谐波对矿用干式变压器损耗及温升的影响.pdf

第 4 2卷 第 3期 2 0 1 6年 3月 工矿 自 动化 I n du s t r y an d M i ne Au t oma t i o n Vo 1 ． 4 2 NO ． 3 M a r ． 2 0 1 6 文 章编号 1 6 7 1 2 5 1 X 2 0 1 6 0 3 0 0 2 4 0 7 DO I 1 0 ． 1 3 2 7 2 ／ j ． i s s n ． 1 6 7 1 2 5 1 x ． 2 0 1 6 ． 0 3 ． 0 0 6 朱晶晶， 田慕琴 ， 宋建成 ， 等． 谐波对矿用干式变压器损耗及温升的影响E J ] ． 工矿 自动化 ， 2 0 1 6 ， 4 2 3 2 4 3 0 ． 谐波对矿用干式变压器损耗及温升的影响 朱 晶晶 ， 田慕 琴 ， 宋建 成 ， 温敏敏 太原理工大学 煤矿电气设备与智能控制山西省重点实验室，山西 太原0 3 0 0 2 4 摘 要 为 了更准确地 分析谐 波 对 变压 器损耗 和 温升 的影 响 ， 首先 建 立 了干式 变压 器二 维 结构 模 型 ， 并对 干式 变压 器的漏磁 场 与谐 波损 耗进行 了仿 真计 算 ， 得 到 干式 变压 器 轴 向和径 向漏磁 场 分布 规律 及 谐 波损 耗 与谐波次数 、 谐波含有率、 谐波电流畸变率的关系； 然后利用 F l u e n t 对干式变压器二维温度场与流体场进行 了流 固耦合分析 ， 得到干式变压器温升与谐波次数及谐波电流畸变率的关系。仿真结果表明， 干式变压器的 谐 波铜损耗与谐波电流含有率的平方成正比， 且 当谐波电流含有率一定时， 近似与谐波电流次数的平方成正 比； 而谐波铁损耗与谐波电压含有率的平方成正比， 但 当谐波电压含有率一定时， 谐波铁损耗随谐 波次数的 增 大而减 小 ， 并逐 渐趋 于平缓 。 关键词 干式 变压器 ；谐 波 ；损 耗 ；温升 ；漏磁 场 ；温度场 中 图分 类号 T D6 1 1 文 献标 志码 A 网络 出版 时 间 2 0 1 6 0 3 0 7 1 5 1 5 网络 出版地 址 h t t p ／ ／ w ww． c n k i ． n e t ／ k c ms ／ d e t a i l ／ 3 2 ． 1 6 2 7 ． TP ． 2 0 1 6 0 3 0 7 ． 1 5 1 5 ． 0 0 6 ． h t ml I n f l u e nc e o f h a r mo n i c o n l O S S a n d t e mp e r a t ur e r i s e o f mi ne u s e d d r y t y p e t r a ns f o r me r Z HU J i n g J i n g， TI AN Mu q i n， S 0NG J i a n c h e n g ， WEN Mi n mi n Sh a nx i K e y La bo r a t o r y o f M i n i ng El e c t r i c a l Eq ui pme n t a nd I nt e l l i g e n t Co nt r o l ， Ta i y ua n Uni ve r s i t y o f Te c hn ol o g y，Ta i yu a n 0 3 0 02 4，Ch i na Ab s t r a c t I n or d e r t o a c c u r a t e l y a n a l y z e i nf l u e n c e of ha r mon i c on l os s a nd t e mpe r a t ur e r i s e o f t r a n s f or me r ， a t wo d i m e ns i o na l mod e l o f dr y t y p e t r a ns f o r me r wa s e s t a bl i s he d f i r s t l y， a nd l e a ka g e 收稿 日期 2 0 1 5 - 1 1 2 3 ； 修回 日期 2 O 1 6 0 1 1 1 ； 责任编辑 胡娴。 