本發(fā)明涉及電力技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種220kV三相變壓器A相短路電磁場的計算方法及裝置。

背景技術(shù)：

隨著電力建設(shè)的不斷發(fā)展，電力設(shè)備朝著大型化方向發(fā)展。隨著變壓器電壓等級的大幅提升，作為電力系統(tǒng)主要載體之一的變壓器的安全穩(wěn)定運行，關(guān)系著電網(wǎng)的整體抗風險能力。如何保證變壓器長期處于良好的工作狀態(tài)一直是電力企業(yè)設(shè)備管理的重中之重。近些年，電網(wǎng)系統(tǒng)屢次發(fā)生因外部短路沖擊造成主變重瓦斯保護跳閘、壓力釋放閥動作噴油等。當因外部電路短路而造成電流沖擊時繞組導線中所通過的短路電流數(shù)值可達到而定數(shù)值的15～20倍。變壓器在極短的時間之內(nèi)將產(chǎn)生較大的電磁力和電磁損耗。在電磁力的作用下，繞組可能會發(fā)生振動，從而影響油箱中的油流運動，產(chǎn)生油流涌動。要準確的確定油箱中的油流運動，需要對變壓器在短路狀態(tài)產(chǎn)生的電磁場強度分布、繞組受到的電磁力以及油流的溫升有精確的了解。

要對變壓器中繞組的受力進行準確的計算，首先應對變壓器短路時的電磁場進行精確的計算。因此，有限元法在很早就被引入到了變壓器的磁場分析中。對于變壓器的損耗計算，常有的計算手段是運用解析公式和半經(jīng)驗公式的時域法，正交分解合成法，但局限性太大。在采用計算機輔助分析方面，一般也都是采用2D有限元法。

這些方法都能在一定程度上解決工程問題。但是這些方法本身含有的簡化太多，計算的結(jié)果適用性比較小，提供的數(shù)據(jù)難以支持進一步的變壓器振動或油流涌動的分析。因此，針對此種大型220kV變壓器的三維電磁場求解，進行分析的很少見。

究其原因，其大型220kV變壓器的模型比較復雜，材料的非線性特性難以獲得，求解的計算量比較大，從而導致了大型220kV變壓器三維電磁場求解效率低的技術(shù)問題。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明實施例提供了一種220kV三相變壓器A相短路電磁場的計算方法及裝置，解決了由于目前的大型220kV變壓器的模型比較復雜，材料的非線性特性難以獲得，求解的計算量比較大，而導致的大型220kV變壓器三維電磁場求解效率低的技術(shù)問題。

本發(fā)明實施例提供的一種220kV三相變壓器A相短路電磁場的計算方法，包括：

建立220kV三相變壓器簡化模型；

將所述220kV三相變壓器簡化模型剖分為若干個三維網(wǎng)格剖分單元；

對若干個所述三維網(wǎng)格剖分單元進行與A相對應的繞組短路處理，并設(shè)置激勵源，進行電磁瞬態(tài)分析。

可選地，將所述220kV三相變壓器簡化模型剖分為若干個三維網(wǎng)格剖分單元具體包括：

將所述220kV三相變壓器簡化模型剖分為若干個四面體二階單元。

可選地，對若干個所述三維網(wǎng)格剖分單元進行與A相對應的繞組短路處理，并設(shè)置激勵源，進行電磁瞬態(tài)分析具體包括：

對若干個所述四面體二階單元進行與A相對應的繞組短路處理，并設(shè)置外電路短路瞬態(tài)激勵源；

對所述四面體二階單元的棱邊的矢量位自由度進行一階元計算，對所述四面體二階單元的節(jié)點的標量位自由度進行二階元計算，求解出三維瞬態(tài)磁場；

對所述三維瞬態(tài)磁場進行計算結(jié)果分析。

可選地，對所述三維瞬態(tài)磁場進行計算結(jié)果分析具體包括：

根據(jù)求解出的所述三維瞬態(tài)磁場進行分析確定所述220kV三相變壓器簡化模型對應的內(nèi)部磁場分布特性、各相繞組和鐵芯歐姆損耗，以及各相繞組受力情況。

