直流入侵三相三柱变压器励磁电流及谐波计算

　　2006年　　5月

第32卷第5期

高　电　压　技　术

HighVoltageEngineering

Vol.32No.5

May.　

2006

69

直流入侵三相三柱变压器励磁电流及谐波计算

李晓萍,文习山,樊亚东,张　宇,蓝　磊,陈慈萱

(武汉大学电气工程学院,武汉430072)

摘　要:直流输电系统单极运行时一大地为直流电流的回路,导致大地电位相对于无限远处升高。直流电流通过两个Y0连接的变压器中性点侵入电力系统,故针对三相三柱变压器直流入侵情况建立了直流入侵下的三相三柱变压器的电路模型和相应的方程,结合三柱磁路的麦克斯韦方程和非线性的B—H曲线方程,利用数字迭代法,在MATLAB环境下编程计算了三相三柱变压器直流入侵下的变压器励磁电流和谐波特征。结果表明直流入侵三相三柱变压器下并无磁通的偏移,励磁电流波形亦无畸变,但波形总体沿纵轴方向平移,平移大小为入侵直流电流的大小,励磁电流增加了直流分量,这将增加电路的电阻性热损耗,其它次谐波没有变化,结论为直流入侵三相三柱变压器没有直流偏磁现象。这与文[7]的试验结果完全一致,从计算上验证了试验结果。关键词:三相三柱变压器;直流入侵;非线性单值曲线;励磁电流;谐波中图分类号:TM429文献标识码:A文章编号:100326520(2006)0520069204

ComputationofExcitingCurrentHandThreeLimbsTULIXiaoping,WEN,,LANLei,CHENCixuan(rical,University,Wuhan430072,China)

Abstract:intoearthinthecaseofsingle2poleoperationinDCpowertransmissionsystem,whichleadsrisingofgroundingspotofnearbytransformersofACtransmissionsystem.DCcurrentflowsinthewindingsoftransformerthroughthegroundingspotofY02connectedtransformerofACsystem.Fromresearch,Itisknownthatthefluxofsingle2phasetransformerwouldoffsetandexcitingcurrentofsingle2phasetransformerwouldbedistortedunderDCcurrentinrushing.Inthispaper,takingthree2phasethreelimbstransform2er(6300kVAcapacityand110kVAvoltagerate)asexample,http://www.77cn.com.cningMaxwellequationinquasi2stationaryinmagneticcircuitandnonlinearsingle2valuecurveequationofcore,sixindependentequationsisobtained.Aseriesoftransformsaremadeandama2trixequationisformed.Thematrixequationisdispersedandsolvedbyiterativemethod.Thewaveformandhar2monicsoffluxandexcitingcurrentforthree2phaseandthreelimbstransformeraregainedinMATLAB.Theresultscouldbegeneralizedasfollowing.Excitingcurrentofthree2phasethreelimbstransformerissmallerthanthatofsin2gle2phasetransformerwithsameratedpowerbecauseofthemagneticcouplingamongthreelimbs.Theexcitingcur2rentofmiddlelimbwhichcontainedlargerthirdorderharmonichastwopeakvaluesandisdistortedmostseverely.Theharmonicsofexcitingcurrentcontainedfirstandlowoddordercomponents.DCinrushingwillnotleadtofluxbiasbecauseofthecounteractionofDCfluxamongthethreelegs.Thewaveformofexcitingcurrentkeepsun2changedunderDCinrushing.DCcurrentinrushingthree2phasethreelimbscouldleadtoheatlossincreasinginpow2ersystemandcouldnotmaketheexcitingcurrentdistort.Thecomputationresultisconsistentwithexperimentalre2sultofdocument[7].

