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在應(yīng)對(duì)大容量和遠(yuǎn)距離輸電需求方面，高壓直流輸電具有明顯優(yōu)勢(shì)。作為高壓直流輸電的核心裝備之一，換流變壓器起到連接交流電路和直流電路的重要作用。換流變壓器在實(shí)際運(yùn)行時(shí)，繞組勵(lì)磁電流中通常會(huì)包含諧波分量和直流分量。由于諧波分量產(chǎn)生諧波漏磁場(chǎng)，會(huì)使得結(jié)構(gòu)件中的雜散損耗也相應(yīng)得到增加，更容易出現(xiàn)局部過熱問題。

直流偏磁會(huì)導(dǎo)致?lián)Q流變壓器的勵(lì)磁電流畸變，引起鐵心振動(dòng)以及噪聲加劇等問題。因此，研究換流變壓器在含有諧波和直流偏磁下的雜散損耗具有重要意義。而目前對(duì)大型電力變壓器雜散損耗問題的研究，多是單獨(dú)考慮諧波或直流偏磁的影響，缺少對(duì)兩者共同作用時(shí)變壓器漏磁場(chǎng)和雜散損耗的研究。

為研究電力變壓器疊片式磁屏蔽在諧波和直流偏磁條件下的雜散損耗，省部共建電工裝備可靠性與智能化國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室（河北工業(yè)大學(xué)）、保變電氣輸變電技術(shù)研究院的科研人員張長(zhǎng)庚、田亞坤、李永建 等，在2022年第15期《電工技術(shù)學(xué)報(bào)》上撰文，對(duì)TEAM P21基準(zhǔn)族（V.2009）進(jìn)行拓展改進(jìn)，針對(duì)國際電磁場(chǎng)計(jì)算學(xué)會(huì)（International Compumag Society, ICS）批準(zhǔn)的TEAM P21e（V.2021）基準(zhǔn)模型問題進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)和模擬計(jì)算。

圖1 雜散損耗測(cè)量平臺(tái)

他們?cè)黾蛹?lì)線圈匝數(shù)，增大導(dǎo)線截面積和磁屏蔽疊片的尺寸。搭建變壓器雜散損耗測(cè)量平臺(tái)，提出并實(shí)現(xiàn)了諧波及直流偏磁下雜散損耗的測(cè)量方法。測(cè)量得到取向硅鋼片在諧波和直流偏磁下的磁性能數(shù)據(jù)，完成了復(fù)雜激勵(lì)條件下雜散場(chǎng)和損耗的多工況三維瞬態(tài)有限元計(jì)算。通過的對(duì)比，驗(yàn)證了測(cè)量方法及仿真計(jì)算的有效性。

圖2 磁性能測(cè)量系統(tǒng)

研究人員結(jié)合雜散場(chǎng)和損耗的仿真與實(shí)驗(yàn)結(jié)果，分析了諧波和直流偏磁下雜散損耗的分布及其影響，得到以下結(jié)果及結(jié)論：

1）測(cè)量得到了硅鋼片在不同諧波和直流偏磁下的磁特性數(shù)據(jù)和損耗曲線，諧波次數(shù)增加和直流磁場(chǎng)增大都會(huì)引起損耗的增加。

2）驗(yàn)證磁通補(bǔ)償法在諧波和直流偏磁下的準(zhǔn)確性并完成了雜散損耗的實(shí)驗(yàn)測(cè)量；建立實(shí)際模型對(duì)應(yīng)的三維仿真模型，計(jì)算得到了電力變壓器磁屏蔽在諧波和直流偏磁下的雜散損耗，仿真結(jié)果和實(shí)驗(yàn)結(jié)果具有較好的一致性。

3）當(dāng)激勵(lì)中含有諧波和直流偏磁時(shí)，采用實(shí)際工況對(duì)應(yīng)的磁性能和損耗數(shù)據(jù)的雜散損耗計(jì)算結(jié)果更為準(zhǔn)確，而忽略諧波和直流偏磁影響的正弦激勵(lì)下磁性能和損耗數(shù)據(jù)將不再適用。

4）硅鋼疊片中的雜散損耗隨著疊片到激勵(lì)線圈距離的增大而減小，主要分布在前5片中；硅鋼疊片的附加損耗在雜散損耗中所占比例較大，且易受諧波和直流偏磁影響。

他們最后表示，這些研究成果有助于變壓器磁屏蔽的優(yōu)化設(shè)計(jì)和提高電磁設(shè)備的可靠性，對(duì)電力變壓器磁屏蔽的優(yōu)化設(shè)計(jì)具有一定的參考意義。

本文編自2022年第15期《電工技術(shù)學(xué)報(bào)》，論文標(biāo)題為“諧波及直流偏磁下變壓器疊片式磁屏蔽雜散損耗模擬與驗(yàn)證”。本課題得到國家自然科學(xué)基金、國家自然科學(xué)基金重大研究計(jì)劃重點(diǎn)支持項(xiàng)目和河北省創(chuàng)新群體項(xiàng)目的支持。