變壓器直流偏磁的振動特性研究 - 圖文-

1、第37卷第1期2009年1 月Vol.37No.1Jan.2009變壓器直流偏磁的振動特性研究蔣躍強(qiáng)1,李紅雷2,周行星2,黃華2(1.華東電網(wǎng)有限公司,上海200002;2.華東電力試驗(yàn)研究院有限公司,上海200437摘要:闡述了圍繞中性點(diǎn)直流電流導(dǎo)致變壓器振動開展的研究工作。運(yùn)用實(shí)驗(yàn)室模擬試驗(yàn)和現(xiàn)場實(shí)測,研究了直流偏磁導(dǎo)致的變壓器振動頻譜的頻率分布,分析了偏磁電流、運(yùn)行電壓對振動強(qiáng)度、振動頻率的影響,研究結(jié)果表明,直流偏磁會導(dǎo)致振動強(qiáng)度、振動奇次諧波和高次諧波的增加,特別是會引起非100Hz整數(shù)倍的高頻振動。關(guān)鍵詞:變壓器;振動;中性點(diǎn);直流偏磁作者簡介:蔣躍強(qiáng)(19652,男,高級工程師

2、,主要從事電網(wǎng)生產(chǎn)管理工作。中圖分類號:T M403文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A文章編號:100129529(20090120132204Study of v i bra ti on of tran sfor m ers under DC b i a sJ I AN G Yue2qiang1,L I Hong2lei2,ZHOU X ing2xing2,HUAN G Hua2(1.East China Grid Company L i m ited,Shanghai200002,China;2.East China Electric Power Test&Research I nstitute Co.,L

3、td,Shanghai200437,ChinaAbstract:The research on abnor mal transf or mer vibrati on caused by DC current in its neutral point was p resented. Thr ough si m ulati on tests in the laborat ory and tests in substati ons,frequency distributi on of transfor mer vibrati on in2 duced by DC bias was studied,a

4、nd the influences of DC bias current and operati onal voltage on vibrati on intensity and frequency were analyzed.The results showed thatDC bias would increase vibrati on intensity,odd har monics,and high har monics,es pecially it could lead t o high frequency vibrati on of non2integral multi p le o

5、f100Hz.Key words:transf or mer;vibrati on;neutral point;DC bias高壓直流單極大地運(yùn)行方式、非線性負(fù)荷、太陽磁暴等,均可能在變壓器的中性點(diǎn)串入直流電流,影響變壓器的激磁工作點(diǎn),導(dǎo)致變壓器異常振動,對變壓器的運(yùn)行產(chǎn)生潛在的危害。華中送華東的500k V直流已經(jīng)有3回,其中上海已有2回,上海蘆潮港到嵊泗的小直流也已投用。按照國家電網(wǎng)公司規(guī)劃,近期上海還有1回500kV高壓直流和1回800kV特高壓直流送入。同時,隨著新建交流變電站不斷投運(yùn),變電站星羅棋布,發(fā)生變壓器噪音和振動增大的現(xiàn)象越來越頻繁,直流偏磁不利于設(shè)備的長期運(yùn)行,然而目前尚缺

6、乏評價變壓器直流偏磁能力的手段。1振動成因和振動頻譜變壓器的振動和噪聲是由鐵心、繞組、附件等產(chǎn)生的,其中鐵心往往占主要成分。鐵心振動是由硅鋼片的磁致伸縮引起的。鐵心振動過大的原因分為2方面,一方面是變壓器設(shè)計(jì)和制造工藝上的,另一方面是在變壓器運(yùn)行中,由各種因素造成的。后者主要原因在于1:(1電網(wǎng)電壓偏高,使得變壓器工作磁密提高,導(dǎo)致振動和噪聲增大。(2如果電流和電壓含有較多的高次諧波,會使鐵心中主磁通發(fā)生畸變。除基波磁通外,其中還含有大量的高次諧波。因?yàn)槁暡l率越高就越容易獲得較大的聲壓和聲強(qiáng),所以變壓器的振動和噪聲會增大。(3變壓器接地系統(tǒng)中出現(xiàn)直流分量,或三相負(fù)載嚴(yán)重不平衡時,會出現(xiàn)較大的

