【摘要】：介紹了配電變壓器電磁特性,分析了負載率、空載損耗、負載損耗對變壓器效率的變化趨勢。利用有限元方法和MATLAB聯(lián)合建模仿真,分析實際電網(wǎng)工況中的諧波畸變率和不同負載類型對變壓器損耗的影響。
【圖文】：

第11期劉旭光、趙仰東、劉斌等：基于有限元方法的諧波對變壓器損耗特性分析仿真圖1效率變化趨勢圖∞PFe=P1(1+∑Cfn1.3Bmn2GCf11.3Bm12G)n=2∞=P1(1+∑n1.3HRIn2)（1）n=2式中,PFe為空載損耗；P1為基波空載損耗；C為空載損耗系數(shù)；f為電網(wǎng)頻率；G為鐵心質(zhì)量；n為諧波次數(shù)；Bmn為第n次諧波磁通密度最大值；HRIn為第n次諧波含有率。由式（1）可知諧波電壓含量越大，其鐵損越大；諧波次數(shù)越大，其變壓器磁滯損耗越校為直觀分析比較不同電壓諧波畸變率對鐵磁材料的影響，后面章節(jié)將對上述進行仿真驗證。2.2集膚效應(yīng)特性當變壓器處于滿載狀態(tài)或重載時，若其輸入變壓器繞組的諧波電流畸變率較大，變壓器的安全可靠性將降低。通常情況下，變壓器低壓側(cè)接入非線性負載，繞組將發(fā)生集膚效應(yīng)。當交流電流流過繞組時形成渦流，繞組內(nèi)部分布不均勻，最終聚集到表面，隨著頻率增加，集膚效應(yīng)越明顯。導體每個單位長度的電阻和電感計算公式如式（2）所示：R=12πrσδL=12ωπrσδ（2）δ=2ωμσ姨式中，R為導體單位長度電阻；L為單位長度電感；r為導體半徑；σ為電導率；δ為集膚深度；ω為角頻率；μ為磁導率。由式（2）可知，當輸入的電流頻率越大，其阻抗值越大，諧波電流畸變率較大時，電流密度分布不均勻，減小導體有效截面積，導體電阻值增大。以工頻電流時的電阻和電感為基準，其不同頻率諧波的電阻值為n姨倍，電抗近似為基波值。當諧波存在時，考慮集膚效應(yīng)對于變壓器損耗計算更加準確。2.3變壓器效率解析諧波加劇變壓器損耗，從而影響無功經(jīng)濟容量的選取，選擇變壓器容量時將諧波因素考慮其中十分必要。通常計算?

第54卷圖5負載損耗曲線圖實線和虛線分別為變壓器低壓側(cè)電壓、電流諧波，隨著變壓器激勵源畸變率變大，其電網(wǎng)失真度越大。3.1空載損耗筆者為更加直觀驗證分析諧波畸變率對鐵心材料的磁滯回線變化，利用RC積分原理進行變壓器的磁滯曲線仿真，其結(jié)果如圖3所示。由于磁性材料對外加磁場作用的磁滯現(xiàn)象，磁性材料在磁場中反復正、反向磁化時發(fā)熱，產(chǎn)生的熱量由外加磁場造成，其反復磁化過程中能量的損耗就是磁滯曲線包圍面積，由圖3可知隨著電壓畸變率增大，其曲線面積增大，且易出現(xiàn)飽和現(xiàn)象，該結(jié)果也驗證了諧波增大對空載損耗增大的理論。依據(jù)協(xié)同仿真可得其空載損耗曲線，如圖4所示。由圖4可知，電壓諧波為0.01%時，其空載損耗為146.91W，與設(shè)計值相比其誤差較校當電壓畸變率增大時，雖然損耗曲線的最大值略降低，但是其空載損耗曲線平均值增大，這是由于鐵磁材料本身特性引起的；當畸變率增大到一定數(shù)值時，其空載損耗超過設(shè)計標準值。3.2負載損耗負載損耗約占變壓器損耗70%~80%，通常計算負載損耗時，采用理想電流源進行計算，但其計算公式常采用一些經(jīng)驗參數(shù)進行計算，故與實際損耗存在些許誤差，為分析諧波源對負載損耗的影響，，本文中筆者應(yīng)用MATLAB和有限元分析軟件進行聯(lián)合仿真，其不同電流畸變率的損耗曲線如圖5所示。圖2不同諧波畸變率電壓、電流圖圖3不同諧波畸變率情況下磁滯曲線圖4空載損耗曲線圖42
【作者單位】： 南瑞集團公司(國網(wǎng)電力科學研究院);上海置信電氣股份有限公司;南昌航空大學;
【分類號】：TM41

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本文編號：2517966