非正弦负载电流下换流变压器套管的涡流损耗分析方法技术

本发明专利技术涉及换流变压器技术领域，公开了非正弦负载电流下换流变压器套管的涡流损耗分析方法，考虑到不同频率下导体集肤深度的不同对套管涡流损耗的影响，对特高压换流变压器的套管进行细致建模，采用时域分析或频域分析的方法，对非正弦负载电流作用下套管的损耗进行计算，得到了套管损耗的详细分布情况。本发明专利技术解决了现有技术存在的损耗值分析误差较大等问题。问题。问题。

【技术实现步骤摘要】
非正弦负载电流下换流变压器套管的涡流损耗分析方法


[0001]本专利技术涉及换流变压器
，具体是非正弦负载电流下换流变压器套管的涡流损耗分析方法。

技术介绍

[0002]变压器在运行时，套管上流通的电流会产生相应的负载损耗，主要包括套管和引线的直流电阻损耗、漏磁场在导线上产生的涡流损耗。换流变压器与普通的交流变压器在结构及运行特性方面有所不同，在运行时其负载电流并不是单一频率的正弦电流，而是含有大量高次谐波分量的非正弦负载电流。谐波电流产生的谐波漏磁场可能会在换流变压器内部的结构件的局部产生温度过热点，而过高的温度又会影响换流变压器的负载能力。因此现有标准都明确要求换流变压器制造单位需根据用户提供的非正弦负载电流谐波频谱来计算非正弦负载下的总负载损耗，并以此作为损耗评估的保证基准值。因此有必要对特高压换流变压器套管的损耗进行深入研究。
[0003]现有文献资料大多只是针对变压器套管在单一工频正弦电流作用下的损耗进行分析，只有极少数文献对套管在非正弦负载电流作用下的损耗进行过分析，而且这些文献在分析时都对套管只进行整体建模，并没有考虑套管的结构型式及导线的构成型式对套管涡流损耗的影响。它们在计算时假定各个线圈中的电流均匀分布，先得到忽略套管涡流时的漏磁场分布，再根据得到的磁场分布对套管涡流损耗进行解析计算。这样得到的结果与实际有较大的误差，且无法得出套管损耗的详细分布情况。国内标准也都提出了对含高次谐波的非正弦负载电流作用下套管的损耗的计算方法，但是它们都直接假定套管的涡流损耗正比于频率的平方，并没有考虑到不同频率下导体集肤深度的不同对套管涡流损耗的影响，这会在谐波阶数较高时产生较大的误差，以该方法计算得到的损耗值偏大。若以此结果值作为损耗评估的保证基准值，就会使得设计过于保守，裕度过大，增加变压器制造成本。

