基于MatlabSimulink的電力變壓器仿真建模及特性分析(文獻綜述)

1、四川理工學院畢業(yè)論文文獻綜述基于Matlab/Simulink的電力變壓器仿真建模及特性分析學生：茍佐羅學號：10021070104專業(yè)：電氣工程及其自動化班級：2010.1指導教師：郭輝四川理工學院自動化與電子信息學院二O一四年三月前言電力變壓器是一種靜止的電氣設備，是用來將某一數(shù)值的交流電壓（電流）變成頻率相同的另一種或幾種數(shù)值不同的電壓（電流）的設備1。當一次繞組通以交流電時，就產(chǎn)生交變的磁通，交變的磁通通過鐵芯導磁作用，就在二次繞組中感應出交流電動勢。二次感應電動勢的高低與一二次繞組匝數(shù)的多少有關(guān)，即電壓大小與匝數(shù)成正比。主要作用是傳輸電能，因此，額定容量是它的主要參數(shù)2。額定容量是一

2、個表現(xiàn)功率的慣用值，它是表征傳輸電能的大小，以kVA或MVA表示，當對變壓器施加額定電壓時，根據(jù)它來確定在規(guī)定條件下不超過溫升限值的額定電流。較為節(jié)能的電力變壓器是非晶合金鐵心配電變壓器，其最大優(yōu)點是，空載損耗值特低。最終能否確?？蛰d損耗值，是整個設計過程中所要考慮的核心問題。當在產(chǎn)品結(jié)構(gòu)布置時，除要考慮非晶合金鐵心本身不受外力的作用外，同時在計算時還須精確合理選取非晶合金的特性參數(shù)。國內(nèi)生產(chǎn)電力變壓器較大的廠家有一開投資集團，中電電氣，保變天威，西電集團，山東明大電器，山東電力設備廠等。電力變壓器是發(fā)電廠和變電所的主要設備之一。變壓器的作用是多方面的不僅能升高電壓把電能送到用電地區(qū)，還能把電

3、壓降低為各級使用電壓，以滿足用電的需要?？傊龎号c降壓都必須由變壓器來完成3。在電力系統(tǒng)傳送電能的過程中，必然會產(chǎn)生電壓和功率兩部分損耗，在輸送同一功率時電壓損耗與電壓成反比，功率損耗與電壓的平方成反比。利用變壓器提高電壓，減少了送電損失。在過去十年的發(fā)展中，我國電力建設快速發(fā)展，成績斐然。其中，發(fā)電裝機容量高速增長，電網(wǎng)建設速度突飛猛進，電源結(jié)構(gòu)調(diào)整不斷優(yōu)化，技術(shù)裝備水平大幅提升，節(jié)能減排降耗效果顯著，電力建設實現(xiàn)了跨越式發(fā)展。這為我國經(jīng)濟社會平穩(wěn)較快發(fā)展提供了強大動力，對改善人民生活起到了重要支撐和保障作用。國家統(tǒng)計局數(shù)據(jù)顯示，2007-2011年，電力變壓器制造行業(yè)的銷售規(guī)模不斷擴大，

4、銷售收入每年以13%以上的速度增長，2011年銷售收入達到1784.36億元，同比增長16.53%;實現(xiàn)利潤總額102.14億元，同比減少5.43%?？傮w來看，2011年，中國電力變壓器制造行業(yè)發(fā)展穩(wěn)定，但盈利能力有所下滑。出于全球經(jīng)濟環(huán)境的考慮，我國未來可能會加大可再生能源的比例。國網(wǎng)、南網(wǎng)都在研究輕型直流，這些都是新的趨勢，將為變壓器行業(yè)帶來新的發(fā)展領(lǐng)域。并且電力變壓器在市場上的發(fā)展和使用越來越廣泛，在技術(shù)上和質(zhì)量上其中一些知名企業(yè)也脫穎而出例如一開投資集團多年來公司一直致力于民族電氣工業(yè)的發(fā)展，與眾多科研院所、高校及國際行業(yè)巨頭建立緊密的合作，設立了“上海一開電器科學研究所”，專業(yè)研發(fā)、