可選地，根據(jù)求解出的所述三維瞬態(tài)磁場進行分析還包括：

獲取到在A相短路狀態(tài)下所述220kV三相變壓器簡化模型對應的三相電流瞬態(tài)波形、預置時刻下所述220kV三相變壓器簡化模型對應的磁感應強度分布云圖和在指定路徑位置下考察得到的磁感應強度分布曲線圖。

本發(fā)明實施例提供的一種220kV三相變壓器A相短路電磁場的計算裝置，其特征在于，包括：

建立單元，用于建立220kV三相變壓器簡化模型；

剖分單元，用于將所述220kV三相變壓器簡化模型剖分為若干個三維網(wǎng)格剖分單元；

分析單元，用于對若干個所述三維網(wǎng)格剖分單元進行與A相對應的繞組短路處理，并設(shè)置激勵源，進行電磁瞬態(tài)分析。

可選地，剖分單元，具體用于將所述220kV三相變壓器簡化模型剖分為若干個四面體二階單元。

可選地，分析單元包括：

短路處理子單元，用于對若干個所述四面體二階單元進行與A相對應的繞組短路處理，并設(shè)置外電路短路瞬態(tài)激勵源；

計算子單元，用于對所述四面體二階單元的棱邊的矢量位自由度進行一階元計算，對所述四面體二階單元的節(jié)點的標量位自由度進行二階元計算，求解出三維瞬態(tài)磁場；

分析子單元，用于對所述三維瞬態(tài)磁場進行計算結(jié)果分析。

可選地，分析子單元包括：

第一分析模塊，用于根據(jù)求解出的所述三維瞬態(tài)磁場進行分析確定所述變壓器簡化模型對應的內(nèi)部磁場分布特性、各相繞組和鐵芯歐姆損耗，以及各相繞組受力情況。

可選地，分析子單元還包括：

第二分析模塊，用于根據(jù)求解出的所述三維瞬態(tài)磁場進行分析，獲取到在A相短路狀態(tài)下所述220kV三相變壓器簡化模型對應的三相電流瞬態(tài)波形、預置時刻下所述220kV三相變壓器簡化模型對應的磁感應強度分布云圖和在指定路徑位置下考察得到的磁感應強度分布曲線圖。

從以上技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明實施例具有以下優(yōu)點：

本發(fā)明實施例提供的一種220kV三相變壓器A相短路電磁場的計算方法及裝置，包括：建立220kV三相變壓器簡化模型；將所述220kV三相變壓器簡化模型剖分為若干個三維網(wǎng)格剖分單元；對若干個所述三維網(wǎng)格剖分單元進行與A相對應的繞組短路處理，并設(shè)置激勵源，進行電磁瞬態(tài)分析，解決了由于目前的大型220kV變壓器的模型比較復雜，材料的非線性特性難以獲得，求解的計算量比較大，而導致的大型220kV變壓器三維電磁場求解效率低的技術(shù)問題。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動性的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其它的附圖。

圖1為本發(fā)明實施例提供的一種220kV三相變壓器A相短路電磁場的計算方法的一個實施例的流程示意圖；

圖2為本發(fā)明實施例提供的一種220kV三相變壓器A相短路電磁場的計算方法的另一個實施例的流程示意圖；

圖3為一個鐵芯模型三維圖；

圖4為另一個鐵芯模型三維圖；

圖5為變壓器模型圖；

圖6為鐵芯BH曲線圖；

圖7為鐵芯BP曲線圖；

圖8為A相短路瞬態(tài)電流波形圖；

圖9為鐵芯網(wǎng)格剖分示意圖；

圖10為鐵芯、線圈、拉板及夾件網(wǎng)格剖分示意圖；

圖11為整體網(wǎng)格剖分正視圖；

圖12為網(wǎng)格統(tǒng)計量示意圖；

圖13為二階四面體網(wǎng)格示意圖；

圖14為A相短路時高壓側(cè)電壓及電流測試波形示意圖；

圖15為A相高中壓短路時外電路原理圖；

圖16為A相短路時高壓側(cè)電流波形示意圖；

圖17為A相短路時中壓電流波形示意圖；

圖18為A相短路某時刻磁感應強度分布云圖；

圖19為A相短路某時刻磁感應強度矢量圖；

圖20為A相短路時變壓器鐵芯場強分布云圖；

圖21為A相短路時變壓器鐵芯磁矢量分布圖；

圖22為本發(fā)明實施例提供的一種220kV三相變壓器A相短路電磁場的計算裝置的一個實施例的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖23為本發(fā)明實施例提供的一種220kV三相變壓器A相短路電磁場的計算裝置的另一個實施例的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實施方式

