[发明专利]一种变压器交直流混杂运行励磁状态-构件损耗映射方法

说明书

本发明是一种变压器交直流混杂运行励磁状态‑构件损耗映射方法，其特点是，包括直流扰动电磁耦合计算、构件涡流损耗和励磁电流辨识等步骤，能够通过励磁电流辨识表征铁芯励磁饱和状态，计算金属拉板构件的涡流损耗，归纳其规律和对应关系。利用曲线拟合的方法构建励磁电流、负载率与构件的损耗的数学模型。对于不同类型的单相变压器或三相组式变压器构件损耗，通过修正损耗模型参数，即可有效解决金属构件损耗信息获取难度较大的问题，具有科学合理，真实有效，实用价值高等优点。

技术领域

本发明是一种变压器交直流混杂运行励磁状态-构件损耗映射方法，应用于电力变压器金属构件损耗及局部过热问题分析。

背景技术

高压直流输电单极大地回路运行、地球磁暴和大量的非线性元件(如整流器等)运行时均可能产生直流分量，从而在交流电网中形成了交直流混杂的特殊环境，造成变压器等电磁设备偏磁运行。变压器在直流扰动下会出现励磁饱和、电流畸变、振动噪声、局部过热等异常或故障。其中，交直流混杂运行产生的局部损耗与温升是备受关注的研究内容。变压器拉板等金属构件位于铁心与绕组之间，正常运行时漏磁主要集中于铁心与绕组间隙，导致拉板涡流密集，由于拉板散热条件差，易出现局部过热问题。变压器交直流混杂运行时，铁心励磁饱和程度加深，漏磁增大，进而导致拉板损耗剧增，温升异常等难以监测的效应。目前国内外已对变压器损耗问题做了大量研究，但是未考虑变压器在交直流混杂模式下励磁饱和状态与金属构件损耗的变化情况及对应关系。因此开展变压器交直流混杂运行时励磁状态与构件损耗研究具有重要的实际价值和指导意义。

发明内容

本发明的目的是解决变压器交直流混杂模式下金属构件损耗难以监测的技术难题，提出变压器交直流混杂运行励磁状态-构件损耗映射方法，它基于变压器电磁耦合原理求解交直流混杂状态方程，通过励磁电流辨识表征铁心励磁饱和状态，计算金属拉板构件的涡流损耗，归纳其规律和对应关系；并利用曲线拟合的方法构建励磁电流、负载率与构件的损耗的数学模型。

本发明的目的是由以下技术方案来实现的：一种变压器交直流混杂运行励磁状态-构件损耗映射方法，其特征是，它包括以下步骤：

1)直流扰动电磁耦合计算

变压器交直流混杂模式电磁耦合状态方程为：

式中，X(t)为系统状态变量，包含绕组电流列向量i和动态电感矩阵L_D，U(t)为系统输入变量，包括交流电压激励与直流扰动电流列向量，Y(t)为输出变量，主要为时域励磁电流列向量，Q(t)、R(t)、S(t)、T(t)为系数矩阵，

变压器状态方程可以通过磁场-电路耦合的方式进行求解，建立非线性磁场模型，铁心-绕组励磁单元为非涡流区，磁场计算方程为：

式中，表示矢量旋度运算，μ为磁导率，A为矢量磁位，J_s为激励电流密度，

对式(2)应用格林定理，得伽辽金加权余量方程：

式中，M_m、M_n分别为权函数和棱边矢量基函数，M_m与M_n相同，A_n为单元标量磁位，m、n为序列通项编号，V为体积分变量，将加权余量方程离散形成代数方程组，求解可得所有A，进而计算B、H场量；

根据能量平衡的原理，由系统能量计算动态电感矩阵，当线圈电流增量为di_j时，将电磁系统总能量与动态电感和电流关联，得到系统能量计算动态电感，

式中，dW₁为电路能量增量，dW₂为磁场能量增量，j、k为绕组编号，dB为di引起的磁感应强度变化量，dH为di引起的磁场强度变化量；