5、生產(chǎn)輸配電控制設備、高低壓電器元件、智能電氣等產(chǎn)品，先后開發(fā)了“智能型PLC控制總屏”及“智能型成套開關(guān)總控”等各種高、低壓電器元件；與沈陽變壓器研究所合作，研發(fā)、生產(chǎn)高低壓變壓器產(chǎn)品，先后開發(fā)了S（B）H15-M、S（B）H16-M型非晶合金卷鐵芯電力變壓器，SC9、SCB9、SC10、SCB10系列樹脂絕緣干式變壓器，SG10型H級絕緣干式電力變壓器，SGB11-R卷鐵芯H級非包封線圈干式電力變壓器，10kV級S9、S11系列油浸式電力變壓器，35kV級S9-口-口系列油浸式電力變壓器等系列產(chǎn)品并同時研發(fā)生產(chǎn)了變壓器生產(chǎn)用箔式繞線機、非晶合金剪切機、高低壓繞線機等專用機械設備；與美國通用公

6、司（GE）強強聯(lián)手，打造亞太地區(qū)最大、最專業(yè)的船用開關(guān)設備及低壓電氣設備，先后開發(fā)了GEAplus2.0、Modulaplus、Modula630k、船用變壓器、船用箱式變電站、船用電氣自動化設備、隧道專用配電柜等系列產(chǎn)品。隨著我國“節(jié)能降耗”政策的不斷深入，國家鼓勵發(fā)展節(jié)能型、低噪音、智能化的配電變壓器產(chǎn)品。目前在網(wǎng)運行的部分高能耗配電變壓器已不符合行業(yè)發(fā)展趨勢，面臨著技術(shù)升級、更新?lián)Q代的需求，未來將逐步被節(jié)能、節(jié)材、環(huán)保、低噪音的變壓器所取代。2008年、2009年連續(xù)兩年我國電網(wǎng)建設投資超過電源建設投資，預示著我國電網(wǎng)建設落后的問題或?qū)⒌玫礁纳?。但要實現(xiàn)電源與電網(wǎng)的平衡，我國仍須提高電網(wǎng)

7、的輸配電能力，使之與電源規(guī)模相匹配?？梢娢磥韼啄?，電網(wǎng)建設和城鄉(xiāng)配電網(wǎng)改造仍是我國電力工業(yè)的首要任務，配電變壓器的市場需求量有望保持較強勁的增漲。以往人們在系統(tǒng)設計過程中都使用物理模型和筆算解決問題，運算量很大，成本較高。電力系統(tǒng)的實時計算機仿真系統(tǒng)由于其精度高、改變參數(shù)方便和重復性好等優(yōu)點，已逐步取代傳統(tǒng)的物理仿真系統(tǒng)，在電力系統(tǒng)的規(guī)劃以及電力系統(tǒng)保護和控制等方面起著越來越重要的作用。MATLAB以其強大的計算功能、友好的動態(tài)仿真環(huán)境和豐富的工具箱越來越成為從事包括電力網(wǎng)絡、電力電子和控制系統(tǒng)等專業(yè)學習和研究的重要仿真工具。其中的Simulink工具箱是一個高性能的動態(tài)系統(tǒng)建模與仿真平臺，S

8、imPowerSystems(PSB)庫就是一個電力、電子系統(tǒng)建模和仿真的專用模塊庫4。PSB中包括了電路仿真所需的各種元件模型，包括電源模塊、基礎(chǔ)電路模塊、電力電子模塊、電機模塊、附加模塊等等。在Simulink環(huán)境下，PSB庫提供了一種類似電路建模的方式進行模型繪制，在仿真前自動將仿真系統(tǒng)圖變化成狀態(tài)方程描述的系統(tǒng)形式，然后進行仿真分析。MATLAB電力變壓器簡述一、MATLAB1、MATLAB系統(tǒng)構(gòu)成MATLAB由MATLABF發(fā)環(huán)境、MATLA瞰學函數(shù)庫、MATLAB、MATLA*像處理系統(tǒng)和MATLABZ用程序接口（API）五大部分組成。（1） MATLAB發(fā)環(huán)境MATLABf發(fā)環(huán)境

