直流偏磁下磁饱和电抗器铁心电磁振动分析.PDFVIP

第X 卷 X 期 电 工 电 能 新 技 术 Vol.X ，NoX X 年 X 月 Advanced Technology of Electrical Engineering and Energy X. X 直流偏磁下磁饱和电抗器铁心电磁振动分析 闫荣格，郜玉香，贲 彤，陈俊杰 (河北工业大学省部共建电工装备可靠性与智能化国家重点实验室，天津 300130) 摘要：磁饱和电抗器能够根据系统传输功率的大小平滑地调节所补偿的无功功率，在电力系统 等多种行业得到了广泛的应用。由于磁饱和电抗器铁心磁阀结构的特殊性以及交直流共同激励 的工作方式使得其振动噪声相对于其他电抗器更加明显。本文对直流偏磁引起磁饱和电抗器铁 心电磁振动问题进行分析。首先对电抗器铁心固有频率做了仿真及模态实验，得到电抗器的各 阶固有频率及振型，并得出振动测试关键点位置；然后基于有限元分析建立了考虑电磁力与磁 致伸缩效应作用的电磁-机械耦合模型，得到了不同直流偏磁下测点振动位移时域和频域波形， 为在设计上减少电抗器振动噪声提供理论依据与实验参考。 关键词：磁饱和电抗器；模态实验；直流偏磁；电磁振动 DOI ：10.12067/ATEEE1712017 文章编号：1003-0000(2017)00-0000-00 中图分类号：TM 474 1 引言 声的监测方法。C. A. Baguley 和 U. K. Madawala 随着电力行业的快速发展，电力系统中对电能 等学者于2011年对直流偏磁下铁磁材料的振动与 质量和可靠性的要求越来越高，越来越多的无功补 损耗进行了深入的研究，提出了电抗器等电气设备 偿装置被广泛应用。磁饱和电抗器具有优良的工作 铁心材料的振动和损耗会随着直流偏磁的增加而 [10] 特性，可根据系统传输功率的大小平滑的调节所补 增大的观点 。S. Chen等学者研究了HVDC(高压 [1] 偿的无功功率 ，提高系统的输电质量与电网可靠 直流输电系统) 中直流偏磁对电气设备的影响，认 性。另外，磁阀式可控饱和电抗器还具有成本低、 为直流偏磁会使电抗器的振动加剧，并使振动频谱 [2-3] [11] 寿命长、维护管理简单方便等诸多优点 。磁饱 发生变化 。但是上述研究并没有对引起电气设备 和电抗器由于磁阀的存在及交直流共同作用的工 振动噪声的根本原因-应力进行计算与分析。 [4] 作特点 ，运行时产生的电磁振动引起了国内外学 本文针对直流偏磁引起的磁饱和电抗器铁心 者的广泛关注。直流偏磁的存在会使电抗器铁心的 电磁振动问题展开研究。首先对电抗器铁心进行 磁化特性和磁致伸缩特性发生很大的变化，使电气 了模态分析及实验，得到了各阶固有频率及振型， 设备的损耗增大，进而对其振动噪声水平产生影响 并得出振动测试关键点位置。然后测量了直流偏 [5] 。因此，对在直流偏磁参与下磁饱和电抗器振动 磁下硅钢片磁特性，对电抗器进行了直流偏磁条 特性的研究是十分必要的。 件下的仿真研究，并分析了测量点振动位移的时 目前，国内外对于直流偏磁条件下电抗器铁心 域及频域波形。最后，在理论以及实验的基础上， 振动噪声问题的研究并不多见，但针对电力变压器 总结了直流偏磁条件下模型磁饱和电抗器的振动 [6-9] 直流偏磁下铁心振动有相关研究 ，其中文献[6,7] 规律，为磁饱和电抗器直流偏磁条件下的振动问 分析了直流偏磁下铁心电磁场和振动问题，但未考 题提供了理论依据和实验参考。 虑电磁场与磁致伸缩之间的相互影响，文献[8]采用 2 模态分析 试验方法分析了直流偏磁对变压器铁心振动噪声 模态是指物体结构的固有振动特性，每阶模态 的影响，文献[9]给出了变压器在直流偏