【摘 要】
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作为特高压直流输电关键电工装备,阳极饱和电抗器的铁心损耗直接影响装置整体的使用寿命,饱和电抗器的失效将威胁到换流阀的安全运行,因此探究饱和电抗器的铁心损耗特性具有实际意义。与传统电工装备不同,阳极饱和电抗器工作环境复杂,承受非正弦高频脉冲激励,铁心材料采用超薄硅钢片以抑制损耗的产生。本文采用电路法和有限元法相结合的方式对ETT-3型阳极饱和电抗器的铁心损耗进行深入研究:基于ANSYS仿真软件,针对
【基金项目】
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国家自然科学基金,No.51807048； 河北省自然科学基金,No.E2018202301；
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作为特高压直流输电关键电工装备,阳极饱和电抗器的铁心损耗直接影响装置整体的使用寿命,饱和电抗器的失效将威胁到换流阀的安全运行,因此探究饱和电抗器的铁心损耗特性具有实际意义。与传统电工装备不同,阳极饱和电抗器工作环境复杂,承受非正弦高频脉冲激励,铁心材料采用超薄硅钢片以抑制损耗的产生。本文采用电路法和有限元法相结合的方式对ETT-3型阳极饱和电抗器的铁心损耗进行深入研究:基于ANSYS仿真软件,针对饱和电抗器进行场-路耦合仿真,克服了传统电路法和有限元法的局限性,全面地分析了饱和电抗器铁心损耗产生的原因和过程,并且将损耗导入流体场中,采用电磁-热-流体多物理场耦合仿真的方式计算电抗器内部的热点分布,分析饱和电抗器因局部温升过高而失效的原因。（1）通过阻抗分析实验对ETT-3型阳极饱和电抗器的铁心进行阻抗分析,得到频率范围为20 Hz-100 MHz的复阻抗参数。在考虑趋肤效应的条件下,计算铁心的复磁导率,又根据安培定律计算得到铁心的饱和电流,分析铁心的饱和特性。（2）设计并制作了耐高温的改进型爱泼斯坦方圈,测量BQ119030100型超薄硅钢片在变温条件下的磁特性参数,分析温升对铁心材料磁特性和损耗特性的影响。为克服了爱泼斯坦方圈激磁难、磁通密度低的局限性,本文还采取了二维旋转磁特性测量方法,对超薄硅钢片在高磁通密度条件下的磁特性进行测量,补充了该类型电工钢片在达到饱和状态后的磁特性参数。为了提高铁心损耗计算精度,本文采用四探针法对超薄硅钢片的电导率进行精确测量。（3）基于ANSYS仿真软件,建立了饱和电抗器内部单个铁心的均质化有限元模型,将上述超薄硅钢片的磁导率、电导率等本征特性参数通过等效公式计算得到均质化模型的各向异性参数。在考虑趋肤效应的前提下,对有限元模型的网格剖分进行优化。将铁心均质化模型导入特高压直流换流阀的电路模型中,进行场-路耦合仿真,计算单个铁心在一个周期内的损耗功率,并对其进行损耗分离。在损耗功率数值计算的基础上还对损耗功率密度和涡流矢量的分布规律进行详细分析。（4）将损耗计算结果导入流体场中进行电磁-热-流体耦合仿真计算,得到了饱和电抗器在实际工况下铁心周围空气受热后的流速分布情况和电抗器内部的温度分布规律,并根据饱和电抗器温升试验的测试结果验证了铁心损耗计算的正确性,得到了饱和电抗器整体的热点分布规律。
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