7、零序電流,鐵心中產(chǎn)生較大的零序磁通。零序磁通改變了各相磁通的大小和相位,使得鐵心單相或兩相磁密嚴(yán)重升高或飽和,變壓振動器振動噪聲會明顯增大。(4變壓器鐵心多點(diǎn)接地或鐵心硅鋼片短路時,會使鐵心局部磁通畸變,引起變壓器振動噪聲增大。由于硅鋼片磁致伸縮的周期是電網(wǎng)頻率(50 Hz的半個周期,所以鐵心硅鋼片引起的振動,往往是以2倍電網(wǎng)頻率、即100Hz為其基頻的2。蔣躍強(qiáng),等變壓器直流偏磁的振動特性研究1332振動測試儀器和方法振動信號的頻譜通過SI G NALCALC730動態(tài)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)進(jìn)行采集。該儀器分析帶寬為42kHz,可同時采集16路信號。拾振元件采用Mod 2el 356A16I CP 型

8、三維加速度傳感器。在變壓器的外殼上,上下為本體高度的1/2高度處選擇測點(diǎn),用磁力座固定加速度傳感器進(jìn)行振動測試。選擇測點(diǎn)的原則是盡量等間隔,并能忠實(shí)地反映由變壓器底架傳來的變壓器本體的振動,避開機(jī)箱門等振動過大的部位。從振動的頻域譜圖看,傳感器的x 、y 方向與z 方向信號非常相似,但幅值比z 方向小,易受到干擾;所以主要分析傳感器z 方向、即垂直變壓器箱壁方向的振動信號。3直流偏磁的現(xiàn)場測試2007年4月22日,三峽送上海的宜華直流單極大地方式運(yùn)行,距離宜華直流接地極較近的220kV 干練變電站變壓器噪聲突然增大,這是一起典型的高壓直流單極大地運(yùn)行方式下地中直流對變壓器影響的實(shí)例。在現(xiàn)場對變

9、壓器噪聲和振動進(jìn)行了測試。 干練站有2臺主變,型號相同,在測試期間負(fù)荷相近。1號主變中性點(diǎn)接地,實(shí)測直流電流值為22.5A (方向?yàn)殡娏饔傻刂辛鞒?2號主變中性點(diǎn)對地絕緣。在每臺主變周圍布置22個測點(diǎn)進(jìn)行噪聲測試,見圖1?？梢?中性點(diǎn)接地的1號主變的噪聲,比中性點(diǎn)不接地的2號主變普遍大10d B左右。 圖1干練站主變噪聲比較在主變周圍布置12個測點(diǎn)進(jìn)行振動頻譜測試,發(fā)現(xiàn)了振動強(qiáng)度和頻率分布存在明顯規(guī)律,選取2個測點(diǎn)(設(shè)為測點(diǎn)1和2為例進(jìn)行說明,見圖2、3。(11號主變的振動強(qiáng)度明顯大于2號主變對12個測點(diǎn)的振動數(shù)據(jù)分析表明,1號主變在12個測點(diǎn)的最強(qiáng)分量都150mg,其中5個測點(diǎn)幅值400mg

10、 。2號主變有9個測點(diǎn)的最強(qiáng)分量的幅值100mg 。(21號主變的振動頻率分布異常2號主變振動的頻率分布簡單,較強(qiáng)的振動分量均出現(xiàn)在100Hz 的整數(shù)倍處。1號主變的頻率分布比較復(fù)雜:1振動能量分布的頻率范圍較大,存在很多高頻分量。2有很多強(qiáng)振動分量,出現(xiàn)在非100Hz 整數(shù)倍處,例如,測點(diǎn)1的最強(qiáng)分量位于150Hz,測點(diǎn)2的最強(qiáng)分量位于550Hz 。在12個測點(diǎn)中,有5個測點(diǎn)的最強(qiáng)分量位于150或550Hz 處。理論上講,鐵心硅鋼片引起的振動,是以2倍電網(wǎng)頻率、即100Hz 為其基頻的。由于某種原因出現(xiàn)的諧波,一般出現(xiàn)在100Hz 的整倍數(shù)處,如:200、300Hz 等,500Hz 以上的就

