- 頭條在大地直流偏磁影響下，如何計算電力變壓器的損耗及溫升？2021-03-10 作者：邢軍強 王菲 等 | 來源：《電氣技術》 | 點擊率：導語地磁感應電流引起的直流偏磁對電網穩定運行會產生不利影響，其中單相變壓器、三相五柱電力變壓器受到的影響最為嚴重。沈陽工程學院電力學院、遼沈工業集團的研究人員邢軍強、王菲、韓剛、邱巍、于力，在2020年第1期《電氣技術》雜志上撰文，根據IEEE Std C57.91標準，以一臺OSFSZ-420000/ 354三相電力變壓器為研究對象，研究地磁感應電流直流偏磁下對電力變壓器磁化電流和磁場溫升的計算方法及相應解決方案。
日冕物質拋射（coronal mass ejection, CME）是指等離子體和磁場突然從日冕中大量噴發。如果噴發的方向朝向地球，大量的高能帶電粒子與地磁場作用就造成地球磁暴現象。帶電粒子形成的電噴在變化的地球磁場作用下，在地球表面可誘發每公里幾十伏，持續時間從幾分鐘到幾小時的地表面電勢（earth surface potential, ESP）。
當這一電勢作用于電力系統時，會在系統長距離輸電線路中產生地磁感應電流（geomagnetically induced current, GIC），其峰值可達數百安，這個電流變化頻率遠低于1Hz，呈準直流狀態。研究發現，當GIC流入中性點接地的大型電力變壓器時，就會造成變壓器鐵心在工作頻率的每個半周期出現嚴重的磁飽和現象，這將對變壓器產生嚴重的有害影響，進一步還會危及電力系統的安全運行。
GIC對變壓器影響的研究一直受到電網運營商、設備制造商及學術界的重視。常規有限元分析考慮材料屬性為線性，激勵和響應皆為正弦信號。對于地磁感應電流問題，需要考慮鐵心的半周期飽和及非對稱磁化電流引起的飽和，常規有限元分析難以滿足工程應用。
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傳統解析方法難以模擬地磁感應電流直流偏磁引起的變壓器飽和特性變化。沈陽工程學院電力學院、遼沈工業集團的研究人員，著重研究了如何從工程應用角度，找出在GIC影響條件下變壓器磁化電流、損耗及溫升可行性計算方法，為GIC影響地區的電力變壓器提供設計參考。
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研究者通過有限元與PSCAD迭代聯合計算，研究地磁感應電流影響的電力變壓器運行特性的變化，首先基于有限元研究變壓器鐵心飽和運行條件下勵磁特性計算方法，基于變壓器鐵心飽和特性曲線搭建PSCAD的地磁感應電流影響下磁化電流仿真模型，最終基于PSCAD與三維渦流場耦合分析，提出地磁感應電流影響下的變壓器損耗及溫升計算方法。并得到以下結論。
- 1）提出GIC影響下變壓器磁化電流分析模型，通過有限元分析得出變壓器勵磁特性曲線，基于PSCAD得到不同直流偏磁下的勵磁電流。
- 2）基于勵磁電流分析，提出三維渦流場分析模型損耗修正計算方法，采用適合工程應用變壓器在GIC影響下的損耗及溫升計算方法進行分析，其結果初步滿足工程應用及時性和準確性的要求。
以上研究成果已發表在2020年第1期《電氣技術》雜志，論文標題為“大地直流偏磁影響下電力變壓器損耗及溫升計算研究”，作者為邢軍強、王菲、韓剛、邱巍、于力。
