交直流混杂模式下变压器构件损耗计算的有效方法
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现代电力系统仿真控制与绿色电能新技术教育部重点实验室（东北电力大学）、国网辽宁省电力有限公司大连供电公司的研究人员潘超、王格万、蔡国伟、杜毅，在2019年第13期《电工技术学报》上撰文（论文标题为“交直流混杂模式下变压器励磁电流谐波与箱体损耗映射研究”）指出，电力变压器遭受直流扰动时励磁电流发生畸变，谐波含量显著增加，易导致金属构件局部损耗增大和过热。
针对此问题，该文研究了变压器励磁电流谐波与箱体损耗的映射关系。基于电磁耦合原理构建交直流混杂模式下的变压器状态方程，利用端口电气信息研究励磁电流辨识方法，对励磁电流进行谐波分析，利用谐波电流有效值表征励磁饱和状态，通过仿真计算与动模实验深入分析变压器的电磁特性，并验证该方法的正确性。
在此基础上进一步研究变压器在不同运行方式、直流水平及负载率时箱体的漏磁和涡流损耗分布，并总结其变化规律，通过拟合的方法构建励磁电流谐波与箱体损耗的映射关系数学模型，为交直流混杂模式下变压器构件损耗计算提供了可行方法。
大量电力电子装置的应用、地球磁暴以及高压直流输电单极大地回路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。近年来，国内外多次发生由于变压器遭受直流扰动而导致的大规模停电事故。变压器在直流扰动下会出现励磁饱和、电流畸变、谐波含量增加、振动噪声、无功损耗升高、局部过热等异常或故障。其中，交直流混杂运行导致金属构件损耗增大与局部温升是备受关注的研究内容。
箱体是变压器最大的金属构件，其具有较大的电阻率，变压器在直流扰动下铁心励磁饱和程度加深，励磁电流畸变严重，谐波含量骤增，漏磁增大，进而导致箱体损耗剧增，温升异常。
有学者分析了变压器偏磁运行时谐波变化以及各次谐波增大的原因。
有学者利用漏磁补偿模型研究了变压器不同运行方式下构件的漏磁和损耗分布情况。
有学者通过磁热耦合的方法对变压器整体的损耗和温升进行了仿真计算。
有学者研究了直流偏磁条件下不同磁化曲线对铁心损耗的影响。
以上文献对变压器谐波、损耗等问题进行了大量研究，但均未考虑变压器在交直流混杂模式下励磁电流谐波、励磁饱和状态及金属构件损耗的对应关系。
本文针对交直流混杂模式下变压器金属构件的损耗问题，提出一种励磁电流谐波与箱体损耗对应关系的映射方法。基于变压器电磁耦合原理求解交直流混杂状态方程，辨识励磁电流并对其进行快速傅里叶变换（Fast Fourier Transformation, FFT），利用励磁电流谐波有效值表征铁心励磁饱和状态，计算箱体的漏磁及涡流损耗，归纳其规律和对应关系。
图3 变压器仿真局部模型
图4 实验接线原理
1）本文提出了励磁电流及其谐波含量的辨识方法，通过仿真与实验结果对比，验证了该方法的正确性。
2）变压器在直流扰动下励磁电流总谐波畸变率随直流水平升高而增大，而谐波电流有效值与直流水平近似呈线性关系，可利用谐波电流有效值表征变压器励磁状态。
3）对箱体的漏磁与损耗进行分析，结果表明，励磁饱和程度加深，箱体损耗增大；箱体损耗取决于负载率与直流水平，所构建的励磁电流谐波-箱体损耗映射函数为交直流混杂模式下变压器构件损耗计算提供了有效方法。