河北工大科研人员提出谐波及直流偏磁下变压器杂散损耗的测量方法

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在应对大容量和远距离输电需求方面，高压直流输电具有明显优势。作为高压直流输电的核心装备之一，换流变压器起到连接交流电路和直流电路的重要作用。换流变压器在实际运行时，绕组励磁电流中通常会包含谐波分量和直流分量。由于谐波分量产生谐波漏磁场，会使得结构件中的杂散损耗也相应得到增加，更容易出现局部过热问题。

直流偏磁会导致换流变压器的励磁电流畸变，引起铁心振动以及噪声加剧等问题。因此，研究换流变压器在含有谐波和直流偏磁下的杂散损耗具有重要意义。而目前对大型电力变压器杂散损耗问题的研究，多是单独考虑谐波或直流偏磁的影响，缺少对两者共同作用时变压器漏磁场和杂散损耗的研究。

为研究电力变压器叠片式磁屏蔽在谐波和直流偏磁条件下的杂散损耗，省部共建电工装备可靠性与智能化国家重点实验室（河北工业大学）、保变电气输变电技术研究院的科研人员张长庚、田亚坤、李永建 等，在2022年第15期《电工技术学报》上撰文，对TEAM P21基准族（V.2009）进行拓展改进，针对国际电磁场计算学会（International Compumag Society, ICS）批准的TEAM P21e（V.2021）基准模型问题进行了实验和模拟计算。

图1 杂散损耗测量平台

他们增加激励线圈匝数，增大导线截面积和磁屏蔽叠片的尺寸。搭建变压器杂散损耗测量平台，提出并实现了谐波及直流偏磁下杂散损耗的测量方法。测量得到取向硅钢片在谐波和直流偏磁下的磁性能数据，完成了复杂激励条件下杂散场和损耗的多工况三维瞬态有限元计算。通过的对比，验证了测量方法及仿真计算的有效性。

图2 磁性能测量系统

研究人员结合杂散场和损耗的仿真与实验结果，分析了谐波和直流偏磁下杂散损耗的分布及其影响，得到以下结果及结论：

• 1）测量得到了硅钢片在不同谐波和直流偏磁下的磁特性数据和损耗曲线，谐波次数增加和直流磁场增大都会引起损耗的增加。
• 2）验证磁通补偿法在谐波和直流偏磁下的准确性并完成了杂散损耗的实验测量；建立实际模型对应的三维仿真模型，计算得到了电力变压器磁屏蔽在谐波和直流偏磁下的杂散损耗，仿真结果和实验结果具有较好的一致性。
• 3）当激励中含有谐波和直流偏磁时，采用实际工况对应的磁性能和损耗数据的杂散损耗计算结果更为准确，而忽略谐波和直流偏磁影响的正弦激励下磁性能和损耗数据将不再适用。
• 4）硅钢叠片中的杂散损耗随着叠片到激励线圈距离的增大而减小，主要分布在前5片中；硅钢叠片的附加损耗在杂散损耗中所占比例较大，且易受谐波和直流偏磁影响。

他们最后表示，这些研究成果有助于变压器磁屏蔽的优化设计和提高电磁设备的可靠性，对电力变压器磁屏蔽的优化设计具有一定的参考意义。

本文编自2022年第15期《电工技术学报》，论文标题为“谐波及直流偏磁下变压器叠片式磁屏蔽杂散损耗模拟与验证”。本课题得到国家自然科学基金、国家自然科学基金重大研究计划重点支持项目和河北省创新群体项目的支持。

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