基金项 目 国家 自然科学基金项 目 5 1 5 7 7 1 2 3 ， 5 1 3 7 7 1 1 3 ； 山西省科技厅 重大专项项 目 2 0 1 3 1 1 0 1 0 2 9 。 作者简介 朱晶晶 1 9 8 8 ， 女 ， 河北保定人 ， 硕 士研究生 ， 研究方向为矿用干式变压器状态监测与寿命评估 ， E - ma i l 1 3 0 2 7 0 7 2 8 2 7 l 6 3 ． c o rn。 力 和排 放性 能有一 定 的影响 ① 通 常柴 油机 进 气 流 量是过量的， 在进气 口减小到一定程度之前 ， 进气流 量 对 防爆柴 油机 动 力和 排 放 性 能 的影 响 都 不 明 显 。 ② 当进气 口减 小到 一定程 度 时 ， 进 气 流量 对 防爆 柴 油机 有一定 的影 响 ， 动力 性 略 有 降低 ， 除 No 排 放 量明显降低 、 HC适量降低外 ， 其余排放物都有一定 的增 加 。将 进 气 口 面 积 减 小 到 原 进 气 口 面 积 的 1 ／ 8 ～ 1 ／ 4时 ， 既满 足动 力性 要求 ， 又满 足 排放 要 求 。 ③ 当进 气 口过量减 小 时 ， 进 气流 量对 防 爆柴 油机 性 能有 明显 的影 响 ， 防爆柴 油机 动力性 明显 降低 ， 除 了 NO 排放量 降低外 ， 其余气 体排放 量都大 幅度升 高 ， 尤其 是 C O排放 量增加 十分 明显 。 在 实 际生 产 中 ， 要 保 持 防爆 柴 油 机进 气 口的 畅 通 ， 时常清洗 ， 防止进 气 口堵 塞 ， 避 免 由于 进 气 流量 过量减少而使防爆 柴油机动力性过分降低 ， 以至于 因不 能满 足生产需 求造 成停 机 ， 引发事 故 。 参 考 文 献 E l i MT9 9 0 2 0 0 6矿用防爆柴油机通用 技术 条件 [ s ] ． E e l MT2 2 0 1 9 9 0煤矿用防爆柴油机械排气 中一 氧化碳 、 氮氧化物检验规范E s ] ． [ 3 ] 黄粉莲 ， 纪威 ， 周炜．涡轮 增压柴油机进气 流量 的计算 与仿 真[ J ] ． 农业工程学报 ， 2 0 1 3 3 6 2 6 8 ． [ 4 ] 许 洪军 ， 曹会智 ， 刘伍权 ， 等．柴油 机尾气氮 氧化物 的 机外 净化技术研究 一 [ J ] ． 内燃机 ， 2 0 0 4 6 3 6 3 8 ． [ 5 3 张翠 平 ， 王铁． 内燃机排放与控制 [ M] ． 北 京 机械工 业 出 版 社 ， 2 0 1 2 ． 2 0 1 6年第 3期 朱晶晶等 谐波对矿用干式变压器损耗及温升的影响 2 5 ma gn e t i c f i e l d a nd ha r m o ni c l o s s i n t he dr y t y p e t r a n s f o r me r we r e s i mul a t e d．Con s e q u e n t l y，d i s t r i bu t i o ns o f a xi a l a nd l on gi t u di na l l e a ka ge ma gn e t i c i n t he t r a ns f o r m e r ，a s we l l a s r e l a t i o ns hi p be t we e n ha r m o ni c l o s s a n d h a r m o ni c o r d e r ， h a r m o n i c r a t i o a nd d i s t or t i on f a c t or o f ha r mon i c c u r r e nt w e r e de r i v e d．