27.5kV所用干式变压器损耗及温升研究

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随着干式变压器制造技术的成熟,及其自身体积小、无油、防火、安全可靠等长处,逐渐应用于牵引供电系统低压配电系统中,但是牵引负荷始终存在非线性、冲击性等特征导致接触网中含有大量且丰富的高次谐波,而这些牵引供电系统谐波会造成电气设备的附加损耗、温度升高、效率降低等问题。变压器常见的故障之一就是由损耗引起的过热故障,当温度持续上升时,会加快变压器的绝缘劣化,甚至会引起变压器起火爆炸等事故。本文以某牵引变电所27.5k V所用干式变压器为研究对象,就其高压侧电压电流谐波特性分析、谐波对损耗计算的影响及谐波影响下所用干式变压器损耗及温升变化的研究。(1)结合牵引供电系统谐波产生机理,分析接触网谐波电压、电流特征,阐述接触网高次谐波对低压配电系统的危害;基于电磁场理论分析谐波背景下变压器绕组集肤效应及邻近效应的影响,进而推导干式变压器绕组中电流密度分布函数,分析不同频率及不同半径下圆铜导体参数的畸变情况;考虑绕组集肤效应和邻近效应的影响,推导所用干式变压器的谐波铁芯损耗和谐波绕组损耗的计算公式。(2)分析磁场和电路的耦合关系,建立场路耦合法数学模型,提高铁芯损耗和绕组损耗计算精度;运用ANSYS Maxwell建立27.5k V所用干式变压器的三维有限元模型,利用场路耦合法分析其磁通密度分布,并根据分析结果计算损耗,以低压侧额定电压、额定电流、空载损耗、负载损耗4个指标与该变压器铭牌参数对比,验证仿真模型的准确性;量化分析27.5k V所用干式变压器谐波绕组损耗随谐波电流含量及谐波次数变化而变化的情况;通过仿真计算分别得到单次谐波电流及复合次谐波电流下的总绕组损耗,验证谐波损耗的可叠加性,为变压器谐波损耗计算提供理论依据。(3)运用ANSYS WORKBENCH软件建立27.5k V所用干式变压器电磁-热多物理场仿真模型,并根据其实际运行条件设置边界条件进行温度场仿真分析,得到基波情况下所用干式变压器铁芯、高低压绕组温度场分布情况及最热点温度位置,铁芯、绕组的轴向温度分布情况,且高压绕组内侧中上部为所用干式变压器的热点温度位置;分析在谐波电流情况下,所用干式变压器温升随着谐波电流含量及谐波次数变化而变化的规律。
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