Keywords:three2phasetransformerwiththreelegs;DCinrushing;nonlinearsingle2valuecurve;excitingcurrent;harmonics

0　引　言

在变压器绕组中存在直流和交流电流并存的情况。由于变压器铁心的非线性,直流的入侵可能使变压器励磁电流产生畸变,从而导致由于谐波产生的一系列后果。国外针对地磁感应电流(近似视为直流电流)对电力系统的影响进行了一些计算和试验研究[128]。发现变压器直流偏磁下将产生丰富的谐波,但对具体不同磁路结构的变压器耐直流的能

力并未有定量的计算。我国关于这方面的研究近几年也开始得到重视,对直流偏磁对电力系统的影响进行了一定的讨论[9216],但还需要进一步深入计算和试验。对于组式三相变压器,三相之间相对独立,直流的入侵对三相变压器的影响可视为对单相变压器的影响,在前面研究中已对直流入侵单相变压器进行了仿真计算[12],结果是直流入侵单相变压器导致单相变压器直流偏磁使励磁电流畸变严重,将产生一次、二次等丰富的谐波。本文将对两种磁路结

70 May.2006High　Voltage　EngineeringVol.32No.5　

(4)

构三相三柱变压器遭遇直流入侵后可能产生的后果

进行定量和定性的研究。1　电路模型及原理分析1.1　电路模型

p-1/p

B=f(H)=K1H(1

+|H/Fm0|)+K2H,

其中K1,K2,p,Fm0是经验性的参数,B为每相的磁场密度,H为磁场强度。这个函数曲线与铁心的单值曲线非常吻合。改变K1可改变变压器的工作磁密,K1越大,磁密越大;K2决定非线性段的斜率,K2越大,斜率越大;Fm0是铁心开始饱和的磁密;p是非线性程度的反映。通过改变这4个参数使曲线行为接近不同变压器的非线性特性。1.3　平面式三相不平衡三柱变压器分析平面式三相三柱变压器磁路的示意及等效磁路见图2、3,l1、l2、l3分别为三相三柱的等效磁路长度;H1、H2、H3分别是某一瞬时三柱的磁场强度;R′R′R′Rm2、Rm3m1、m2、m3和Rm1、

′m是轭的等效,Ni1、Ni、N。

图1为其中一个变压器的等效电路,而电路连

接形式相同、磁路结构不同的变压器,其等效电路相同。考虑到变压器直流偏磁下的非线性电感和增加的非线性热损耗、附加损耗,L′L′L′R′R′1、2、3和R′1、2、3分别表示三相变压器三柱的非线性电感和非线性电阻,Rs1、Rs2、Rs3为三相电源的阻抗,R1、R2、R3和L1、L2、L3为输电线的线性电阻和漏电感,M表示线圈通过铁心之间的非线性互感,u1,u2,u3是电源的交流电压,i1,i2,i3是三相空载下的励磁电流,U0为由于地电位升高形成的直流电压

。

图1　三相变压器的直流入侵的电路模型

Fig11　Circuitmodelofthree2phase

transformerunderDCbias

图2　等效磁路示意图

Fig12　Sketchmapofmagneticcircuit

图3　等效磁路

Fig13　Equivalentmagneticcircuit

变压器的模型中非线性电阻包含了变压器的涡

流损耗、磁滞回线损耗和其它的附加损耗,为简化起见,实际计算中,可以忽略变压器涡流损耗、热损耗和附加损耗,这对分析结果没有影响。由等效电路中每相线路和中性线所构成的回路,得到其满足的电路方程矩阵。

　[u+U0]=[Rs+R][i]+[L][di/dt]+[N][dφ/dt]。(1)　　写出三相的电路方程如下:

u1(t)+U0-(Rs1i1(t)+R1i1(t)+L1u2(t)+U0-(Rs2i2(t)+R2i2(t)+L2

　　由于铁心的非线性和在不同的直流偏磁下,漏磁的分布无法确定,且非线性的磁阻需要知道每柱的磁场分布,所以要确定磁路中的参数很困难,运用磁路方程来求变压器磁场的分布有着难以逾越的障碍。由于变压器磁场频率是工频,为了分析问题的方便,将直接运用铁心准静态下磁场的麦克斯韦方程结合前面的电路方程来求解。

根据准静态下的麦克斯韦积分方程

Hdl=JdS+5D/5tdS,

∮∫∫

BdS=0。∫

S

S

)=e1(t)=N,dtdt)=e2(t)=N,dtdt

(5)(6)

(2)

)=e3(t)=Nu3(t)+U0-(Rs3i3(t)+R3i3(t)+L3。dtdt

对于三相对称电源来说,

u1(t)+u2(t)+u3(t)=0。

…… 此处隐藏：7936字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……