The n f l u i d s t r u c t u r e i n t e r a c t i o n a na l y s i s o f t he t wo d i me ns i o na l t e mpe r a t ur e f i e l d a nd a i r flo w f i e l d o f t he d r y t y p e t r a ns f o r m e r wa s c o nd uc t e d us i ng f i ni t e e l e me nt s o f t wa r e Fl ue nt ， a nd t he r e l a t i o ns hi ps be t we e n t h e t e mpe r a t ur e r i s e an d ha r m o n i c o r de r， a s we l l a s d i s t or t i on f a c t o r o f ha r m o ni c c ur r e nt we r e ga i ne d． Si mul a t i on r e s ul t s s ho w t h a t t he ha r mon i c c op pe r l os s i s p r op o r t i o na l t o s qu a r e o f ha r mo ni c c ur r e n t r a t i o， a n d i t i s a l s o a p p r o x i ma t e l y p r o p o r t i o n a l t o s q u a r e o f h a r mo n i c o r d e r wh e n t h e c o n t e n t o f h a r mo n i c c u r r e n t r a t i o i s c e r t a i n；t he ha r m o ni c i r on l o s s i s pr o po r t i o na l t o s q ua r e of h a r mon i c v ol t a g e r a t i o，b ut i t d e c r e a s e s a nd gr a dua l l y t e n ds t o f l a t t e n ou t wi t h ha r m o ni c o r de r i nc r e a s e s whe n t he ha r mo ni c v ol t a ge r a t i o i s c e r t a i n． Ke y wo r d sdr y t yp e t r a ns f or me r； h a r m o ni c； l o s s； t e mpe r a t ur e r i s e； l e a k a ge ma g ne t i c f i e l d； t e mpe r a t ur e f i e l d 0 引言 随着井下变频技术的不断应用 ， 其在给负荷启 动带来 明显优点的同时， 也给供 电系统带来 了严重 的谐 波 污染 。随 着 谐 波 污染 的 加剧 ， 谐 波对 变压 器 造 成 的不 利影 响 愈 发 明显 ， 尤 其 是 在 增加 变 压 器 损 耗 、 降低变压器利用率和可靠性 、 减少使用寿命 以及 增加维修成本等方面。煤矿井下广泛采用干式变压 器 ， 与油 浸式 变压 器 相 比 ， 干 式变 压器 具有 防火 性 能 好 、 耐热 和抗 短 路 能 力 强 、 安 全 环 保 等 优 点 ， 但 其 导 热 系数 较低 ， 使 得 其 运行 温 度 明显 高 于 油 浸 式 变 压 器 。同时 ， 煤矿井下工作 环境 中由于甲烷混合气体 和煤尘等易爆物的存在 ， 对干式 变压器 的绝缘强度 和 散热 性 能都 有严 格 的要求 口 _ 3 l 。相 关研 究 表 明l 4 j ， 变压器 的总损耗 占总发 电量 的 8 ， 其 中很大一部 分就是谐波损耗 。所以， 谐波对干式变压器 内部损 耗 的影响就不得不引起足够的重视。