9、是一套方便用戶使用MATLABi數(shù)和文件的工具集，其中許多工具是圖形化用戶接口。它是一個集成化的工作空間，可以讓用戶輸入。輸出數(shù)據(jù)，并提供了M文件的集成編譯和調(diào)試環(huán)境。它包括MATLA竦面、命令窗口、M文件編輯調(diào)試器、MATLABT作空間和在線幫助文檔。（2） MATLA嗽學函數(shù)庫MATLAB數(shù)學函數(shù)庫包括了大量的計算算法，從基本運算（如加法、正弦等）到復雜算法，如矩陣求逆、貝塞爾函數(shù)、快速傅立葉變換等。（3） MATLAB言MATLAB語言是一個高級的基本矩陣/數(shù)組的語言，它有程序流控制、函數(shù)、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、輸入/輸出和面向?qū)ο缶幊痰忍厣Ｓ脩艏瓤梢杂盟鼇砜焖倬帉懞唵纬绦?，也可以用來編寫龐大復雜

10、的應用程序。（4） MATLABi像處理系統(tǒng)圖像處理系統(tǒng)使得MATLABi歸方便地圖形化顯示向量和矩陣，而且能對圖形添加標注和打印。它包括強力的二維、三維函數(shù)、圖像處理和動畫顯示等函數(shù)。（5） MATLA而用程序接口（API）MATLABZ用程序接口（API）是一個是MATLABg言能與CFORTRA除其他高級編程語言進行交互的函數(shù)庫，該函數(shù)庫的函數(shù)通過調(diào)用動態(tài)鏈接庫（DLL）實現(xiàn)MATLABC件的數(shù)據(jù)交換，其主要功能包括MATLAB調(diào)用C和FORTRAN,以及MATLA由其他應用程序間建立客戶/服務器關(guān)系。2、Simulink仿真概述Simulink是MATLA啾件的擴展，它是實現(xiàn)動態(tài)系統(tǒng)建

11、模和仿真的一個軟件包，它與MATLAB言的主要區(qū)別在于它與用戶交互接口是基干Windows的模型化圖形輸入的，從而使得川戶可以把更多的精力投入到系統(tǒng)模型的構(gòu)建而非語言的編程上6。所謂模型化圖形輸入是指Simulink提供了一些按功能分類的基本系統(tǒng)模塊，用戶只需要知道這此模塊的輸入、輸出及模塊的功能，而不必考察模塊內(nèi)部是如何實現(xiàn)的。通過對這些基本模塊的調(diào)用，再將它們連接起來就可以構(gòu)成所需要的系統(tǒng)模型（以mdl文件進行存?。?，進而進行仿真與分析。Simulink模型的基本結(jié)構(gòu).一個典型的Simulink模型由以下三種類型的模塊構(gòu)成：信號源模塊信號源為系統(tǒng)的輸入，它包括常數(shù)信號源、函數(shù)信號發(fā)生器（如

12、正弦波和階躍函數(shù)等）以及用戶自己在MATLA沖創(chuàng)建的自定義信號。被模擬的系統(tǒng)模塊系統(tǒng)模塊作為仿真的中心模塊，它是Simulink仿真建模所要解決的主要部分。輸出顯示模塊系統(tǒng)的輸出由顯示模塊接收。輸出顯示的形式包括圖形顯示、示波器顯示和輸出到文件或MATLAB：作空間三種，輸出模塊主要在Sinks庫中。構(gòu)成Simulink模型的三種模塊結(jié)構(gòu)關(guān)聯(lián)圖如圖1.1所示。圖3.4構(gòu)成Simulink模型的櫻塊結(jié)構(gòu)關(guān)聯(lián)圖Simulink模型的基本特點可歸納如下：(1) Simulink里提供了許多如Scope(示波器)的接收器模塊，這使得用Simulink進行仿真具有圖形化顯示效果。(2) Simulink

