基于纳米两相复合磁性材料的新型电力变压器直流偏磁补偿机理研究

In order to give a solution to the DC bias problem of power transformers caused by ground potential difference, An new transformer with DC magnetic bias automated compensating, which is assembled with a two-phase composite magnet nano, is presented. As DC bias phenomenon occurred, the transformer iron core is magnetized by coupled excitation of AC and DC currents. So the focus is the swith mechanism and control mode of two phase transformation of the composite magnet nano between its low magnetic resistance state and excitation state.The project will creat the mathematical model of magnetization characteristic of the nano during switching, analyz the mechanism of its DC magnetic bias automated compensating and establish the electromagnetism design theory of this power transformer to provide new equipments to smart safely grid. The innovation point of this project is that the new iron core assembled with an new composite magnet nano at first, secondly DC magnetic bias is eliminated by an new detecting, controlling and compensating system which can controll the magnetisation state of the composite magnet nano and thirdly the DC bias compensation equipments with external circuit is removed completely in this transformer neutral grounding. The transformers would be more safely by avoiding any change of the way of transformer neutral grounding.

针对电力网地电位不均匀引起的电力变压器直流偏磁问题，采用了一种纳米两相复合磁性材料,首次提出一种全新的、具有内在自我直流偏磁补偿能力的电力变压器。针对变压器出现直流偏磁问题时,铁心存在交流励磁和直流励磁耦合磁化作用,将重点研究在耦合磁化作用下纳米两相复合材料导磁和励磁两种功能的相互转换机理及控制方法；课题将建立该材料在转换过程中磁化特性的数学模型，分析变压器自身补偿直流偏磁的机理，形成这种电力变压器的电磁设计理论，为电网智能化安全运行提供新的设备。该课题的创新点是：首次采用了纳米两相复合磁性材料组成新的变压器铁心结构；通过建立检测、控制系统实现该纳米两相复合材料有效控制，完成对变压器的直流偏磁现象的"检测、控制和补偿"；这种新型的变压器完全取消了原有变压器在外电路引入的直流偏磁补偿和消除装置，避免了对电力变压器中性点接地和连接方式的任何改变，保证了变压器中性点安全接地。

针对电力网地电位不均匀引起的电力变压器直流偏磁问题，采用了一种纳米两相复合磁性材料，首次提出一种全新的、具有内在自我直流偏磁补偿能力的电力变压器。针对变压器出现直流偏磁问题时，铁心存在交流励磁和直流励磁耦合磁化作用，重点研究了在耦合作用下纳米两相复合材料的导磁和励磁两种功能的相互转换机理及控制方式；课题建立了纳米两相材料在转换过程中磁化特性的数学模型，分析了变压器自身补偿直流偏磁的机理，形成了这种电力变压器的电磁设计理论，为电网智能化安全运行提供新的设备。. 该项目的科学意义在于：首次采用了纳米两相复合磁性材料组成的新型电力变压器完全取消了原有变压器在外电路引入的直流偏磁补偿和消除装置，避免了对电力变压器中性点接地和连接方式的任何改变，保证了变压器中性点安全接地。.本项目的研究内容包括：1、开展了纳米复合磁性材料的磁滞模拟及磁性材料的制备研究，对磁性材料的组成、热处理工艺、磁性能的调节等进行了系统研究，得出了两相磁性材料剩磁与矫顽力的变化规律、材料制备工艺方案等。直流电压在0-30V时，制备的纳米复合磁性材料矫顽力为200Oe，剩磁0.4T-0.5T。实现了利用较小的礠势，即可产生较大的磁通。2、基于纳米两相复合磁性材料，在国内外，首次提出一种具有直流偏磁自我补偿能力的新型变压器结构，新型变压器特点是：铁心旁柱由两相材料及电工钢片组成，并安置检测和控制绕组，变压器原工作绕组及铁心不变。成功制造220V/2kVA新型电力变压器两台及控制系统，对新型电力变压器进行了电磁、结构、有限元仿真及实验工作。研究结果表明：当发生直流偏磁时，新型电力变压器可实现在1A内90%的直流偏磁补偿效果。3、运用两相磁性材料对控制电流的迅速反应能力，研制新型节能型接触器及新型可控电抗器各一台。. 同时，结合该项目的研究，培养硕士11名，博士3名，在国际学术期刊、国际会议及国内电工技术学报等重要期刊上发表论文14篇，被SCI收录5篇，EI收录7篇，获得授权国家发明专利5项。