[发明专利]一种考虑集肤效应下载流结构谐波损耗计算方法

说明书

本发明涉及变压器寿命监测技术领域，具体地说，涉及一种考虑集肤效应下载流结构谐波损耗计算方法。包括：在考虑集肤效应的影响下计算载流导体中的电流密度，进而求得单一频率电流下导体的瞬时功率；通过计算平均值得到单一频率电流下载流导体的有功损耗；计算载流导体的瞬时功率；对瞬时功率在一个基波周期内积分；在考虑集肤效应的影响下，载流导体的谐波损耗满足叠加性；对电流进行傅里叶变化，求得考虑集肤效应下复杂波形下载流导体的有功损耗。本发明设计考虑谐波作用下的变压器关键材料及部件劣化机理，引入等效模型从中提取相应的电气参数对材料老化风险寿命进行表征预测，对建立老旧变压器退役标准、降低电网运营成本具有重要意义。

技术领域

本发明涉及变压器寿命监测技术领域，具体地说，涉及一种考虑集肤效应下载流结构谐波损耗计算方法。

背景技术

近几年来，随着新能源电网以及智能电网的发展，新能源电网以及各种非正弦器件的接入，所带来的谐波污染问题已日趋明显，会导致严重的电能质量问题以及一定的经济损失，例如如今工厂的主要用电设备更多的是电源设备、计算机电源、电力电子变频设备、调压设备等大量感性、非线性负荷，还有很多需要频繁启停的大容量负荷，由于许多电气设备有明显的非线性特点，因而在系统中产生了大量的谐波电流，导致电网中的电流和电压波形发生了严重畸变，对供配电系统及各电气设备的正常运行及运行的可靠性有很大的影响。在电力系统中，发电、输电、配电、用电这四个环节都可能产生谐波，谐波在系统中传输不仅影响电能质量，谐波电流在系统和设备中流通时会增加其附加损耗，使得设备的温升增加可能引起局部过热，对设备绝缘产生较大影响，同时会降低电气设备的传输效率和利用率，降低系统的运行安全性及可靠性，谐波电流还会影响自动化装置和继电保护的工作可靠性，影响计量和测试仪器的使用准确性。

油浸式电力变压器作为电网的核心设备，被喻为变电站的“心脏”，其运行状况直接影响电网的安全与稳定。变压器设计的运行寿命是30～40年，但是实际运行过程中变压器面对的是各种应力的共同作用，薄弱环节寿命大大缩短。现阶段，我国500kV及以下电压等级中有部分电力变压器已经运行超过20年，其已进入变压器寿命的中后期。而随着新能源电网接入、非线性器件在电网中的广泛应用，老旧变压器受到非正弦的复杂波形的冲击。大量的高次谐波对变压器绝缘老化影响尚不完全清楚。若以变压器运行年限作为变压器检修、退役或更换的依据，则具有极大的盲目性。一方面对于绝缘状态已经达到运行极限而退役年限却未达到的变压器来说存在巨大的安全隐患；而另一方面，对于已经到达运行年限但是绝缘状态依旧满足运行条件的变压器，则会造成人力物力资源的浪费，增加停电次数和停电时间。因此，迫切需要在完善的实践经验及科学理论的指导下，在监测老旧变压器运行状况的同时，通过有效的手段对变压器寿命进行评估，建立一种研究考虑谐波的老旧变压器退役评价与管理方式。鉴于此，我们提出了一种考虑集肤效应下载流结构谐波损耗计算方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种考虑集肤效应下载流结构谐波损耗计算方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述技术问题的解决，本发明的目的之一在于，提供了一种考虑集肤效应下载流结构谐波损耗计算方法，对于线性网络，含谐波分量的复杂电流作用下导体有功损耗的计算可以将复杂电流进行傅里叶分解，依次求解单一频率下的导体谐波损耗并叠加得到总有功损耗；具体计算过程包括如下步骤：

S1、假设空间中存在一半无限大载流导体，其宽度和高度均为单位长度；在此导体中正弦交变电流沿y-z平面流过，在考虑集肤效应的影响下计算载流导体中的电流密度，进而求得单一频率电流下导体的瞬时功率；

本步骤中，在考虑集肤效应的影响下，载流导体中的电流密度为：

式(1)中，J_i为导体通过单一频率时，x＝0处的电流密度；α_i和β_i分别为电磁波的衰减常数和相位常数，且

因此单一频率电流下导体的瞬时功率为：