谐波会使煤矿 井下 干式 变 压器 的损 耗增 加 ， 内部温 度升 高 ， 造成 变 压器 局部 过 热 ； 且 变 压 器 内部 金 属 结 构 分 布 的 不 规 则性 会加 重 变压 器 各 元 件 中损 耗 分 布 的不 均 匀 性 ， 使变 压器 局 部过 热 现 象 愈 来 愈 严 重 ， 加 速 绝 缘 老 化 速度 ， 甚至可能发生绝缘击穿[ 5 ] ， 引发井下瓦斯爆 炸事故 ， 造成巨大 的生命财产损失。变压器 的谐波 损 耗 问题 不仅 关 系着 供 电 系统 节 能 运 行 效 果 ， 而 且 是 变压 器 产 品 设 计 和优 化 过 程 中 的 关 键 问题 。 因 此 ， 研 究变 压 器 的谐 波 损 耗 和 温 升 对 提 高变 压 器 的 运行效率 、 降低损耗具有重要的现实意义 。 目前变压器铜耗和铁耗的常用计算方法是根据 变压 器 内部 参数 和 谐 波 电流 来计 算 的 ， 但 它 是 针 对 特定 型号 的变压器来 计算 的 ， 不 具有普 遍性l 8 。 变 压器 的温 升 一般 是 根 据 热 点 公 式 计 算 ， 而 热 点 计 算 公式 是估 计得 到 ， 准确性 相对 较差 。因此 ， 本 文首 先详 细分 析 了谐 波 作 用 下 干 式 变 压 器 的 损 耗 和 温 升， 建 立 了干 式变 压器 的二 维结 构模 型； 并采 用 An s o f t Ma x we l l 软 件 对 干 式 变 压 器 内 部 的漏 磁 场 进行 了分 析 ， 得 到 干 式变 压 器 轴 向 和径 向漏 磁场 分 布规 律 及 谐 波 损 耗 与 谐 波 次 数 的 关 系 ； 最 后 利 用 F l u e n t 软件 对 干 式 变 压 器 进 行 二 维 温 度 场 与 流 体 场的流固耦合分析 ， 得到了其内部温度分布情况， 指 出 了谐 波损 耗及温 升 与谐波 次数 的关 系 。 1 干式变 压器 结构模 型 建立干式 变压 器结构 模 型时做 了如 下假设 ① 忽略 机 械 结 构部 分如 螺 栓 、 结 构 件 等 ， 假 设 干 式 变压器由铁芯 、 低压绕组 、 高压绕组 、 绝缘 、 散热气道 以及干式变压器周 围冷却空气等部分组成 。② 假 设 干式变 压器 内部 的漏磁 场 和温度 场是轴 对称 分布 的。③ 将铁芯看作是一个圆柱体 。 根 据 干式 变 压 器 的 实 际 结构 建 立 二 维 结构 模 型 ， 如 图 1 所 示 。 图 1 干式变压器二维结构模型 针对 干式 变压 器 的 二维 结 构 模 型 ， 采 用 自适 应 2 0 1 6 年 第 3期 朱晶 晶等 谐 波对矿 用 干式 变压 器损耗及 温升 的影响 2 7 。 翻 鼎 耀 a 轴向磁 通密度分布 b 径 向磁 场密度分 布 图 4 低 压绕组与铁芯间 的磁通密 度分布 一低 压绕组外表面附近 一高低压绕组间主通道 内 0 ． 1 6r 一 m { O． 1 5 趟 档0 ． 1 4 卿 耀 0 1 3 O l 2 0 5 0 1 O 0 1 50 200 25 0 3 00 3 5 0 40 0 14 ／ mm a 轴向磁通密度分布 b 径 向磁 通 嚣 度 分 布 图 5高 、 低压 绕组间主通道 内的磁 通密度分布 可 以看 出 ， 由于 绕组 匝 间绝缘 的存 在 ， 漏 磁通 在此 处 发生偏折， 使得径 向漏磁增加 ， 轴 向漏磁减 少 ， 所 以 高压绕组 内表面附近的径 向漏磁最 大。综上所述 ， 高、 低压绕组 问的漏磁场在靠 近绕组 中部处达到最 大值 。 低 压 绕 组 内部 换 热气 道 内 的磁 通 密 度 分 布 如 图 6所 示 。 由图 6 a 可 知 ， 低 压 绕 组 内部 2个 换 热 气 道 内 的轴 向漏 磁 场 和低压 绕组 与 铁芯 间 的轴 向漏 磁场具有相似的变化趋势 ， 都是端部 的磁通密度 比 中部大 ， 即轴向漏磁从中部 向两端部逐渐增大， 在端 部 达到 最 大 ， 并 且 出现 上 下 端 部 的漏 磁 通 对 称 。