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直流偏磁下变压器铁心振动与噪声的研究

许冰  
【摘要】:由于我国的能源现状呈现出总量多、人均量少和区域分布不平衡的特点使得大容量、长距离直流输电线路的投产成为了必然。以大地返回方式运行的直流输电系统的接地极电流会通过变压器中性点流进变压器绕组,从而引起的变压器直流偏磁现象引起越来越多研究学者的注意。变压器直流偏磁现象对变压器的本体造成诸多不利的影响,如励磁电流畸变、高次谐波成分增加、铁心高度饱和引起的漏磁通的增加,以及由此引发的结构件损耗增加、局部过热、绝缘损害、铁心振动增大、噪声增强。同时也会对电网造成系统电压下降、系统电压波形畸变、继电保护误动等一系列问题。本文将对变压器铁心在直流偏磁下的振动和噪声问题展开重点分析和讨论。 COMSOL Multiphysics软件是以有限元法为基础,通过求解偏微分方程(单场)或偏微分方程组(多场)来实现真实物理现象的仿真,被当今世界科学家称为“一款真正的任意多物理场直接耦合分析软件”。 变压器铁心的振动原因主要有两点:一是铁心硅钢片的磁致伸缩效应引起的振动与噪声,二是由于铁心硅钢片接缝处和叠片之间因为存在着漏磁场产生的电磁吸引力而引起铁心的振动。本文通过COMSOL Multiphysics软件来仿真变压器铁心在直流偏磁情况下的振动和噪声问题。在该问题中将电场、磁场、结构力场与声场进行有效地多物理场耦合分析,选用三维瞬态求解器,分别建立单个场的方程,通过相应的设施将四个场进行耦合分析,从而得到变压器铁心的振动与噪声分布。应用场路耦合法将直流偏磁现象考虑进去,得到变压器在受到直流偏磁时的铁心振动与噪声分布。比较有无直流和不同直流对变压器铁心振动和噪声的影响。 根据模态分析理论对变压器铁心进行模态分析,将变压器铁心分成单个和整体进行考虑,应用COMSOL Multiphysics软件模态分析功能得到单个铁心的前四阶振型和整体铁心的共振频率。


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