基于表面阻抗法的变压器杂散损耗计算与验证

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高压输电已经成为了我国电力线路的主力军,大容量电力变压器作为关键电磁装备,因其内部结构复杂,漏磁通在油箱、铁心拉板、屏蔽等结构中分布不均匀的情况越来越严重。由于漏磁通产生的杂散损耗而引起的一系列问题愈演愈烈,不仅使变压器的损耗和温升急剧增加而且还容易发生局部过热的危险,最终影响变压器的安全运行,因此研究漏磁通分布及其损耗计算,可为电力变压器的结构优化提供具体的分析方法和数据支撑。在变压器杂散损耗计算过程中,由于油箱等结构具有“多尺度、浅透入深度”的特点,导致在求解过程中无法同时满足计算精度与效率的要求,因此本文围绕上述问题展开研究。首先考察导体内涡流分布规律以及分析变压器常用材料的特点,基于表面阻抗理论对相关材料进行适用性分析以确定研究对象;其次针对一维表面阻抗边界无法计算边角区磁密的问题,引入修正函数,给出考虑边角区的表面阻抗边界条件并与有限元计算结果进行对比,验证了其正确性;然后基于修正后的表面阻抗边界条件在变压器结构件(如大型薄板材料)建模中的应用展开工作,给出了全局表面阻抗在A,φ-A法下三维涡流问题的完整表达式,将表面阻抗边界条件并入有限元的离散方程中并分析其计算特点;此外就全局表面阻抗建模无法获得内部电磁量数据,进而无法准确计算杂散损耗的问题,提出了一种针对结构件不同区域分别给定边界条件的局部表面阻抗建模方法;最后以国际TEAM基准模型P21-B为实验对象搭建变压器杂散损耗测试系统,通过相应的实验研究和仿真分析,验证了局部表面阻抗建模方法的正确性。局部表面阻抗法克服了常规有限元剖分单元过多的困难,考虑了导体边角区对阻抗边界条件的影响,并实现了杂散损耗的有效计算,在保证计算精度的前提下可以节省计算资源、提高计算效率,具有较高的工程实用价值。
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