本發(fā)明實施例提供了一種220kV三相變壓器A相短路電磁場的計算方法及裝置，解決了由于目前的大型220kV變壓器的模型比較復雜，材料的非線性特性難以獲得，求解的計算量比較大，而導致的大型220kV變壓器三維電磁場求解效率低的技術(shù)問題。

為使得本發(fā)明的發(fā)明目的、特征、優(yōu)點能夠更加的明顯和易懂，下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進行清楚、完整地描述，顯然，下面所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而非全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其它實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。

本次電磁計算采用ANSYS Maxwell R17.0低頻電磁場有限元分析軟件進行仿真，ANSYS Maxwell R17.0集成于ANSYS Electronic Desktop R17.0電子桌面。ANSYS Maxwell是全球最著名的電磁場有限元分析軟件，廣泛應用于電機、作動器、高壓電器設(shè)備、高壓開關(guān)等機電產(chǎn)品和電力產(chǎn)品的電磁場計算和方案優(yōu)化。

請參閱圖1，本發(fā)明實施例提供的一種220kV三相變壓器A相短路電磁場的計算方法的一個實施例包括：

101、建立220kV三相變壓器簡化模型；

本實施例中，當需要對三相變壓器三維電磁場進行分析時，首先獲取到通過Maxwell工具中的變壓器基元模型建立的220kV三相變壓器簡化模型。

102、將220kV三相變壓器簡化模型剖分為若干個三維網(wǎng)格剖分單元；

當獲取到通過Maxwell工具中的變壓器基元模型建立的220kV三相變壓器簡化模型，需要通過Maxwell工具的靜態(tài)自適應網(wǎng)格將220kV三相變壓器簡化模型剖分為若干個三維網(wǎng)格剖分單元。

103、對若干個所述三維網(wǎng)格剖分單元進行與A相對應的繞組短路處理，并設(shè)置激勵源，進行電磁瞬態(tài)分析。

當通過Maxwell工具的靜態(tài)自適應網(wǎng)格將變壓器簡化模型剖分為若干個三維網(wǎng)格剖分單元之后，需要通過Maxwell工具對若干個所述三維網(wǎng)格剖分單元進行與A相對應的繞組短路處理，并設(shè)置激勵源，進行電磁瞬態(tài)分析。

請參閱圖2，本發(fā)明實施例提供的一種三相變壓器三維電磁場的計算方法的另一個實施例包括：

201、建立220kV三相變壓器簡化模型；

本實施例中，當需要對三相變壓器三維電磁場進行分析時，首先獲取到通過Maxwell工具中的變壓器基元模型建立的220kV三相變壓器簡化模型。

202、將220kV三相變壓器簡化模型剖分為若干個四面體二階單元；

當獲取到通過Maxwell工具中的變壓器基元模型建立的220kV三相變壓器簡化模型，需要通過Maxwell工具的靜態(tài)自適應網(wǎng)格將220kV三相變壓器簡化模型剖分為若干個四面體二階單元。

203、對若干個四面體二階單元進行與A相對應的繞組短路處理，并設(shè)置外電路短路瞬態(tài)激勵源；

當通過Maxwell工具的靜態(tài)自適應網(wǎng)格將220kV三相變壓器簡化模型剖分為若干個四面體二階單元之后，需要通過Maxwell工具對若干個四面體二階單元進行與A相對應的繞組短路處理，并設(shè)置外電路短路瞬態(tài)激勵源。

204、對四面體二階單元的棱邊的矢量位自由度進行一階元計算，對四面體二階單元的節(jié)點的標量位自由度進行二階元計算求解出三維瞬態(tài)磁場；

當通過Maxwell工具對若干個四面體二階單元進行對應繞組短路處理之后，需要對四面體二階單元的棱邊的矢量位自由度進行一階元計算，對四面體二階單元的節(jié)點的標量位自由度進行二階元計算求解出三維瞬態(tài)磁場。