技术实现思路

[0004]为克服现有技术的不足，本专利技术提供了非正弦负载电流下换流变压器套管的涡流损耗分析方法，解决现有技术存在的损耗值分析误差较大等问题。
[0005]本专利技术解决上述问题所采用的技术方案是：
[0006]非正弦负载电流下换流变压器套管的涡流损耗分析方法，考虑到不同频率下导体集肤深度的不同对套管涡流损耗的影响，对特高压换流变压器的套管进行细致建模，采用时域分析或频域分析的方法，对非正弦负载电流作用下套管的损耗进行计算，得到了套管损耗的详细分布情况。
[0007]作为一种优选的技术方案，若采用时域分析方法，则将实际电流波形按时间划分为多个计算区间，用暂态场求解获得每个计算空间的发热量，将套管的总发热量对时间求平均就得到单位时间内套管的损耗值。
[0008]作为一种优选的技术方案，若采用时域分析方法，则采用等时间步长划分计算区
间。
[0009]作为一种优选的技术方案，若采用频域分析方法，则按照用户提供的负载电流谐波频谱，分别将各次谐波下的电流值作为激励，求解出各次谐波下的损耗值，然后运用叠加原理对各次谐波损耗求和得到非正弦负载电流激励下的损耗值。
[0010]作为一种优选的技术方案，若采用频域分析方法，温变为线性时，则将换流变压器出线装置实际电压、电流载荷考虑进换流变套管数字孪生模型中，实现数字孪生模型对应载荷非线性响应。
[0011]作为一种优选的技术方案，若采用频域分析方法，温变为线性时，则实际电压波形由以下公式重构：
[0012][0013]其中，U实际重构后的表示换流变压器出线装置实际电压波形，U
DC
表示直流电压，i表示谐波编号，n表示选取的谐波总数，U
i
表示第i次谐波的电压峰值，f
i
表示第i次谐波的频率，表示第i次谐波的相位角，t表示时间。
[0014]作为一种优选的技术方案，若采用频域分析方法，温变为线性时，则实际电流波形由以下公式重构：
[0015][0016]其中，I实际表示重构后的表示换流变压器出线装置实际电流波形，I
DC
表示直流电流，I
i
表示第i次谐波的峰值。
[0017]作为一种优选的技术方案，若采用频域分析方法，温变为线性时，则载流结构涡流发热量由下式定量计算，
[0018][0019]其中，表示套管的载流结构的发热功率，E
i
表示第i次谐波的发热量。
[0020]作为一种优选的技术方案，若采用频域分析方法，温变为非线性时，令W
i
'＝W
i
；直至|W
i
'
‑
W
i
|<eps或|T
i
'
‑
T
i
|<eps；其中，W
i
表示当前第i次谐波对应的发热功率，W
i
’
表示迭代后的下一次第i次谐波对应的发热功率，eps表示控制限值，T
i
表示第i次谐波对应的温度值，T
i
’
表示迭代后的下一次第i次谐波对应的温度值。
[0021]作为一种优选的技术方案，5≤n≤30且n为整数。
[0022]本专利技术相比于现有技术，具有以下有益效果：
[0023]本专利技术对特高压换流变压器的套管进行细致建模，分别采用时域分析、频域分析两种分析方法，对非正弦负载电流作用下套管的损耗进行计算，得到了套管损耗的详细分布情况；使损耗值分析误差大幅减小，且所需计算时间大大降低。
附图说明
[0024]图1为换流变压器实际电压波形图；
[0025]图2为换流变压器电压波形傅里叶分解图；
[0026]图3为换流变压器实际电流波形图；
[0027]图4为换流变套管电流波形及离散频谱图；
[0028]图5为换流阀厅管型图；
[0029]图6为载流导体结构图；
[0030]图7为换流变阀侧套管实际电压和电流波形；
[0031]图8为换流变阀侧套管电压和电流离散频谱图；
[0032]图9为截断波形、原始波形及基频波形对比图；
[0033]图10为等温条件下通过频域有限元法计算芯体介质发热量的流程图；
[0034]图11为等温条件下套管芯体发热量与温度的关系图；
[0035]图12为不等温条件下通过频域有限元法计算芯体介质发热量的流程图；
[0036]图13为图12的局部放大图之一；
[0037]图14为图12的局部放大图之二；
[0038]图15为不等温条件下套管芯体损耗特征曲线图；
[0039]图16为实际电流波形下套管载流结构涡流发热量的计算流程如图；
[0040]图17为涡流发热量计算结果图；
[0041]图18为通过谐波有限元法直接计算的载流结构涡流发热量图。
[0042]附图中标记及相应的零部件名称：1、保护层，2、铝箔，3、环氧浸纸，4、外导杆，5、油隙，6本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.非正弦负载电流下换流变压器套管的涡流损耗分析方法，其特征在于，考虑到不同频率下导体集肤深度的不同对套管涡流损耗的影响，对特高压换流变压器的套管进行细致建模，采用时域分析或频域分析的方法，对非正弦负载电流作用下套管的损耗进行计算，得到了套管损耗的详细分布情况。2.根据权利要求1所述的非正弦负载电流下换流变压器套管的涡流损耗分析方法，其特征在于，若采用时域分析方法，则将实际电流波形按时间划分为多个计算区间，用暂态场求解获得每个计算空间的发热量，将套管的总发热量对时间求平均就得到单位时间内套管的损耗值。3.根据权利要求2所述的非正弦负载电流下换流变压器套管的涡流损耗分析方法，其特征在于，若采用时域分析方法，则采用等时间步长划分计算区间。4.根据权利要求1所述的非正弦负载电流下换流变压器套管的涡流损耗分析方法，其特征在于，若采用频域分析方法，则按照用户提供的负载电流谐波频谱，分别将各次谐波下的电流值作为激励，求解出各次谐波下的损耗值，然后运用叠加原理对各次谐波损耗求和得到非正弦负载电流激励下的损耗值。5.根据权利要求4所述的非正弦负载电流下换流变压器套管的涡流损耗分析方法，其特征在于，若采用频域分析方法，温变为线性时，则将换流变压器出线装置实际电压、电流载荷考虑进换流变套管数字孪生模型中，实现数字孪生模型对应载荷非线性响应。6.根据权利要求5所述的非正弦负载电流下换流变压器套管的涡流损耗分析方法，其特征在于，若采用频域分析方法，温变为线性时，则实际电压波形由以下公式重构：其中，U实际重构后的表示换流变压器出线装置实际电压波形，U
DC
表示直流电压，i表示谐波编号，n表示选取的谐波总数，U
i
表示第i次谐波的电压峰值，f
i
表示第i次谐波的频率...

【专利技术属性】
技术研发人员：张施令，何永胜，宫林，李龙，邓保家，
申请(专利权)人：国家电网有限公司，
类型：发明
国别省市：