[发明专利]电力变压器负荷状态下直流偏磁风险评估系统和方法

说明书

本发明公开了电力变压器负荷状态下直流偏磁风险评估系统及方法，依据设定的直流侵入电流，根据铁心结构和材料直流偏磁特性，采用模型仿真计算得到铁心损耗、励磁电流和铁心温升变化；根据绕组和散热结构，采用磁场热场模型仿真计算得到绕组损耗、热点和结构件热点温升变化；根据偏磁下励磁电流和励磁阻抗变化，采用T型等效电路模型计算得到各侧电压电流变化，进而开展供电质量风险评估；根据支撑结构和相关材料直流偏磁特性，采用机械模型仿真计算得到变压器振动、噪声变化；在风险等级分级模块进行状态风险分级；根据状态风险分级结果确定运行策略。本发明可系统评价直流偏磁对变压器运行的影响，及时风险处置，保证变压器安全运行。

技术领域

本发明专利涉及变压器设计制造技术及运行状态风险评估领域，具体涉及电力变压器负荷状态下直流偏磁风险评估系统和方法。

背景技术

交直流混联的电网架构中，若直流输电系统处于调试状态或发生单极故障，需要将系统切换为单极-大地运行方式，此时通过接地极流入大地的电流的幅值最大将达到几千安培。该入地电流将改变土壤中电位分布情况，对接地极附近交流系统中中性点接地变压器的健康运行造成不良影响。过大的直流电流侵入变压器绕组，引发变压器直流偏磁，造成变压器噪声增加、振动加剧、油温过热等一系列损害变压器状态的不良后果。这种问题在特高压直流场景下更为突出。

根据现场运行情况可知，长时间的直流偏磁将会导致变压器各部件损伤累积，继而对变压器的运行状态及构件的承载能力产生较为严重的影响，甚至会损毁设备。目前，对直流偏磁影响的衡量方式为：一旦中性点直流电流超过所设定的门槛值，将直接设备的状态为异常，并未考虑直流偏磁影响的持续时间。

因此，研究由直流偏磁引起的设备亚健康运行状态，分析评估直流偏磁对变压器本体的影响，对提高电网安全运行水平和环境友好性具有重要意义。由于铁心硅钢片材料特性非线性，本方法采用查询产品对应材料直流偏磁特性的方法，在损耗和温升计算上，优先推荐采用仿真计算方法对热点温升分布进行详细计算。

发明内容

为了对变压器直流偏磁风险进行系统的评估，本发明提供了一种电力变压器负荷状态下直流偏磁风险评估系统及方法。

本发明通过下述技术方案来实现。电力变压器负荷状态下直流偏磁风险评估系统，包括铁心仿真模型、磁场热场仿真模型、T型等效电路模型、机械仿真模型、铁心状态风险评估模块、绕组状态风险评估模块、供电质量风险评估模块、机械强度状态风险评估模块、风险等级分级模块、运行策略模块；

所述铁心仿真模型根据铁心结构和材料直流偏磁特性计算得到铁心损耗、励磁电流和铁心温升；铁心状态风险评估模块根据铁心损耗、励磁电流、温升变化及限定值进行铁心状态风险评估；

所述磁场热场仿真模型根据绕组和散热结构计算得到绕组损耗、热点温升和结构件热点温升；绕组及结构件状态风险评估模块根据绕组损耗、热点温升和结构件热点变化及限定值进行绕组状态风险评估；

所述T型等效电路模型根据阻抗参数得到等效电路，并结合铁心励磁阻抗变化、励磁电流计算得到各侧电压电流，供电质量风险评估模块根据各侧电压电流变化及限定值进行供电质量风险评估；

所述机械仿真模型根据铁心和绕组支撑及材料直流偏磁特性计算得出变压器振动、噪声，机械强度状态风险评估模块根据变压器振动、噪声变化及限定值进行机械强度状态风险评估；

所述风险等级分级模块综合铁心状态风险评估、绕组及结构件状态风险评估、供电质量风险评估、机械强度状态风险评估结果进行状态风险分级；

所述运行策略模块根据状态风险分级结果确定运行策略。

本发明提供了一种电力变压器负荷状态下直流偏磁风险评估方法，步骤如下，依据设定的直流侵入电流：