205、根據(jù)求解出的三維瞬態(tài)磁場進行分析確定220kV三相變壓器簡化模型對應的內(nèi)部磁場分布特性、各相繞組和鐵芯歐姆損耗，以及各相繞組受力情況；

求解出三維瞬態(tài)磁場之后，需要根據(jù)求解出的三維瞬態(tài)磁場進行分析確定220kV三相變壓器簡化模型對應的內(nèi)部磁場分布特性、各相繞組和鐵芯歐姆損耗，以及各相繞組受力情況。

206、獲取到在A相短路狀態(tài)下220kV三相變壓器簡化模型對應的三相電流瞬態(tài)波形、預置時刻下220kV三相變壓器簡化模型對應的磁感應強度分布云圖和在指定路徑位置下考察得到的磁感應強度分布曲線圖。

求解出三維瞬態(tài)磁場之后，需要獲取到短路狀態(tài)下變壓器簡化模型對應的三相電流瞬態(tài)波形、預置時刻下變壓器簡化模型對應的磁感應強度分布云圖和在指定路徑位置下考察得到的磁感應強度分布曲線圖。

下面以一具體應用場景進行詳細的描述，應用例包括：

變壓器高、中、低壓非短路相繞組均為開路，調(diào)壓線圈未通電流，單相(取A相)高中壓繞組短路，進行瞬態(tài)磁場分析。

電力變壓器等級110KV，額定容量150MVA，銘牌和結(jié)構(gòu)參數(shù)見表1。

表1

變壓器內(nèi)部鐵芯采用冷軋硅鋼片疊壓制成，計算采用Maxwell的建模功能對仿真對象(即220kV三相變壓器)完成模型的建立。線圈采用餅式結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)參數(shù)如表1，計算采用Maxwell自帶變壓器線圈基元模型，模型如圖3和圖4所示，首先對變壓器鐵芯及線圈進行建模。

其他結(jié)構(gòu)，如拉板、夾件、油箱結(jié)構(gòu)參數(shù)如表2所示。

表2

基于Maxwell建立的變壓器整體模型如圖5所示。

材料參數(shù)見表3：

表3

變壓器發(fā)生A相高中壓繞組短路時，其激勵源的瞬態(tài)電流波形如圖8所示。

在三維瞬態(tài)場中仍舊采用的是T-Ω算法，對于低頻瞬態(tài)磁場，麥克斯韋方程組可以寫為式(1)—式(3)的形式。

ANSYS Maxwell軟件磁場有限元計算分析滿足下列Maxwell方程：

B＝μH (3)

在式(1)—式(3)的基礎(chǔ)上，可以構(gòu)造出兩個恒等式，如式(4)，(5)所示。

Maxwell在求解三維瞬態(tài)磁場時，其棱邊上的矢量位自由度采用了一階元計算，而節(jié)點上的標量位自由度采用二階元計算。

在三維瞬態(tài)磁場中，可以調(diào)用電壓源或電流源作為模型激勵源，而繞組又分為兩種，一種是絞線型繞組，一種是實體繞組。其中絞線繞組不考慮渦流分布，認為繞組內(nèi)的電密是完全均勻的，而實體繞組則需要計算其趨膚效應。在施加電壓源時，繞組上的電流并不知道，所以需要進行繞組回路上的電壓計算。

對于絞線型繞組，因其電阻值是一個集中參數(shù)，所以在外加電壓源的時候，可以直接由電壓源和直流電阻計算得到電流的數(shù)值，而對于實體線圈，因為其電阻值與頻率、材料等有關(guān)，所以該電阻也稱作交流電阻。在對實體線圈施加電壓源的時候其交流電阻值并不知道，Maxwell是先按照式(6)進行計算；

V_i＝∫∫∫_RiJ_0i(E+v×B)dR (6)

其中，J_0i是第i個回路上的電密，同樣包含X、Y、Z三個方向上的分量。

如果是變化的磁場，那么還應該計算繞組反電勢，反電勢可以按照式(7)計算。

E_i＝∫∫∫_RiH_i·B_idR (7)

在三維瞬態(tài)磁場中，瞬態(tài)包含兩個含義，一個是瞬態(tài)的電磁過程，一個是瞬態(tài)的機械過程。由于此次計算未涉及在機械瞬態(tài)過程，故在此不再對處理方式進行說明。