气 道 2内 的漏磁 场 变化 比气 道 1内 的漏 磁 场 变 化 小 ， 且气道 2内的漏磁场 比较大 。由图 6 b 可知 ， 低压 绕组 间 2个气 道 内 的径 向漏磁 场 与低 压绕组 径 向漏 磁通分布趋势不同， 低压绕组间气道内的径 向漏磁 通是在靠近低压绕组处达 到最大值。因此 ， 低压绕 组 间 2 个 气道 内的漏磁 场都 在靠 近低压 绕组 端部 附 近达到最大值 ， 但气道 2内的漏磁场变化较小。 趟 粕 鼎 钽 l 6 l 4 l 2 1 O O 8 0 6 0 4 a 轴 向磁通密度分布 b 径 向磁 通 密 度 分 布 图 6 低压绕组 内部换热气道 内的磁通密度分布 干式 变压 器高 、 低 压 绕 组 问 主通 道 内的漏 磁 场 比较大 ， 而在绝缘处磁力线发生弯曲， 使得绝缘处的 磁通 密度 也很 较大 。 2 ． 3谐 波损耗 分 析 由上述分析可知 ， 谐波会在变压器内部产生谐 波损耗 。干式变压器的谐波铜损耗和谐波铁损耗分 别 与谐 波 电流和谐 波 电压有 关 。 2 ． 3 ． 1 谐波 铜损 耗与谐 波 电流 的关系 分 别对 干式 变压器 的二 维模 型施加 基波 电流 以 及相应次数的谐波电流 ， 可得到变压器谐波损耗 与 谐 波 电流含有 率及 谐 波 次 数 的关 系 曲线 ， 如 图 7和 图 8所 示 。 图 7 谐波铜损耗与谐波 电流含有率的关系曲线 由图 7和 图 8可 知 ， 干 式 变压 器 的谐 波铜 损 耗 随着谐波电流含有率的增大而增大 ， 并与谐波电流 含有率的平方成正 比。在谐波电流含有率一定的情 况下 ， 谐 波铜损 耗 随着谐 波次 数 的增 加 而增大 ， 谐波 2 8 工矿 自动化 2 0 1 6年 第 4 2卷 蓁 U ， 1 0 l ， 2U 2 3U 谐波次数 图 8 谐波铜损耗与谐波次数的关系 铜损耗与谐波 电流次数的平方近似成正比。 2 ． 3 ． 2 谐波铁 损耗 与谐 波 电压 的关 系 干 式变 压器 的谐波铁 损耗 与谐 波 电压 含量 和谐 波 电压 次数有 关 。对不 同谐 波 电压 含有 率和不 同谐 波 次数 下 的谐 波损 耗 变 化进 行 分 析 ， 得 到 谐 波铁 损 耗 与谐 波 电压含 有 率及 谐 波 电 压次 数 的关 系 曲线 ， 如图 9和 图 1 O所 示 。 图 9 谐波铁损耗与谐波 电压含有率的关系 曲线 5O ≥ 4 0 3 0 蠢2 0 1 0 0 9 ％ ， 』 J J J J J 5 7 I 1 I 3 I 7 l 9 23 谐波次数 图 1 O 谐波铁损耗与谐波次数 的关 系 由图 9和 图 1 O可知 ， 干式变 压器 的谐 波铁损 耗 随着 谐波 电压含 有 率 的增 大 而 增 大 ， 并 与谐 波 电压 含有 率 的平方 成 正 比。当谐 波 电 压 含有 率 一 定 时 ， 谐 波铁损 耗 随着谐 波 次 数 的增 加 而 减小 ， 并 逐 渐 趋 于 平缓 。 2 ． 3 ． 3 谐波 损耗 与谐波 电流 畸变率 的关 系 当干式变压器负载总功率不变时， 对不 同谐波 电流 畸变率 下 的谐 波 损 耗 变 化进 行 分 析 ， 得 到谐 波 损耗与谐波 电流畸变率的关系曲线 ， 如图 1 1 所示 。 由图 1 1 可 知 ， 谐 波次 数愈 大 ， 干式 变 压器 的谐 波损耗 愈小 ， 且 变化 趋 势 逐 渐趋 于平 缓 。运 行 时损 耗 大 ， 相应 的能 耗也 就越大 ， 干式 变压 器 的运 行效 率 和利 用率都 会 降低 。 谐波在 干式 变压 器产生 谐波 损耗 ， 且谐 波次数 图 1 1 谐波损耗与谐波 电流畸变率的关系 曲线 愈 大 ， 其 内部 谐波 损耗 愈小 ， 且 变化 趋势 逐渐趋 于平 缓 ， 但谐 波 损 耗 随 谐 波 电流 畸变 率 的 增 大 而 增 大 。 谐 波 电流 畸变越严 重 ， 相应 的谐波 损耗也 就越 大 。 