13、的模型具有層次，通過底層子系統(tǒng)可以構(gòu)建上層母系統(tǒng)。(3) Simulink提供了對子系統(tǒng)進行封裝的功能，用戶可以自定義子系統(tǒng)的圖標和設置參數(shù)對話框。二、變壓器簡介1、變壓器的基本構(gòu)成一個變壓器通常包括：兩組或以上的線圈：以輸入交流電電流與輸出感應電流。一圈金屬芯：它把互感的磁場與線圈耦合在一起。變壓器一般運行在低頻、導線圍繞鐵芯纏繞成繞組。雖然鐵芯會造成一部分能量的損失，但這有助于將磁場限定在變壓器內(nèi)部，并提高效率。電力變壓器按照鐵芯和繞組的結(jié)構(gòu)分為芯式結(jié)構(gòu)和殼式結(jié)構(gòu)，以及按照磁通的分支數(shù)目(三相變壓器有3,4或5個分支)分類。它們的性能各不相同。芯薄片鋼芯變壓器通常采用硅鋼材料的鐵芯作為主磁

14、路。這樣可以使線圈中磁場更加集中，變壓器更加緊湊。電力變壓器的鐵芯在設計的時候必須保防止達到磁路飽和，有時需要在磁路中設計一些氣隙減少飽和。實際使用的變壓器鐵芯采用非常薄，電阻較大的硅鋼片疊壓而成。這樣可以減少每層渦流帶來的損耗和產(chǎn)生的熱量。電力變壓器和音頻電路有相似之處。典型分層鐵芯一般為E和I字母的形狀，稱作“EI變壓器”。這種鐵芯的一個問題就是當斷電之后鐵芯中會保持剩磁。當再次加電后，剩磁會造成鐵芯暫時飽和。對于一些容量超過數(shù)百瓦的變壓器會造成的嚴重后果，如果沒有采用限流電路，涌流可造成主熔斷器熔斷。更嚴重的是，對于大型電力變壓器，涌流可造成主繞組變形、損害。實芯鐵芯在如開關(guān)電源之類的高

15、頻電路中，有時使用具有較高的磁導率和電阻率的鐵磁材料粉末鐵芯。在更高的頻率下，需要使用絕緣體導磁材料，常見的有各種稱作鐵素體的陶瓷材料。在一些調(diào)頻無線電電路中的一些變壓器鐵芯采用可調(diào)鐵芯，來配合耦合電路達到諧振?？諝庑揪龛F芯線圈由電磁線所構(gòu)成，用于環(huán)繞鐵蕊，藉以通電產(chǎn)生磁場，或是經(jīng)由磁場產(chǎn)生感應電流。絕緣保護屏蔽物冷卻劑有的變壓器利用液態(tài)物質(zhì)的循環(huán)進行熱量的疏散。常用的液態(tài)物質(zhì)為變壓器油(英語：transformeroil),其主要成分為烷燒、環(huán)烷煌、芳香煌等化合物。變壓器油比熱容較大，它吸收熱量體積膨脹上升，在管中形成循環(huán)，再通過散熱裝置將熱量散發(fā)到空氣中。有的變壓器利用氣態(tài)物質(zhì)(如六氟化硫

16、)作為冷卻劑。由于導熱能力的限制，氣體冷卻劑一般應用于小容量變壓器。關(guān)于變壓器油，絕大多數(shù)采用的是礦物油，極少數(shù)的變壓器采用的是植物油。礦物油泄露可能會對環(huán)境造成污染，而植物油污染程度就會少很多。而且植物油的閃點要比礦物油的高。所以，在將來，植物油可能會取代礦物油。2、變壓器的工作原理變壓器是一種靜止的電氣設備，因為原、副邊線圈匝數(shù)不同，通過電磁感應關(guān)系，把一種電壓數(shù)值轉(zhuǎn)換成另外一種電壓數(shù)值7。變壓器內(nèi)部，既有磁路問題，也有電路問題，而且彼此之間還有耦合關(guān)系。為了研究方便，通常將其轉(zhuǎn)化為等效電路，并且用一組電路方程來描述。電力變壓器發(fā)展趨勢及攻關(guān)方向隨著我國節(jié)能、環(huán)保和消防法規(guī)的不斷健全和民眾