11、很少了。而1號主變的振動頻率分布異常,在非100Hz 整倍數(shù)的頻率上出現(xiàn)很多強(qiáng)振動分量。因此可以推斷,高壓直流輸電單極大地方式下運(yùn)行時,地中直流串入1號主變的中性點(diǎn),導(dǎo)致變壓器直流偏磁,噪聲增加10d B 以上;振動加速度則成數(shù)10倍增加,尤其反映在振動的加速度頻譜中,奇次諧波(即非100Hz 整數(shù)倍的頻率分量顯著增加,并成為主要的諧波分量,高次諧波成分顯著增加。圖2測點(diǎn)1振動加速度譜的比較圖3測點(diǎn)2振動加速度譜的比較4直流偏磁的實(shí)驗(yàn)室測試4.1試驗(yàn)條件及方法在實(shí)驗(yàn)室開展了變壓器在不同直流偏磁情況下的測量分析。采用10kV /400V 三相3柱心式1342009,37(1 配電變壓器作為試品,

12、接線組別為Dyn11。 采用2臺參數(shù)一致的變壓器試品并列加壓,同時在交流加壓回路中串接可以調(diào)節(jié)的直流電壓源,由此實(shí)現(xiàn)交直流的混合加壓,模擬變壓器不同的直流偏磁條件下,變壓器空載運(yùn)行的情況。以Dyn11連接的變壓器試品1為研究對象,在變壓器低壓側(cè)施加交流電壓,在變壓器高壓側(cè)A 相施加直流,具體的試驗(yàn)接線見圖4。采用了三相3柱心式的變壓器,如果對三相建立同樣的直流偏磁,顯然無法建立可以流通的磁通,所以就不會對變壓器的工作磁密產(chǎn)生影響。因此本試驗(yàn)采用了單相施加直流偏磁的方法,研究建立直流磁路后對變壓器的影響。本試驗(yàn)采用角接變壓器兩相施加幅值相同但磁通方向相反的直流偏磁的方法,模擬了變壓器2個單相偏磁

13、的情況,可以間接反映變壓器鐵心單柱偏磁的情況。由于2個磁勢建立磁通的方向在磁路上是一致的,因此起到了互相疊加的效果。 圖4直流偏磁試驗(yàn)接線(低壓加交流,高壓串直流4.2試驗(yàn)結(jié)果直流偏磁電流施加最大到空載電流的7倍左右。(1振動強(qiáng)度和偏磁電流的關(guān)系 選取每個振動頻譜內(nèi)的最強(qiáng)分量,代表振動強(qiáng)度。圖5是額定電壓時振動強(qiáng)度和偏磁電流的關(guān)系,可見,振動強(qiáng)度隨偏磁電流的增加而呈上升趨勢。 圖5額定電壓下最大振動強(qiáng)度和偏磁電流的關(guān)系(2最大振動強(qiáng)度和電壓的關(guān)系試驗(yàn)結(jié)果表明,在偏磁電流不變的情況下,振動強(qiáng)度基本上隨電壓升高而增加。偏磁電流為1.74A 時,振動強(qiáng)度和電壓的關(guān)系見圖6。圖6偏磁電流為1.74A