3温 度场仿 真 干式变 压器 运行 时 ， 内部 损耗 产生 的热 量 ， 其 中 一 部 分使变 压器 自身 的温 度 升 高 ， 另 一部 分 通 过 热 传导 、 热对 流和 热辐 射 3种散 热 方 式 散 发 到被 冷 却 空气 包 围的外 表面 。 由于 干式变 压器 内部谐 波 的影 响 ， 使干式变压器内部的漏磁场分布不均匀 ， 导致其 内部 局部 过热 ， 加速 了干 式变压 器绝 缘老 化 ， 严 重时 还有 可 能发生 绝缘击 穿 现象 ， 造 成设 备损 坏 。 3 ． 1 材 料物性 参数 在进行温度场仿真前， 也需设置材料的物性参 数 ， 各种 材料 的物性 参数 见表 2 。 表 2 材 料物性参数 空气 的物性 参数 随温 度 值 T 的变 化 而变 化 ， 拟 合公 式见 表 3 。 表 3 空气物性参数及拟合公 式 物性参数 拟合公式 密度／ k g m p --1 ． 2 6 3 e x p --0 ． 0 0 3 T--2 7 3 动力粘度／ k g ‘ k 4 ． 1T-- 2 7 3e x p -- v-- 1 7 5 5 e x p 5 8 ． 导热系数 ／ w mkI 1 一0 ． 0 2 3 7 7 T一2 7 3 e x p 一5 比热 容 ／ J k g K C p 一 1 ． 0 1 1 1 ． 1 0 3 T一 2 7 3 3 ． 2基 波条件 下 的温度 场仿真 干式 变压器 在运 行 时主要通 过 自然对 流进行 散 热 。本文 采用 F l u e n t 软 件 对 基 波 条 件 下 干 式 变 压 器 的温度 场进行 仿真 分析 ， 整 体温 度 场 分布 如 图 1 2 ＼ 攥 2 0 1 6年 第 3期 朱 晶 晶等 谐 波对矿 用 于式 变压 器损耗 及 温升 的影 响 2 9 所 示 。 温度／ K 图 1 2温 度 场 分 布 由图 1 2可知 ， 干式变压器上端部的散热效果比 下端 部 差 ， 导致 上 端 部 的 温 度 比下端 部 高 。干式 变 压器 的最热 点 温度位 于 低压 绕组 处 。 根据仿 真结果得到干式变压器的铁芯、 低压绕 组和高压绕组的温度分布曲线， 如图 1 3 所示。 a 铁 芯 H mm b 低压绕组 H{ mm c 高压绕组 图 1 3 干式变压器 温度分布曲线 干式变压器的最热点温度位置是其 内部最容易 发生 局部 过热 故 障 的 区域 ， 此 处 绝 缘 的好 坏 将 直 接 影 响整个 干式 变 压 器 的 正 常运 行 。因此 ， 在 进 行 干 式变 压器 结构 设计 时应 加强 此处 的绝缘 性 能 。同时 在设 计 干式 变压器 温 度 监 测 系 统 时 ， 可 以在 此 处 安 装温度传感器 以监测该点 的温度值 ， 预防局部过热 故 障 。 3 ． 3 谐 波条 件下 干式 变压器 温 升分析 将 由 An s o f t计 算 得 到 的 各 次 谐 波 损 耗 导 入 F l u e n t中进行分析 ， 得到其温升与谐波次数 、 谐波 电 流畸变 率 的关 系 ， 结果 见表 4和表 5 。 表 4不同谐波次数下的干式变压器温升值 谐波次数 温升／ ℃ 谐波次数 温升／ c 3 1 ． 9 3 2 3 5 ． 0 8 5 2 ． 46 2 5 5 ． 1 7 7 2 ． 9 9 29 5 ． 2 5 l 1 4 ． 5 3 31 5 ． 3 2 1 3 4 ． 7 2 3 5 5 ． 3 7 1 7 4 ． 8 6 3 7 5 ． 4 1 1 9 4 ． 9 8 4l 5 ． 4 3 表 5 不 同谐波 电流畸变率 下的干式 变压器 温升值 谐波 电流畸变率／ 温升／ ℃ 谐波电流畸变率／ 温 升／ C 1 ． 7 3 0 ． 1 1 1 3 ． 5 6 0． 6 9 3 ． 5 0 0 ． 1 8 1 7 ．8 7 1 ． 2 3 5 ． 7 7 0 ． 2 7 2 5 ． 6 7 2 ． 4 6 9 ． 7 6 0 ． 