绕组线饼与绝缘垫块相比在刚度方面更难发生变化，?
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于振荡波的变压器绕组故障诊断方法研究[J]. 吴振宇,周利军,周祥宇,林桐,郭蕾,刘红文,江俊飞. 中国电机工程学报. 2020(01)
[2]单相变压器中部匝间短路电磁特性研究[J]. 潘超,陈祥,蔡国伟,石文鑫,衣双园,苏昊. 东北电力大学学报. 2019(05)
[3]基于应力–强度干涉模型的随机应力下变压器故障概率估算方法[J]. 程养春,白华颖,赵丽,郭绍伟. 中国电机工程学报. 2019(16)
[4]基于经验小波变换的变压器绕组结构衰退特征提取方法[J]. 洪凯星,章俊涛,许素安,黄海. 振动与冲击. 2019(14)
[5]基于温升特性的油浸式变压器负荷能力评估模型[J]. 李元,刘宁,梁钰,徐尧宇,林盾,穆海宝,张冠军. 中国电机工程学报. 2018(22)
[6]电力变压器绕组振动及传播特性研究[J]. 张凡,汲胜昌,师愉航,陆伟锋,黎大健,陈梁远. 中国电机工程学报. 2018(09)
[7]一种基于多元统计分析的变压器状态评判方法[J]. 程宏波,伦利,康琛,刘明军,辛建波,文福拴. 电网技术. 2018(08)
[8]基于“磁–机械”耦合场理论的电力变压器绕组振动特性研究[J]. 王丰华,段若晨,耿超,钱国超,卢勇. 中国电机工程学报. 2016(09)
[9]交直流混合模式下变压器动态电感参数辨识方法[J]. 潘超,孟涛,王梦纯,蔡国伟. 中国电机工程学报. 2015(24)
[10]基于参数辨识的变压器绕组变形在线监测方法[J]. 邓祥力,熊小伏,高亮,符杨,陈亚杰. 中国电机工程学报. 2014(28)
本文编号：3273447
【文章来源】：中国电机工程学报. 2020,40(14)北大核心EICSCD
【文章页数】：14 页
【部分图文】：
0运行模式电流仿真结果-40.010.030.05t/sibic
Fig.43-Dsimulationmodeloftransformer2.1正常运行模式设置变压器50%负载运行，负载电阻为25，仿真计算S0模式下原、副边电流，结果如图5所示。40-40.010.030.05t/si/AiAiBiCiaibic图5S0运行模式电流仿真结果Fig.5CurrentsimulationresultsinS0operationmode变压器工作于S0模式，接50%负载时，原边绕组电流有效值为0.86A，副边绕组电流为2.45A。以B相磁密最大时刻为例，分析变压器内部磁场环境，磁场分布如图6所示。此时，各相铁心主磁通均与其他两相构成闭合磁路，B相主磁通密度最大值为1.13T，A、C相铁心主磁通分布对称。B/mT0.26125.68251.11501.96752.811003.67376.53627.39878.241129.11图6S0运行模式主磁通密度分布Fig.6MainfluxdensitydistributioninS0operationmode
魅?嗖黄胶庠诵腥谱檎穸?（C态特征4697AA1AAAaaBB1BBBbbCC1CCCccaa2aaAaAbb2bbBbBcc2ccCcCuirLiMiuirLiMiuirLiMiuirLiMiuirLiMiuirLiMi(5)式中MAa、MBb、MCc为各相绕组原副边互感。1.2机械振动模型变压器绕组电磁力包含轴向及径向分量[9]，本文主要针对轴向电磁力作用下的绕组振动进行研究。在研究绕组机械振动过程时，可将其简化为由弹性联系的质量块所组成的机械系统[16-17]，绕组质量弹簧阻尼系统如图2所示。FyCKfFymmmmKKKeFyCCCFy垫块弹簧器线圈阻尼器图2绕组质量弹簧阻尼系统Fig.2Mass-spring-dampersystemofwinding绕组线饼以刚体质量块m表示，其线圈阻尼以阻尼器的形式表征，阻尼系数为C，垫块以刚度为K的受压弹簧表征，首末端垫块预紧力为Fy，建立绕组轴向机械振动动力学模型[18-19]，如式(6)所示。111()()[]()()nnfenmtCtKKKttgvsFG(6)式中：n为线饼数量；m为单个线饼质量；C为阻尼系数；Kf、Ke分别为首、末端垫块刚度系数；G为线饼总重力；g(t)、v(t)、s(t)分别为绕组节点加速度矢量(位移矢量二阶导数)、速度矢量(位移矢量一阶导数)、位移矢量。其中，C、Kf、Ke由变压器结构、材料及预紧力决定，目前的变压器绕组线饼多采用绝缘油纸包裹的铜制导线，绝缘垫块多由硫酸盐纸浆压制而成。研究表明，绕组线饼与绝缘垫块均为非线性应力材料，其中绕组线饼与绝缘垫块相比在刚度方面更难发生变化，?
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于振荡波的变压器绕组故障诊断方法研究[J]. 吴振宇,周利军,周祥宇,林桐,郭蕾,刘红文,江俊飞. 中国电机工程学报. 2020(01)
[2]单相变压器中部匝间短路电磁特性研究[J]. 潘超,陈祥,蔡国伟,石文鑫,衣双园,苏昊. 东北电力大学学报. 2019(05)
[3]基于应力–强度干涉模型的随机应力下变压器故障概率估算方法[J]. 程养春,白华颖,赵丽,郭绍伟. 中国电机工程学报. 2019(16)
[4]基于经验小波变换的变压器绕组结构衰退特征提取方法[J]. 洪凯星,章俊涛,许素安,黄海. 振动与冲击. 2019(14)
[5]基于温升特性的油浸式变压器负荷能力评估模型[J]. 李元,刘宁,梁钰,徐尧宇,林盾,穆海宝,张冠军. 中国电机工程学报. 2018(22)
[6]电力变压器绕组振动及传播特性研究[J]. 张凡,汲胜昌,师愉航,陆伟锋,黎大健,陈梁远. 中国电机工程学报. 2018(09)
[7]一种基于多元统计分析的变压器状态评判方法[J]. 程宏波,伦利,康琛,刘明军,辛建波,文福拴. 电网技术. 2018(08)
[8]基于“磁–机械”耦合场理论的电力变压器绕组振动特性研究[J]. 王丰华,段若晨,耿超,钱国超,卢勇. 中国电机工程学报. 2016(09)
[9]交直流混合模式下变压器动态电感参数辨识方法[J]. 潘超,孟涛,王梦纯,蔡国伟. 中国电机工程学报. 2015(24)
[10]基于参数辨识的变压器绕组变形在线监测方法[J]. 邓祥力,熊小伏,高亮,符杨,陈亚杰. 中国电机工程学报. 2014(28)
本文编号：3273447
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