大电流互感器电磁场数值分析与屏蔽设计

论文摘要

电流互感器是各种电力保护装置和测量仪表真实反映一次系统电流信号的接口元件,广泛应用于系统监控、保护、录波和测距等技术领域。电流互感器在运行过程中能否真实反映一次电流,对继电保护装置和控制装置的正确动作起着决定性的作用。随着以大容量、高电压为标志的现代化电网的建设和发展,用于大型发电机组测量和保护系统的大电流互感器的研究工作得到了广泛的关注。对大电流互感器电磁场进行数值分析与计算,有助于正确设计屏蔽绕组,减小误差,保证电流互感器真实反映一次电流的精度,确保机组或电网的安全稳定运行,对电力行业具有较高的实用价值。提高电流互感器性能、保证其测量精度的一个主要途径,就是对其误差进行补偿,本文首先阐述了国内外电流互感器的发展与研究现状,研究了电流互感器常用的减匝补偿、分数匝补偿等误差补偿方法;根据设计要求,对额定电流为30000A的电流互感器进行了设计计算;研究了有限元分析方法在电磁场分析中的应用,利用ANSYS软件对电流互感器二、三维磁场进行了仿真分析;目前大电流互感器采取的主要屏蔽措施是采用屏蔽罩和绕组屏蔽,其中绕组屏蔽简单易行。为此,研究了绕组屏蔽理论,说明电磁屏蔽技术进步是电流互感器减小误差、提高性能指标的保证。误差计算说明,电流互感器设计结果符合误差限值要求;仿真分析结果证明了三相运行的30000A电流互感器的相间杂散磁通对邻相电流互感器的铁心磁通密度已产生很大影响,且B相铁心中的磁通密度水平远远高于A、C相,说明B相互感器所受杂散磁通影响最为严重;采用绕组屏蔽可以有效地减少或降低杂散磁通的影响,证明了绕组屏蔽的重要性和可能性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1 课题背景与研究意义
• 1.2 互感器的研究现状与发展前景
• 1.2.1 国内外研究现状
• 1.2.2 电流互感器的发展趋势
• 1.3 课题的主要工作内容
• 第二章 大电流互感器工作原理与设计计算
• 2.1 电流互感器工作原理
• 2.1.1 电流互感器的分类及应用
• 2.1.2 电流互感器的基本电磁关系
• 2.2 电流互感器的误差特性
• 2.2.1 电流互感器的稳态误差
• 2.2.2 电流互感器的暂态误差
• 2.2.3 误差的计算、分析及消除方法
• 2.3 电流互感器的绝缘特性和热特性
• 2.3.1 电流互感器的绝缘特性
• 2.3.2 电流互感器的热特性和力学特性
• 2.4 大电流互感器的设计与计算
• 2.4.1 电流互感器设计参数
• 2.4.2 绕组设计
• 2.4.3 铁心设计
• 2.4.4 二次阻抗计算
• 2.4.5 误差计算
• 2.4.6 电流互感器设计计算结果
• 第三章 电流互感器电磁场分析
• 3.1 数值分析理论发展现状与趋势
• 3.1.1 有限元法的发展概况
• 3.1.2 电磁场数值分析的发展趋势
• 3.2 电磁场数值分析
• 3.2.1 电磁场的基本理论
• 3.2.2 位函数表示的电磁场基本方程
• 3.2.3 电磁场的边界条件
• 3.3 互感器二维磁场仿真分析
• 3.3.1 有限元分析软件ANSYS
• 3.3.2 预处理
• 3.3.3 加载与指定边界
• 3.3.4 求解
• 3.3.5 后处理
• 3.4 互感器三维磁场仿真分析
• 3.4.1 预处理
• 3.4.2 求解
• 3.4.3 后处理
• 第四章 电流互感器屏蔽设计
• 4.1 杂散磁通对电流互感器的影响
• 4.1.1 杂散磁通的影响
• 4.1.2 杂散磁通的计算
• 4.2 绕组屏蔽理论
• 4.2.1 绕组屏蔽原理
• 4.2.2 屏蔽绕组的计算
• 4.2.3 二次绕组主磁通计算
• 4.3 铁心中局部最高磁密
• 4.4 带屏蔽绕组的互感器三维磁场仿真分析
• 第五章 结论
• 参考文献
• 在学研究成果
• 致谢