4 2 谐 波会 在 干式 变 压 器 内部 产 生 谐 波 损耗 ， 而谐 波 损耗 转化 的热 量 又会使 干式 变压 器 内部温 度场 的 温度 升高 ， 温 升 增 大 ， 且 随着 谐 波 次 数 的增 加 而增 大 ， 并 逐渐趋 于平 缓 。干 式 变 压 器 的温 升 与 谐 波 次 数 的关 系曲线 如 图 1 4所 示 。 j 5 7 l l 1 j J，l 9 23 2 3 2 9 3I j j，4l 谐波次数 图 1 4 干式变压器温升 随谐波次数 的变化 由表 5可知 ， 干 式 变压 器 温 升 随 谐 波 电流 畸 变 率的增大而增大 ， 畸变率越大， 温升也就越大。电网 电流波 形畸 变越 严 重 ， 谐 波对 变 压 器 造 成 的不 利 影 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 O O O O O O O O O O O O O O 0 O O 0 0 0 0 }f}}}}}}l}}}}}f}}}{{{ E E E E E E E E B E E E E E E E E E E E E ●5 O 4 9 4 8 3 8 2 7●6●5 O 5 9 4 8 3 0 9 9 8 7 7 6 6 5 5 4 4 3 3 2 2 l O O 9 9 4 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 2 2 6 5 4 3 2 ● 0 u 赠 2 2 2 2 2 2 2 2 2 O O 0 0 0 O O O O E E E E E E E E E 8 7 6 5 4 3 2 l O 9 9 9 9 9 9 9 9 9 I ＼ 赠 3 O 工矿 自动化 2 0 1 6年 第 4 2卷 响愈明显， 尤其是在增加变压器的损耗、 降低变压器 的利用率 和 可靠 性 、 减少 使 用 寿 命 等方 面 。干 式 变 压器温 升值 与畸变 率 的关 系 曲线 如 图 1 5 所 示 。 图 1 5 干 式 变 压 器 温 升 值 与谐 波 电 流 畸 变率 的关 系 曲线 谐波 会在 于式 变 压器 内部 产 生谐 波 损 耗 ， 谐 波 损耗转化的热量会使干式变压器 内部温度场的温度 升 高 ， 且 温升值 随着 谐波 次数 的增加 而增加 ， 并逐 渐 趋 于平 缓 ， 谐 波严重 时还会 导致 绝缘 老化 、 局部 过热 等现象 ， 严重影响变压器的使用寿命和可靠性。因 此， 应安装必要的消谐装置 以降低电网中的谐波含 量， 提高变压器的利用率， 延长使用寿命 。 4 结 论 以矿 用 干 式变 压器 为研究 对 象 ， 建 立 了干 式 变 压器损耗及温升与谐 波的数学模 型， 并采用有限元 方法 对其漏 磁场 及 温 度场 进 行仿 真计 算 ， 得 到 干式 变压 器谐 波损耗 及 温 升 与谐 波 次数 、 谐 波 电流 含有 率及 谐波 电流 畸变率 之 间的关 系 ， 得到 如下结 论 1 干式变压器轴向漏磁在高低压绕组间主通 道 处最 大 ， 且 在绕组 中部损 耗最 大 ； 而 径 向漏 磁在 绕 组 中 间和端部 较大 ， 且其 损耗在 绕组端 部最 大 ， 应 加 强 此处 的绝缘 。 2 干式变 压器谐 波铜 损耗 与谐 波 电流 含 有率 和谐 波 电流 次数 有 关 。谐 波 电流 含 有 率愈 大 ， 谐 波 铁损 耗愈 大 ， 并 与 谐 波 电 流含 有 率 的 平 方 成 正 比 。 当谐 波 电流 含有 率一 定 时 ， 谐 波铜 损 耗 随 谐波 电流 次数的增加而增大， 并与谐波 电流次数 的平方 近似 成正 比。 3 干式 变压器 谐波铁 损 耗与 谐 波 电压含 有 率 和谐波电压次数有关 。谐波 电压含有率愈大， 谐波 铁损耗愈大 ， 并 与谐 波电压含有率 的平方成正 比。 当谐 波 电压含 有率 一 定 时 ， 谐 波 铁 损 耗 随着 谐 波 电 压 次数 的增大 而减小 ， 并逐 渐趋 于平缓 。 4 干式 变压器 内部 的谐 波损 耗 随谐 波 电流 畸 变率 的增 大而 快速增 大 。 