電磁場的分析和計算通常歸結(jié)為求微分方程的解。對于常微分方程，只要由輔助條件決定任意常數(shù)之后，其解就成為唯一的。對于偏微分方程，使其能成為唯一的輔助條件可以分為兩種，一種是表達場的邊界所處的物理情況，稱為邊界條件；一種種是確定場的初始狀態(tài)，稱為初始條件。邊界條件和創(chuàng)始條件合稱為定解條件。泛定方程和定解條件作為一個整體，稱為定解問題。電磁場求解過程中有各種各樣的邊界條件本次求解過程中，具體應用了以下兩類：

(1)諾依曼邊界條件

其中，τ為諾依曼邊界；n為邊界Γ的外法線矢量。

f(τ)和h(τ)為一般函數(shù)，可以為常數(shù)和零，當為零時稱齊次諾依曼邊界條件。一般電磁場問題中將諾依曼邊界條件稱為第二類邊界條件，它規(guī)定了邊界處勢的法向?qū)?shù)分布，在Maxwell計算中提到的齊次諾依曼邊界條件，即法向?qū)?shù)為零，為默認邊界條件，不需要用戶指定。

(2)自然邊界條件

媒質(zhì)分解面上的邊界條件，即不同媒質(zhì)交界面場量的切向和法向邊界條件屬于自然邊界條件，在Maxwell計算中是系統(tǒng)的默認邊界條件，不需要用戶指定。

整個模型統(tǒng)一將工作線圈均考慮在內(nèi)，出于工程分析的角度出發(fā)，本次分析對模型進行了簡化，簡化的假設(shè)條件有：

(1)整個模型建模時對局部細節(jié)進行簡化；

(2)模型結(jié)構(gòu)參數(shù)不明確處由經(jīng)驗建模；

(3)鐵芯材料導磁特性BH曲線與損耗特性BP曲線均由提供資料圖片讀圖描點得到；

(4)變壓器單相高中壓短路瞬態(tài)激勵由外電路提供，某些參數(shù)需根據(jù)計算進行調(diào)整；

(5)除短路相繞組激勵外，其余激勵源均設(shè)為開路；

(6)由于線圈餅數(shù)非常多，大大增加了后續(xù)流體計算的復雜程度，所以在結(jié)果提取時對每相各等級繞組做了簡化求和處理。

這些假設(shè)或簡化對分析的精確度是有所影響，由于這些因素帶來的誤差不予計及。

分析過程的重難點解決方法如下：

(1)電磁流體一體化耦合

此項目目的是在變壓器發(fā)生單相高中壓短路時，對其內(nèi)部油流影響的分析，需要將發(fā)生短路時各相繞組各餅所受電磁力作為油流分析的源條件。各餅受力可以在流體仿真軟件Fluent中直接賦值，然后進行計算得到相應的油流分析結(jié)果。但是由于變壓器的結(jié)構(gòu)比較復雜，運行時的實際工況與直接添加的電磁力可能存在比較大的偏差，導致油流分析的結(jié)果不準確。

此時需要采用多物理場耦合功能，利用電磁仿真軟件Maxwell計算變壓器線圈上的電動力，并將其直接映射到Fluent軟件，計算對變壓器內(nèi)部油流分布的影響。需要特別指出的是，基于ANSYS Workbench進行多物理場耦合時，所有的模型、仿真結(jié)果等信息在不同軟件之前進行傳遞時，均通過Workbench的數(shù)據(jù)映射功能自動實現(xiàn)，而無需再通過其他第三方軟件，從而保證了工作的效率，以及數(shù)據(jù)傳遞的準確性。

(2)模型處理

由于變壓器的外形尺寸較大，內(nèi)部結(jié)構(gòu)復雜，且未提供仿真模型。變壓器全部模型均從零開始建立，過程中采用了Maxwell自帶基元對鐵芯和高、中、低及調(diào)壓線圈建模，大大提高了工作效率。