14、時最大振動強(qiáng)度和電壓的關(guān)系(3振動頻率分析在研究頻率分布時,對每個振動頻譜,只選取最強(qiáng)和次強(qiáng)2個振動分量;如果次強(qiáng)振動分量的強(qiáng)度低于最強(qiáng)分量的50%,則忽略次強(qiáng)分量。1在電壓為額定電壓時,振動頻率和偏磁電流的關(guān)系見圖7。可見,隨著偏磁電流的增加,強(qiáng)振動分量的頻率有增加的趨勢。在電流較小時(0.59A ,雖然高頻區(qū)也有較強(qiáng)振動,但最強(qiáng)振動發(fā)生在低頻區(qū)(100Hz ,隨著電流的增加(0.59A ,最強(qiáng)和次強(qiáng)振動分量都轉(zhuǎn)移到了高頻區(qū)(600Hz 及以上。圖7額定電壓下振動頻率分布和偏磁電流的關(guān)系2不同偏磁電流下,振動頻率和電壓的關(guān)系見圖8?？梢?隨著電壓的增加,強(qiáng)振動分量的頻率有明顯的增加趨勢。在電

15、壓較低時,最強(qiáng)振動均發(fā)生在低頻區(qū)(100Hz ,而次強(qiáng)振動分量往往不存在,或者也發(fā)生在低頻區(qū)。隨著電壓的升高,次強(qiáng)振動分量由無到有,同時最強(qiáng)和次強(qiáng)振動分量都轉(zhuǎn)移到了高頻區(qū)。圖8偏磁電流為1.74A 時振動頻率分布5結(jié)論(1變壓器中性點(diǎn)串入直流電流導(dǎo)致偏磁后,會導(dǎo)致變壓器油箱的振動顯著增大,振動加速度成數(shù)10倍增加,噪聲可增加10dB 以上。第37卷第1期2009年1 月Vol.37No.1 Jan.2009電力系統(tǒng)穩(wěn)定器整定方法的仿真研究郭強(qiáng)1,2(1.同濟(jì)大學(xué)電子與信息工程學(xué)院,上海200092;2.華東電力試驗(yàn)研究院有限公司,上海200437摘要:認(rèn)為通過試驗(yàn)確定的PSS參數(shù)定值不能充分發(fā)

16、揮PSS的性能。根據(jù)并網(wǎng)運(yùn)行機(jī)組產(chǎn)生弱阻尼機(jī)電振蕩問題的原理,在基于單機(jī)無窮大系統(tǒng)的仿真平臺上采用完善的系統(tǒng)線性化計(jì)算技術(shù),研究影響PSS參數(shù)整定的各種因素,確定PSS相位補(bǔ)償應(yīng)遵循的原則,同時確定了PSS增益合理取值區(qū)間的量化原則。對PSS投運(yùn)試驗(yàn)中存在的問題和不足,建議增加新的試驗(yàn)項(xiàng)目,以檢驗(yàn)PSS在要求的頻率范圍內(nèi)的綜合性能。關(guān)鍵詞:電力系統(tǒng)穩(wěn)定器;PSS;整定方法;機(jī)電振蕩;仿真作者簡介:郭強(qiáng)(19712,男,高級工程師,碩士研究生,從事電力系統(tǒng)穩(wěn)定分析和研究工作。中圖分類號:T M712文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A文章編號:100129529(20090120135206S i m ul a ti

17、 on ba sed study of setti n g m ethod for power syste m st ab ili zerGuo Q iang1,2(1.T ongji University,College of Electr onics and I nfor mati on Engineering,Shanghai200092,China;2.East China Electric Power Test&Research I nstitute Co.,Ldt.,Shanghai200437,ChinaAbstract:The settings of PSS parameter

18、s decided by the test cant exp l oit the perfor mance of PSS t o the full.Accord2 ing t o the theory of l ow da mp ing of electr omechanical oscillati on caused by the electrical machines,this paper studies the fact ors which influence how t o set the PSS para meters.A ll these studies are perfor me

19、d on the si m ulati on p latf or m based on single2machine2infinite2bus syste m using perfect linearizati on computati on technol ogy.A s a result,the p rin2 ci p le of phase compensati on and reas onable gain quantizati on of PSS is deter m ined.Due t o s ome shortages existing in PSS comm issi oning test,it is suggested t o carry out ne w test item s t o verify the comp rehensive perfor mance of PSS in the s pecified frequency range.Key words:power syste m stabilizer;PSS;setting method;electr omechanical oscillati on;si m ulati