5 干式 变压器 谐波 损耗 产生 的温 升 随着 谐 波 次数的增加而增大 ， 并逐渐趋于平缓 ， 但随谐波电流 畸变率 的增大 而 快 速增 大 。 电流 波形 畸变 越 严 重 ， 谐 波对 变压器 造成 的不利 影 响愈 明显 ， 严重 时还 会 导致绝缘老化 、 局部过热等现象 ， 严重影响变压器 的 使用寿命和可靠性 。 参 考 文 献 r 1] TAHERI S， GH0LAMI A， F 0F ANA I ， e t a 1 ． M o de l i ng an d s i mul a t i o n of t r a n s f or me r l o a di n g c a pa bi l i t y a n d ho t s p o t t e mp e r a t u r e un de r ha r mo ni c c o n d i t i o n s [ J ] ． E l e c t r i c P o we r S y s t e ms R e s e a r c h ， 2 01 2， 8 668 75 ． [2 ] 魏建林 ， 王世强 ， 吴凤娇 ， 等．变压器绝缘老化引起预 试 电气绝缘参数 变化 的仿真 研究 [ J ] ．高 电压技 术 ， 2 00 9， 35 7 1 61 8 - 1 6 23 ． [ 3] KA I MO R I H， KAME A RI A， F UJ I WAR A K．F E M c o mpu t a t i o n o f ma gn e t i c f i e l d a nd i r o n l os s i n l a mi n a t e d i r o n c o r e u s i n g h o m o g e n i z a t i o n me t h o d [ J ] ． I EEE Tr a ns a c t i o ns o n M a gne t i c s，2 0 07，43 4 1 40 5 1 4 08 ． [ 4] 吴竞 昌．供电系统 谐波 [ M] ．北京 中国电力 出版社 ， 1 9 98 1 3 6 1 37 ． [5 ] 陈伟 根 ， 滕黎 ， 刘军 ， 等 ．基于遗传优化 支持 向量机的 变压器 绕组 热点 温度 预测 模 型[ J ] ． 电工技 术 学报 ， 2 O 1 4 ，2 9 1 4 4 - 5 1 ． [6 ] 石碧薇． 变 压器在 谐波 条件 下 的损耗 及热 问题 分析 [ D ] ．保定 华北 电力 大学 河北 ， 2 0 1 4 ． [7 ] 王 振 杰． 谐 波 对 变压 器 的影 响 及 应对 措施 的研 究 [ D ] ．保定 华北 电力大学 河北 ， 2 0 1 4 ． [ 8] 朱 占新 ， 谢德 鑫 ， 张艳丽．大型 电力变压器 三维漏磁 场 与结构件损 耗 的 时域 分 析[ J ] ．中 国电机 工 程 学 报 ， 2 O i 2， 3 2 9 1 5 6 1 6 O ． [ 9] 蔡 国伟 ， 孔令 国， 潘 超 ， 等．基于频变特性 的变压器谐 波损耗分析[ J ] ．电网技术 ， 2 O 1 1 ， 3 5 1 1 1 2 0 1 2 4 ． r l O ] TAKAHAS HI N， S AKURA T， CHENG Z ． Non l i ne ar a na l ys i s of e ddy c u r r e nt a n d hy s t e r e s i s l o s s e s o f 3 D s t r a y f i e l d l o s s mo d e l[ J ] ． I E E E Tr a ns ac t i o ns on Ma gne t i c s ， 2 0 01， 3 7 5 367 2 36 75 ． [ 1 1 ] 陈世新 ， 周克定． 变压器铁 芯 中三维 各 向异 性非线 性 磁场分布 和 损耗 分 布 的复 标 量磁 位 有 限 元 法 [ J ] ． 中国电机工程学 报 ， 1 9 9 0 ， 1 0 5 2 9 3 8 ．