17、環(huán)境意識的增強，變電站的建設受節(jié)能、環(huán)保和消防制約的程度越來越大。變壓器是變電站中最重要的設備，隨著國民經(jīng)濟和電網(wǎng)建設的高速發(fā)展，制造變壓器所必須的生產(chǎn)資料如銅、硅鋼片、絕緣油和絕緣紙材料供應日趨緊張，市場價格猛增。按照變電站設備壽命周期成本的概念，在注重初次投入成本的同時也必須十分重視運行成本。綜合以上原因，控制了變壓器壽命周期成本，也就控制了變電站壽命周期成本。我們應以追求最高價值為目標，以最低的壽命周期成本，可靠地實現(xiàn)設備應具有的健康水平。一、變壓器發(fā)展趨勢1、節(jié)能變壓器是輸變電行業(yè)中的耗能大戶。據(jù)估計，我國變壓器的總損耗占系統(tǒng)總發(fā)電量的7。10%,造成我國電力利用率降低，電力浪費巨大。

18、如果變壓器損耗降低1%,每年可節(jié)約上百億度電，所以降低變壓器損耗已是我國節(jié)能工作的當務之急。如今政府已將節(jié)能降耗情況作為一項重要指標，納入經(jīng)濟社會發(fā)展的綜合評價體系，因此，節(jié)能型變壓器越來越受到大家的關(guān)注。但節(jié)能并不意味著損耗最低，而是追求變壓器工作時能效最高。因此變壓器標準損耗應根據(jù)實際負荷特性，以能效最高為目標。就目前電網(wǎng)聯(lián)絡電力變壓器來說，根據(jù)實際運行狀況，降低空載損耗比降低負載損耗意義更重大。2、低噪聲變壓器產(chǎn)品標準6500kV級變壓器聲級(JB/T10088-1999)與工業(yè)企業(yè)廠界噪聲標準(GB12348-90)和城市區(qū)域環(huán)境噪聲標準(GB309693)規(guī)定有較大的差異，電壓等級越

19、高、容量越大，其差異越大。按6500kV級變壓器聲級(JB/T10088-1999)標準生產(chǎn)的變壓器根本滿足不了環(huán)保要求，即使IV類區(qū)域也難滿足，因此運行中的變電站受到環(huán)保制約程度越來越大，隨著時間的推移，投入的環(huán)保成本也將越來越大。變電站的環(huán)保標準是強制性標準，不滿足是無法投運的，因而僅執(zhí)行變壓器產(chǎn)品標準是毫無意義的。變電站噪聲是一個綜合問題，變壓器無法做到噪聲很低，但結(jié)合變電站綜合改造，如采用全自冷方式，或散熱器與本體分體并移位安裝方式，即把變壓器本體安裝在無通風設施、隔聲效果非常好的混凝土或磚房內(nèi)，其防爆防火性能可得到保證；散熱器則安裝在戶外、或散熱條件良好的地面或房頂上，就可從源頭上解

20、決噪聲問題。據(jù)悉，城市區(qū)域環(huán)境噪聲標準已進行了修改，不再采用岫級，而采用C聲級進行考核，并設置了每個頻段的噪聲標準，這對戶外變壓器降噪將是一個新的挑戰(zhàn)。3、人性化目前變壓器外形和工藝性設計不盡合理，形象粗糙，尺度失衡，色彩灰暗單調(diào)；裝配工藝復雜要求高、工藝系數(shù)低（剛性質(zhì)量指標少，柔性質(zhì)量指標多），質(zhì)量和安全事故時有發(fā)生，使人在心理上產(chǎn)生排斥。變壓器的設計應以人為本，并像創(chuàng)作藝術(shù)作品一樣對待，將藝術(shù)和人性、裝配工藝與功能和質(zhì)量相結(jié)合，提高工裝系數(shù)、操作工藝性，保障各道工序質(zhì)量和人身安全，并使之外形美觀，與環(huán)境相協(xié)調(diào)。4、消防型消防對象通?？煞譃橐兹?、難燃和阻燃三類。同樣，變壓器可分為易燃、難燃和

