日冕物質(zhì)拋射(coronal mass ejection, CME)是指等離子體和磁場(chǎng)突然從日冕中大量噴發(fā)。如果噴發(fā)的方向朝向地球,大量的高能帶電粒子與地磁場(chǎng)作用就造成地球磁暴現(xiàn)象。帶電粒子形成的電噴在變化的地球磁場(chǎng)作用下,在地球表面可誘發(fā)每公里幾十伏,持續(xù)時(shí)間從幾分鐘到幾小時(shí)的地表面電勢(shì)(earth surface potential, ESP)。
當(dāng)這一電勢(shì)作用于電力系統(tǒng)時(shí),會(huì)在系統(tǒng)長(zhǎng)距離輸電線路中產(chǎn)生地磁感應(yīng)電流(geomagnetically induced current, GIC),其峰值可達(dá)數(shù)百安,這個(gè)電流變化頻率遠(yuǎn)低于1Hz,呈準(zhǔn)直流狀態(tài)。研究發(fā)現(xiàn),當(dāng)GIC流入中性點(diǎn)接地的大型電力變壓器時(shí),就會(huì)造成變壓器鐵心在工作頻率的每個(gè)半周期出現(xiàn)嚴(yán)重的磁飽和現(xiàn)象,這將對(duì)變壓器產(chǎn)生嚴(yán)重的有害影響,進(jìn)一步還會(huì)危及電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行。
GIC對(duì)變壓器影響的研究一直受到電網(wǎng)運(yùn)營(yíng)商、設(shè)備制造商及學(xué)術(shù)界的重視。常規(guī)有限元分析考慮材料屬性為線性,激勵(lì)和響應(yīng)皆為正弦信號(hào)。對(duì)于地磁感應(yīng)電流問題,需要考慮鐵心的半周期飽和及非對(duì)稱磁化電流引起的飽和,常規(guī)有限元分析難以滿足工程應(yīng)用。
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傳統(tǒng)解析方法難以模擬地磁感應(yīng)電流直流偏磁引起的變壓器飽和特性變化。沈陽(yáng)工程學(xué)院電力學(xué)院、遼沈工業(yè)集團(tuán)的研究人員,著重研究了如何從工程應(yīng)用角度,找出在GIC影響條件下變壓器磁化電流、損耗及溫升可行性計(jì)算方法,為GIC影響地區(qū)的電力變壓器提供設(shè)計(jì)參考。
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研究者通過有限元與PSCAD迭代聯(lián)合計(jì)算,研究地磁感應(yīng)電流影響的電力變壓器運(yùn)行特性的變化,首先基于有限元研究變壓器鐵心飽和運(yùn)行條件下勵(lì)磁特性計(jì)算方法,基于變壓器鐵心飽和特性曲線搭建PSCAD的地磁感應(yīng)電流影響下磁化電流仿真模型,最終基于PSCAD與三維渦流場(chǎng)耦合分析,提出地磁感應(yīng)電流影響下的變壓器損耗及溫升計(jì)算方法。并得到以下結(jié)論。
以上研究成果已發(fā)表在2020年第1期《電氣技術(shù)》雜志,論文標(biāo)題為“大地直流偏磁影響下電力變壓器損耗及溫升計(jì)算研究”,作者為邢軍強(qiáng)、王菲、韓剛、邱巍、于力。