(3)材料屬性、工況條件等前處理工作

計算所涉及材料屬性，如鐵芯導磁特性、損耗特性均只提供了圖片，讀圖工作不僅繁瑣，并且對精度要求很高。計算采用Maxwell自帶的圖片捕捉工具，直接讀取電子圖片中曲線，省去紙質(zhì)手動描點，大大簡化了工作繁瑣程度。但需說明，此工具仍與工程師操作、圖片質(zhì)量，有較大依賴性，讀圖工作得到數(shù)據(jù)造成的誤差，仿真計算不予考慮。

短路瞬態(tài)激勵由外電路提供，某些參數(shù)視需根據(jù)計算結(jié)果進行調(diào)整所得瞬態(tài)電流施加于繞組，以更加真實的仿真實際情況。

(4)網(wǎng)格剖分

Maxwell是基于有限元算法，有限元法是將整個求解區(qū)域離散化，分割成許多小的區(qū)域，稱之為“單元”或“有限元”。由此，網(wǎng)格剖分的質(zhì)量將直接影響計算結(jié)果的精度。而變壓器外形尺寸較大，內(nèi)部結(jié)構(gòu)復雜，給網(wǎng)格剖分帶來極大挑戰(zhàn)。且網(wǎng)格剖分工作較難把握，尤其對于經(jīng)驗不是很豐富的工程師。

本次計算采用Maxwell靜態(tài)場具備的自動自適應網(wǎng)格剖分功能與動態(tài)網(wǎng)格導入功能，將靜態(tài)自適應網(wǎng)格應用到瞬態(tài)磁場中進行計算。這種方法不僅提高工作效率，且大大降低了仿真精度對工程師與軟件操作熟練程度的依賴性，提高了可操作性與計算結(jié)果的可信度。圖9-圖12為網(wǎng)剖結(jié)果展示。

(5)計算量

Maxwell是基于有限元算法，四分之一模型剖分網(wǎng)格量在93萬左右，而且Maxwell所采用的三維網(wǎng)格剖分單元是有限元理論中最為穩(wěn)定的四面體二階單元，即每個網(wǎng)格除了將其4個頂點作為節(jié)點外，同時還將每條棱中心也作為其計算節(jié)點，每個網(wǎng)格共有10個節(jié)點，如圖13所示，所以計算精度很高。

另外，由于本次電磁計算的主要目的是對變壓器各相繞組各餅受力的分析，所以在基本計算量的基礎(chǔ)上，添加了15多個受力計算矩陣，顯然，計算量非常龐大。

采用eHPC并行計算，進行求解，計算使用了10個核同時運行。計算采用一臺12核，64G內(nèi)存配置的服務(wù)器進行求解。

(6)結(jié)果提取

由于變壓器模型復雜，各相各等級繞組餅數(shù)較多，每餅受力數(shù)據(jù)為140多組，計算量非常多，且大大增加了后續(xù)流體計算中的復雜程度。

最終決定結(jié)果提取時對每相各等級繞組做了簡化求和處理。

變壓器單相高中壓短路瞬態(tài)激勵由外電路提供，某些參數(shù)需根據(jù)計算進行調(diào)整，其中，中壓繞組工作時起調(diào)壓作用，調(diào)壓線圈不在工作狀態(tài)。工況為單相高、中壓繞組短路，A相高、中壓繞組短路時高壓線圈電壓、電流如圖14所示，B、C相繞組設(shè)為開路即電流為0，外電路搭建如圖15所示。

對變壓器單相高中壓繞組短路瞬態(tài)過程進行電磁分析，計算變壓器單相高、中壓繞組短路時，內(nèi)部磁場分布特性、各相繞組和鐵芯歐姆損耗，以及各相繞組受力情況。

(1)激勵波形

變壓器在發(fā)生單相短路時，高壓側(cè)A、B、C三相電流瞬態(tài)波形如圖16所示，其中波形為短路相瞬態(tài)電流。短路相高、中壓側(cè)電流波形如圖17所示。

(2)場量結(jié)果

整個結(jié)果可以顯示任何時刻變壓器全部結(jié)構(gòu)的磁場分布，圖18-圖21分別是不同相高中壓短路時，同一時刻變壓器內(nèi)部磁感應強度分布云圖和矢量圖。

