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變壓器作為電網(wǎng)中極其重要的設備，其安全穩(wěn)定運行直接影響電力系統(tǒng)的穩(wěn)定及安全。截至2020年底，我國特高壓線路累計長度3.6萬km，累計輸送電量2.1萬億kW?h。隨著我國特高壓線路的建設與使用，由高壓直流輸電單極大地回路運行侵入交流系統(tǒng)中的直流電流所產(chǎn)生的變壓器直流擾動問題常有發(fā)生。

變壓器直流擾動狀態(tài)下勵磁電流畸變、鐵心工作點偏移至飽和區(qū)域，從而導致電流畸變、內(nèi)部構(gòu)件振動加劇等問題，嚴重時將導致變壓器電磁、機械失穩(wěn)，危害變壓器及電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行。因此，針對變壓器直流擾動狀態(tài)下電磁-振動參數(shù)變化的研究具有重要意義。

針對變壓器直流擾動問題，較多學者開展了相關(guān)研究。但是現(xiàn)有研究主要針對變壓器直流偏磁狀態(tài)下電流、振動變化問題進行研究，未深入分析電磁-振動參數(shù)變化的對應情況，無法實現(xiàn)通過可量測參數(shù)（電磁參數(shù)）反映內(nèi)部不可觀測參數(shù)（機械振動參數(shù)）的目的。

針對上述問題，吉林省電力有限公司四平供電公司的研究人員研究三相三柱式變壓器不同直流擾動狀態(tài)下繞組電流、勵磁電流及繞組/鐵心振動特性的變化情況。建立變壓器電磁-振動模型，分析變壓器振動機理，基于電磁-機械順序耦合算法，搭建仿真模型，對不同直流擾動水平下變壓器繞組電流、勵磁電流及繞組/鐵心振動加速度進行仿真計算，分析電磁參數(shù)與振動參數(shù)的變化情況。

圖1 變壓器電磁-機械順序耦合算法

他們搭建動模實驗平臺采集不同狀態(tài)下繞組電流、勵磁電流及振動加速度，對比仿真結(jié)果與實驗數(shù)據(jù)，驗證模型的有效性及方法的正確性。最后建立電磁參數(shù)與振動參數(shù)映射關(guān)系，通過電磁參數(shù)反映振動參數(shù)變化，為變壓器直流擾動問題提供新的輔助決策手段。

圖2 變壓器仿真模型

圖3 實驗原理接線

研究人員最后得出以下結(jié)論：

1）基于電磁-機械順序耦合原理建立三相三柱式變壓器直流擾動模型，該模型能夠有效計算變壓器直流擾動狀態(tài)下繞組電流、勵磁電流及振動加速度情況。通過對比仿真結(jié)果和實驗數(shù)據(jù)，驗證了該模型的正確性。

2）變壓器直流擾動狀態(tài)下，繞組電流基本不變，但勵磁電流嚴重畸變；繞組振動加速度變化較小，但受到勵磁問題影響，鐵心振動加速度特征值相比于正常運行升高至原來的1.5倍，且中頻振動加劇。電磁-振動參數(shù)的變化危害變壓器的安全穩(wěn)定運行，通過直流擾動系數(shù)及負載率可表征繞組/鐵心振動加速度、勵磁電流總諧波畸變率的變化情況，為變壓器直流擾動狀態(tài)下多物理參數(shù)變化問題提供輔助分析手段。

本文編自2022年第1期《電氣技術(shù)》，論文標題為“基于電磁-機械順序耦合的變壓器直流擾動振動特性研究”，作者為劉建樹、孫立濤 等。