21、阻燃三類。通常將礦物油浸式變壓器定為易燃物，其使用有嚴格的消防要求；干式變壓器或SF絕緣變壓器為阻燃物，無消防要求，但也有如燃燒、有害氣體泄漏、可靠性差、壽命周期后的處理等亟待解決的問題。雖然國內(nèi)尚未將難燃油浸式變壓器認可為難燃物，但國際上已普遍認可該類變壓器，我國遲早會與國際接軌。因此，在難燃和阻燃變壓器領(lǐng)域內(nèi)將有較大發(fā)展空間，會出現(xiàn)替代產(chǎn)品，給用戶多一個選擇。對大型油浸式變壓器來說，提高變壓器本身的消防能力尤為重要，而消防部門和產(chǎn)品制造廠商往往忽視這一點。雙層油箱結(jié)構(gòu)、內(nèi)部充以安全、穩(wěn)定、環(huán)保和阻燃性能良好的物質(zhì)或氣體的變壓器，將會逐步得到消防部門的認可，這種變壓器同時可進一步降低噪聲水平

22、。5、使用替代材料隨著電網(wǎng)建設快速發(fā)展，制造變壓器的有色金屬銅、絕緣油等，由于使用量的增長和資源匱乏，供應越來越緊張，迫切需要找到替代品。因此使用合成油、植物油、冷卻液、氣體和鋁線圈的變壓器勢必提到日程上來。鋁線圈變壓器雖在抗短路能力和降低負載損耗方面的性能不是很好，但對于配電變壓器普遍存在負載率較低的現(xiàn)狀，采用無套裝間隙工藝或內(nèi)支撐結(jié)構(gòu)，選用鋁線圈是最恰當不過了。6、全壽命周期成本如今變電站建設單位和運行單位不再僅重視設備的購置費而忽視設備的運行費用，而是以變壓器壽命周期成本（即購置費和運行費之和）的最低點為目標選購變壓器。提高價值不是單純提高產(chǎn)品的功能品質(zhì)，而是在功能品質(zhì)允許的情況下，把壽

23、命周期成本降到最低，追求實質(zhì)上的物美價廉是最終目標。變壓器應遵循安全、穩(wěn)定、可靠、經(jīng)濟和先進的原則。變壓器是變電站中最重要的設備，關(guān)系著電網(wǎng)安全和企業(yè)效益，因此，其安全性應首先得到保證。可靠性要求設備穩(wěn)定性好，不良率低變壓器的檢修維護耗資巨大，而且會給電網(wǎng)安全帶來不安全因素，若在設計和制造中就能保證設備的穩(wěn)定性是最理想的。變壓器經(jīng)濟性涉及企業(yè)的經(jīng)濟效益，要堅決杜絕勞民傷財?shù)氖隆Ｔ诔杀咀顑?yōu)化前提下，也應考慮設備的先進性，具體表現(xiàn)在如下方面：（1）結(jié)構(gòu)簡單。變壓器的長期穩(wěn)定性應放在首位，結(jié)構(gòu)簡化將是趨勢。由于發(fā)電機的勵磁機、調(diào)容電抗器和SVC勺應用，無分接結(jié)構(gòu)變壓器或無勵磁調(diào)壓開關(guān)結(jié)構(gòu)的無勵磁調(diào)壓

