【摘 要】
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当变压器承受到雷电冲击、操作过电压等激励作用时,线圈电压分布将会表现出很大的梯度,且伴随着振荡;另外当变压器绕组受到短路冲击而产生变形时,绕组自身的频响曲线亦将随之发生变化。上述现象都是变压器宽频特征行为的一种体现,这些特征反映到频域上的跨度可能会为几十赫兹到几兆赫兹,因此开展变压器宽频域特征建模等基础问题研究是深入剖析上述特征规律的基础,同时准确的建立变压器宽频域特征模型对于提升高电压变压器产品
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当变压器承受到雷电冲击、操作过电压等激励作用时,线圈电压分布将会表现出很大的梯度,且伴随着振荡;另外当变压器绕组受到短路冲击而产生变形时,绕组自身的频响曲线亦将随之发生变化。上述现象都是变压器宽频特征行为的一种体现,这些特征反映到频域上的跨度可能会为几十赫兹到几兆赫兹,因此开展变压器宽频域特征建模等基础问题研究是深入剖析上述特征规律的基础,同时准确的建立变压器宽频域特征模型对于提升高电压变压器产品绝缘设计水平,提高大容量变压器短路故障诊断准确性,保障高频电气系统运行可靠性等都具有重要的工程意义。本文以建立精确、有效的变压器宽频特征模型为基本目标。基于硅钢片非线性涡流场模型,计算得到了铁心等效磁导率随频率变化曲线;针对非被测线圈短接工况条件下磁导率在一定范围内变化对磁场的影响很小这一特点,提出将电磁场有限元模型与宽频等值电路相耦合来代替非线性的阻感参数,进而得到一种高效计算电力变压器宽频特征的场路耦合模型。该模型用电路-磁场之间的直接耦合来代替电路中的非线性电感参数,并将变压器宽频特征模型在一定的分析频率范围内线性化。相比于传统的等值电路模型,还避免了复杂的单元电感和互感参数的计算及提取的过程。为了验证所提场路耦合模型中各线圈单元间电磁耦合关系的正确性,设计了电磁参数测试模型,研究分析了不同工况下,铁心的频变效应对电磁耦合系数的影响规律,同时还开展了宽频等值电路模型中电容参数计算方法的研究,并通过具体案例对电磁耦合系数和电容参数进行实测分析,验证了该模型的有效性。最后设计了变压器测试模型,通过搭建变压器宽频特征模型实验测试平台,对变压器铁心不同磁导率对应的宽频响应曲线进行了分析和测试,结果验证了非被测线圈短接工况条件下,变压器场路耦合宽频特征模型线性化的可行性,以及该模型针对宽频问题分析时的有效性。本文提出的非被测线圈短接条件下的变压器宽频等值电路可以进一步推广应用于绕组雷电冲击波过程分析,以及阻抗法频响曲线分析。
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