1、隨著我國特高壓直流輸電的建設(shè)和發(fā)展，引起了越來越多變壓器直流偏磁問題的出現(xiàn)。直流輸電接地極電流經(jīng)大地流入交流系統(tǒng)變壓器中性點，使其鐵芯磁飽和加劇，勵磁發(fā)生改變。不僅在電網(wǎng)中產(chǎn)生諧波，還導(dǎo)致變壓器鐵芯及其他構(gòu)件損耗增大而引起溫度升高，進而對絕緣造成影響。同時還使變壓器振動加劇，嚴(yán)重時可造成變壓器結(jié)構(gòu)松動和機械疲勞。為電力系統(tǒng)的安全運行埋下隱患。
　　為更好的分析變壓器直流偏磁工作狀態(tài)，預(yù)防因偏磁問題造成的事故，并為電網(wǎng)的可靠運行提供

2、支撐和參考。本文從變壓器振動傳播機理的角度入手，圍繞直流偏磁對變壓器電磁學(xué)及力學(xué)性能的影響開展研究。論文首先研究了變壓器各部件振動等效計算方法，基于該方法建立了變壓器電-磁-力耦合場瞬態(tài)計算模型，得到變壓器應(yīng)力及應(yīng)變的分布規(guī)律。而后研究了直流偏磁下變壓器各部位振動時頻特性，結(jié)合鐵芯材料在不同電磁條件下力學(xué)性能的變化規(guī)律，提出了描述偏磁振動和飽和狀態(tài)的特征提取方法。本文涉及了數(shù)學(xué)推導(dǎo)、材料參數(shù)測定、電-磁-力場仿真計算、振動實驗設(shè)計、信號

3、時頻分析等方面。論文主要工作包括：
　?。?）研究了變壓器振動機理以及鐵芯和繞組作為振動源的變壓器整體振動過程。針對取向型硅鋼片受磁致伸縮作用，同時考慮鐵芯內(nèi)存在非均勻非恒定連續(xù)磁通變化的特點，將鐵芯柱軸向和鐵軛的水平及豎直方向上形變分別等效成彈性桿體進行受力分析并推導(dǎo)其振動方程。將繞組線圈等效為質(zhì)量單元的多自由度振動系統(tǒng)，描述繞組振動的數(shù)學(xué)過程。而后分析了各種附屬結(jié)構(gòu)件的等效模型，根據(jù)振動學(xué)基本原理，將變壓器內(nèi)部各結(jié)構(gòu)件統(tǒng)一等效

4、為廣義彈簧阻尼元件，有效地描述了變壓器整體振動過程。為后續(xù)建模提供理論依據(jù)。
　?。?）基于上述等效方法建立變壓器多物理場瞬態(tài)模型并研究其電-磁-力特性。根據(jù)所定制的試驗變壓器實際結(jié)構(gòu)建立完整的三維變壓器物理模型，分析了變壓器電磁場與力場的耦合過程，包括控制方程和邊界條件。研制了硅鋼片應(yīng)變測試實驗平臺，對不同磁感應(yīng)強度下的磁致伸縮進行了測量。將測試結(jié)果的單值曲線作為硅鋼片力學(xué)屬性的計算條件，同時依據(jù)前述變壓器結(jié)構(gòu)件的材料屬性作為等

5、效統(tǒng)一彈簧阻尼系統(tǒng)的基本計算參數(shù)，對變壓器瞬態(tài)模型進行了計算。通過多物理場計算結(jié)果，重點分析了變壓器鐵芯、繞組以及外殼表面的受力形變情況，證實了變壓器偏磁振動的不對稱性現(xiàn)象，準(zhǔn)確反映變壓器力學(xué)傳遞過程的同時，也得出了變壓器各方向振動位移的變化規(guī)律。
　?。?）研制了變壓器振動測試系統(tǒng)?；趶V泛使用的壓電式振動加速度傳感器作為力學(xué)信號與電學(xué)信號的轉(zhuǎn)換元件，設(shè)計振動試驗平臺，實現(xiàn)多路信號的同時采集、數(shù)據(jù)存儲、實時頻譜分析等功能。以定制

6、的試驗變壓器為研究對象，對直流偏磁下變壓器各測點振動加速度信號進行了采集，分析了振動加速度信號與直流偏磁的關(guān)系。并將該測量系統(tǒng)用于變電站實測。
　?。?）研究了變壓器振動時頻特性，并提出了反映偏磁狀態(tài)的特征提取方法。根據(jù)振動測試平臺采集到直流偏磁下的變壓器振動加速度信號，基于時域二積分得到振動位移信號。運用 HHT方法實現(xiàn)了對各測點位移信號的自適應(yīng)時頻分析，總結(jié)了各本征模態(tài)函數(shù)與偏磁程度的關(guān)系，并以此為基礎(chǔ)提出了基態(tài)能量比的偏磁特

7、征量。同時基于鐵芯材料在磁化飽和過程中的非線性磁滯關(guān)系，提出了時域半波能量比的另一特征量。經(jīng)過實際計算和分析，證明了兩種特征量的組合應(yīng)用對偏磁振動規(guī)律描述具有完備性。此外，根據(jù)鐵芯磁化產(chǎn)生振動的奇次諧波增長過程及其對信號成分比例的影響，對偏磁飽和規(guī)律進行了研究。該特征提取方法及飽和狀態(tài)分析方法主要以位移信號的構(gòu)成成分為基礎(chǔ)，不受變壓器振動強度的影響，實現(xiàn)了對不同型號變壓器的普遍適用性。
　?。?）完成了對變電站中實際受直流偏磁影響

8、的主變壓器振動分析和研究。選擇在“金中直流工程”調(diào)試期間，距直流接地極16 km的220 kV變壓器為研究對象。三個不同時段和不同入地電流情況下，首先對變壓器中性點接地電流進行測量并分析入地電流對其影響規(guī)律。而后采集了變壓器器身表面各點振動信號，并對其進行了時頻特性分析?；谇懊嫣岢龅钠盘卣魈崛》椒ㄓ嬎愕玫礁鼽c的特征量結(jié)果，驗證了方法的準(zhǔn)確性。最后，針對大容量變壓器振動強度較大這一特點，對偏磁振動產(chǎn)生的噪聲進行了探討，測量并分析了主變