24、變壓器將優(yōu)先采用，內(nèi)繞組設置調(diào)壓分接將不再出現(xiàn)。(2)技術(shù)成熟。電網(wǎng)不是運行試驗場地，變壓器應選用成熟的技術(shù)，因此計算機仿真技術(shù)將得到普遍運用。(3)少維護，免檢修。變壓器人為結(jié)構(gòu)要少，如密封焊縫要短，密封件使用量要少，采用的主附件應與變壓器同壽命，對安裝運行的要求要低等。因此全自冷變壓器將是發(fā)展的趨勢。(4)足夠的抗過電壓和過電流能力。要充分考慮絕緣材料和繞組結(jié)構(gòu)的累積效應、制造工藝偏差和運行環(huán)境等因素，因此抽檢試驗必將流行。(5)技術(shù)統(tǒng)一。國網(wǎng)推行的典型設計，使變壓器的技術(shù)得到統(tǒng)一規(guī)范，變壓器設備也趨于單，這也有利于變壓器制造精細，質(zhì)量穩(wěn)定。(6)模塊化的設計。緊湊型變電站有利于節(jié)省土地，

25、降低造價，加上典型設備大量推廣，變壓器呈現(xiàn)模塊化的趨勢，即套管出線后直接與封閉母線或GIS通管或電纜連接，以及運用散熱器集中布置等技術(shù)。二、攻關(guān)方向?qū)χ圃鞆S商來說，理性用材尤為重要。每處材料或組件的運用均應恰當好處，保持應有的質(zhì)量水平。過欠的質(zhì)量要不得，但過剩的質(zhì)量也是一種浪費。就目前我國的變壓器制造水平來說，尚有如下方面工作要做：(1)精確計算漏磁場的分布提高漏磁場(包括磁場分布和磁通密度分布)分析計算精度，是降低變壓器溫升、提高抗短路能力的前提。漏磁場是產(chǎn)生局部過熱和機械力的根本原因，因此其分析和精確計算很重要，尤其在金屬結(jié)構(gòu)件、繞組端部、鐵心、換位處、螺旋口等特殊部位，精確計算漏磁場的分

26、布尤為重要。有調(diào)壓繞組時，還應計算出各分接位置的漏磁分布規(guī)律，以便采取相應的對策，降低繞組渦流損耗(包括橫向分量、縱向分量和單位體積渦流損耗)、結(jié)構(gòu)件雜散損耗、熱點溫升、繞組短路時的機械力或應力，還要考慮工藝制造因素造成的繞組間的間隙和軸向錯位，以及金屬結(jié)構(gòu)件、套管及引線對漏磁場的影響等問題。(2)掌握鐵心主磁通磁場的分布規(guī)律提高鐵心內(nèi)主磁通磁場分析計算精確度，還要考慮各種諧波電壓和直流偏磁對主磁通的影響，努力降低空載損耗和鐵心振動，控制鐵心諧振頻率避開電源基頻50Hz的倍數(shù)。(3)掌握電場的分布規(guī)律要分別精確計算出在快速暫態(tài)過電壓(VFT0)、雷電全波、雷電截波、操作波沖擊條件下和工頻耐壓下

27、變壓器各處的電位、梯度電壓分布和表面電場分布。根據(jù)繞組內(nèi)部、高壓引出線、不同分接引線的絕緣結(jié)構(gòu)特點，充分考慮絕緣材料的絕緣特性、幾何形狀、材料本身成份、加工工藝、水分含量、含氣量、雜質(zhì)等因素的影響。這些因素有很大的工藝分散性，而且在變壓器運行過程中可能還會發(fā)生變化，如溫升造成含水量改變、絕緣件移位變形或開裂、絕緣油劣化、氣泡等，都會給問題的解決帶來困難。另外，變壓器油流帶電還受到油速、油溫、油流紊流度、外加交流電場、油路結(jié)構(gòu)、絕緣油及固體絕緣材料性質(zhì)等諸多因素的影響，油流帶電的4個過程(電荷產(chǎn)生、電荷傳輸、電荷積累和電荷泄放)涉及靜電學、流體力學、熱學、電化學和材料學等多個學科。油流帶電的微觀

