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直流偏磁下变压器振动机理与振动信号分析的研究.pdf 132页
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直流偏磁下变压器振动机理与振动信号
重庆大学博士学位论文
学生姓名：段 旭
指导教师：杨永明 教 授
业：电气工程
学科门类：工 学
重庆大学电气工程学院
二O 一三年四月
Research on Transformer Vibration
Mechanism and Signal Analysis under
A Thesis Submitted to Chongqing University
in Partial Fulfillment of the Requirement for the
Doctor’s Degree of Engineering
Supervised by Prof. Yongming Yang
Specialty：Electrical Engineering
College of Electrical Engineering of
Chongqing University, Chongqing, China
April, 20 13
变压器作为一种电网建设所必需的电气设备其运行的安全可靠性历来是人们
关注的焦点。随着我国特高压电网的建设，电压等级的不断提高，变压器容量的
不断加大，其内部的电磁力也日益增大，自 1989 年3 月 13
日发生严重的地磁风
暴在北美严重影响了电力系统的正常运行以来，地磁感应电流导致的直流偏磁问
题一直是研究的热点。关于变压器的振动机理前人也开展了许多的相关研究，但
是考虑直流偏磁下变压器振动机理的变化方面的研究开展甚少。因此本文就这一
方面开展了研究。利用理论上数学公式的推导，电磁场-结构力场之间的耦合场建
模，研制变压器振动监测系统，搭建实验平台开展相关实验，通过盲源分离技术
对采集的变压器振动数据进行分离这几种研究手段和方法开展了具体的工作。
论文的主要创新性工作包括以下几点：
① 考虑直流偏磁的影响，结合现有的变压器振动的相关理论，推导出了变压
器铁心和绕组所受电磁力方程和位移方程。并以此为基础讨论了变压器铁心和绕
组随直流偏磁量变化的规律。建立了考虑磁致伸缩影响的电磁场和结构力场的耦
合场模型，通过此模型考察了发生直流偏磁时变压器内部磁通密度、机械应力分
布、张力分布以及位移场分布的变化规律。
② 进一步考察电力谐波对变压器振动的影响，并为此建立了基于混沌电路的
电弧炉模型，该模型能够很好的模拟电网中实际电弧炉内电弧电压和电弧电流的
非线性特性，尤其是模拟了其中的混沌特性。以建立的仿真电弧炉模型作为谐波
源，通过仿真考察了变压器铁心和绕组振动变化的规律，通过模拟真实环境得到
的变压器振动数据更有说服力。
③ 研制了变压器振动在线监测系统，这套在线监测系统采用了LabView 作为
开发平台，实现了通道信号实时显示、实时频谱显示、通道选择、触发选择、触
发设置、数据存储等功能，特别是采用了新的数据存储方式，通过创建数据库来
管理复杂监测任务。还实现了信号捕捉功能，使得瞬变信号不会消失，并且当变
压器振动超过阈值时会自动记录波形。该在线监测系统不仅能完成本文的测量任
务，还能作为一般的数字存储示波器使用。本文还搭建了实验平台，在此实验平
台上完成本文所要要开展的各项工作，包括不同直流偏置量与变压器振动行为之
间关系的研究，相同直流偏磁下不同负载和三相不平衡对变压器振动的影响研究
等实验项目，填补了本课题方向上的研
正在加载中，请稍后...&&&&【XSM】研究生教材&变压器直流偏磁电容治理技术&王博&中国电力出...
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版 次：1页 数：1字 数：1印刷时间：日开 本：16开纸 张：胶版纸包 装：平装-胶订是否套装：否国际标准书号ISBN：0所属分类：&&&
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第二章 高压直流输电系统流入变压器中的直流偏磁电流的计算
本章主要对直流输电系统单极-大地回线运行方式下流入变压器中的直流偏磁电流的计算方法进行研究。根据直流偏磁电流的产生原因可知影响变电站变压器中性点流过的直流电流的主要因素是：1变电站与直流换流站的相互位置；2○○变电站之间线路连接的直流通道电阻大小。目前，常用的计算方法主要有场路耦合法[27]和电阻网络法[28]等，在对已有计算方法进行分析的基础上，本文使用场路迭代法分别考虑接地体之间的影响和地上输电线路的影响，计算流入变压器的直流偏磁电流。 2.1
常用计算方法简介 2.1.1 场路耦合法 场路耦合法是将所有埋地导体产生的电流场视为电流源，其电流为该导体向大地泄漏（吸收）电流；把位于地上的交流系统视为电阻网络，然后运用电路理论求得网络中各支路电流大小的方法[31]，具体步骤如下：
图2-1 接地体局部示意图 Fig.2-1 Local grounding conductor
第9页 上海交通大学硕士学位论文
图2-2 接地体局部等效电路 Fig.2-2 Equivalent circuit of local grounding conductor 对于结构复杂的接地体，将接地导体划分成若干个小段单元，见图2-1。其等效电路图如图2-2。 应用电路理论对该网络求解接地系统的等效有源电阻网络。 1) 以无穷远为电位参考点，根据接地计算理论的自电阻（即真值电阻）和互电阻概念[29,30]导出：各电流源电位（即导体段中点电位）和电流源电流（即泄漏电流）的关系： ?n?RnnIn
（2-1） 其中，?n和In分别为电流源的电位和电流；Rnn中对角线元素为导体自电阻，非对角线元素为互电阻。 2) 按电路基础理论列写电阻网络节点电位方程： ??n?ImGmmVm?Gmn
（2-2） 其中，（如直流接地极电流）；Gmm，Vm为各节点电位；Im为节点外加注入电流?可直接由等效有源电阻网络求得。以各个电流源的电流为未知对象，可得： GmnIn(i)??(A(k,i)Vm(k)??n(i))/r(k,i)
（2-3） k?1m其中，A(k,i)为关系因子，当k节点为电流源i所在导体段的末端时为1，否则第10页 上海交通大学硕士学位论文 为0；r(k,i)为k节点电流源i相连支路的电阻。联立（2-1）、（2-2）、（2-3）式即可求得各节点电位，从而可得到网络中各支路的电流。 2.1.2 电阻网络法 为便于分析，学者A.P. Sakis、马志强等引用极间耦合电阻概念得出纯电阻等效电路模型[28,32]来简化实际土壤导电特性，分析多接地极相互影响。电阻网络法是用接地极自电阻和极间耦合电阻来描述接地极的运行情况，将原来的场路耦合问题演变为纯电路问题加以计算的方法。如图2-3中RAA、RBB、MAB分别表示接地体A的极自电阻、接地体B的极自电阻、两接地体极间耦合电阻。这样即可用极自电阻和极间耦合电阻来描述接地极运行工况，将场路耦合中的电流场计算演变为纯电路问题，使分析大大简化。
图2-3 接地极间电阻等效模型 Fig.2-3 Equivalent model between two grounding electrodes 由互电阻概念计算图2-3中各元件参数： 由电路理论得： ?UA??RA?U???R?B??ABRAB??Ia??I?
（2-4） RB???b?其中，UA、UB和RA、RB分别为两接地体的电位和接地电阻；Ia、Ib分别为通过两接地体的电流；RAB为两接地体间互阻抗。 式（2-4）可转换为： 第11页 包含总结汇报、旅游景点、资格考试、外语学习、行业论文、word文档、党团工作以及电力系统硕士论文等内容。本文共10页
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