28、機理目前仍尚不很清楚，需深入研究。(4)全自冷變壓器溫升設計如何降低熱點溫升是設計的主要目標，全自冷方式應充分考慮絕緣油的浮力和油隙的絕熱作用，利用流體力學和熱學等學科，掌握熱油流動規(guī)律，仿真計算出繞組各點的溫升，努力將繞組溫升曲線的斜率控制在1.15內(nèi)，局部溫升略過高的地方可采用B或F級耐高溫絕緣材料，比如玻璃纖維、N0ME流和漆等。(5)提高抗短路能力變壓器受短路電流沖擊時，其動態(tài)過程實際上就是繞組振動過程，因此變壓器短路動態(tài)設計實際上也是繞組振動設計。要選擇合適的計算模型，使其能更準確地描述變壓器的實際結(jié)構(gòu)和短路時繞組的整個振動過程。繞組是一種多介質(zhì)復雜體系，介質(zhì)材料力學參數(shù)對繞組結(jié)構(gòu)的

29、整個機械性能有很大影響，特別是絕緣件，其力學參數(shù)受材料本身成份、加工工藝、變壓器干燥處理過程等因素的影響較大，且有很大的工藝分散性，而且在變壓器運行過程中可能還會發(fā)生變化，如溫度的升高，最高可達250C,這些都會給問題的解決帶來困難。繞組的固有頻率與絕緣墊塊的彈性模數(shù)和繞組的預緊力有關(guān)，因此要精確計算繞組的固有頻率，避免與短路電動力頻率發(fā)生諧振現(xiàn)象。另外，繞組制造過程中產(chǎn)生的高度差異或運行過程中絕緣件的自然收縮等問題，也是計算的難點。(6)提高控制噪聲設計水平硅鋼片磁致伸縮現(xiàn)象引起的振動，是變壓器發(fā)生噪聲的主要原因，但若要將噪聲控制在一定水平，負載噪聲和附件噪聲是不可忽視的。要根據(jù)變壓器噪聲的

30、來源、振動和噪聲的傳播途徑，確定合適的計算模型，準確地描述變壓器在額定電壓和額定電流下的整個振動過程。另外，隨著電網(wǎng)的直流電源連接，變壓器直流偏磁越來越嚴重，因此還要掌握鐵心在直流偏磁情況下的振動規(guī)律。變壓器中有很多激振因素和振動源，需研究其各自頻率特征及方向性。變壓器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)件、絕緣油和油箱對整個振動和噪聲影響很大，特別是油箱。油箱所具有的高次固有振動頻率和變壓器的每次振動頻率成份發(fā)生共振的可能性較大。油箱的振動狀態(tài)非常復雜，即使是對稱形的油箱，放射的噪聲強度分布-一般也成不對稱狀；而且，由于各側(cè)面放射的音波的相位差產(chǎn)生的聲音干涉現(xiàn)象，會使噪聲強度分布顯示為更復雜的形狀；漏磁也會引起油箱的

31、振動。鐵心是產(chǎn)生勵磁噪聲的根源，其材料本身成份、加工工藝，以及疊裝后的鐵心重量、幾何尺寸、搭接面積、接縫間隙、尖角大小及形狀、芯柱的綁扎密度及綁扎力等因素對噪聲的影響很大，且有很大的工藝分散性。另外，還需分析電流流過繞組時產(chǎn)生的漏磁場而引起的振動，以及鐵心、結(jié)構(gòu)件、磁屏蔽、油箱壁等的振動。這些導致振動的因素在變壓器運行過程中可能還會發(fā)生變化，如變壓器過勵磁、短路電流沖擊后，以及溫度的升高引起的熱脹冷縮等，這些都會使問題復雜化。油箱、散熱器及輔助裝置等引起的共振，更是設計計算的難點。達到C聲級設計計算水平是變壓器噪聲控制的最終目標?？偨Y(jié)電力變壓器是發(fā)、輸、變、配電系統(tǒng)中的重要設備之一，它的性能、質(zhì)量直接關(guān)系到電力系統(tǒng)運行的可靠性和運營效益。目前變壓器技術(shù)的發(fā)展目標是輕量、高效、高密度，片式化產(chǎn)品將獲得進一步發(fā)展，高頻、低損耗、小尺寸和低價位的電源變壓器將占有大量市場，高壓電源變