請參閱圖22，本發(fā)明實施例中提供的一種220kV三相變壓器A相短路電磁場的計算裝置的一個實施例包括：

建立單元301，用于建立220kV三相變壓器簡化模型；

剖分單元302，用于將220kV三相變壓器簡化模型剖分為若干個三維網(wǎng)格剖分單元；

分析單元303，用于對若干個所述三維網(wǎng)格剖分單元進行與A相對應的繞組短路處理，并設(shè)置激勵源，進行電磁瞬態(tài)分析。

本實施例中，建立單元301通過獲取到通過Maxwell工具中的變壓器基元模型建立的220kV三相變壓器簡化模型，剖分單元302通過Maxwell工具的靜態(tài)自適應網(wǎng)格將220kV三相變壓器簡化模型剖分為若干個三維網(wǎng)格剖分單元，分析單元303通過Maxwell工具對若干個所述三維網(wǎng)格剖分單元進行與A相對應的繞組短路處理，并設(shè)置激勵源，進行電磁瞬態(tài)分析，解決了由于目前的大型220kV變壓器的模型比較復雜，材料的非線性特性難以獲得，求解的計算量比較大，而導致的大型220kV變壓器三維電磁場求解效率低的技術(shù)問題。

上面是對三相變壓器A相短路狀態(tài)下電磁場的計算裝置的各單元進行詳細的描述，下面將對子單元進行詳細的描述，請參閱圖23，本發(fā)明實施例中提供的一種220kV三相變壓器A相短路電磁場的計算裝置的另一個實施例包括：

建立單元401，用于建立220kV三相變壓器簡化模型；

剖分單元402，用于將220kV三相變壓器簡化模型剖分為若干個三維網(wǎng)格剖分單元，剖分單元402，具體用于將220kV三相變壓器簡化模型剖分為若干個四面體二階單元；

分析單元403，用于對若干個所述三維網(wǎng)格剖分單元進行與A相對應的繞組短路處理，并設(shè)置激勵源，進行電磁瞬態(tài)分析。

分析單元403具體包括：

短路處理子單元4031，用于對若干個所述四面體二階單元進行與A相對應的繞組短路處理，并設(shè)置外電路短路瞬態(tài)激勵源；

計算子單元4032，用于對四面體二階單元的棱邊的矢量位自由度進行一階元計算，對四面體二階單元的節(jié)點的標量位自由度進行二階元計算，求解出三維瞬態(tài)磁場；

分析子單元4033，用于對三維瞬態(tài)磁場進行計算結(jié)果分析。

分析子單元4033具體包括：

第一分析模塊4033a，用于根據(jù)求解出的三維瞬態(tài)磁場進行分析確定變壓器簡化模型對應的內(nèi)部磁場分布特性、各相繞組和鐵芯歐姆損耗，以及各相繞組受力情況；

第二分析模塊4033b，用于根據(jù)求解出的三維瞬態(tài)磁場進行分析，獲取到在A相短路狀態(tài)下220kV三相變壓器簡化模型對應的三相電流瞬態(tài)波形、預置時刻下所述220kV三相變壓器簡化模型對應的磁感應強度分布云圖和在指定路徑位置下考察得到的磁感應強度分布曲線圖。

本實施例中，建立單元401通過獲取到通過Maxwell工具中的變壓器基元模型建立的220kV三相變壓器簡化模型，剖分單元402通過Maxwell工具的靜態(tài)自適應網(wǎng)格將220kV三相變壓器簡化模型剖分為若干個三維網(wǎng)格剖分單元，分析單元403通過Maxwell工具對若干個所述三維網(wǎng)格剖分單元進行與A相對應的繞組短路處理，并設(shè)置激勵源，進行電磁瞬態(tài)分析，解決了由于目前的大型220kV變壓器的模型比較復雜，材料的非線性特性難以獲得，求解的計算量比較大，而導致的大型220kV變壓器三維電磁場求解效率低的技術(shù)問題。

所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員可以清楚地了解到，為描述的方便和簡潔，上述描述的系統(tǒng)，裝置和單元的具體工作過程，可以參考前述方法實施例中的對應過程，在此不再贅述。

在本申請所提供的幾個實施例中，應該理解到，所揭露的系統(tǒng)，裝置和方法，可以通過其它的方式實現(xiàn)。例如，以上所描述的裝置實施例僅僅是示意性的，例如，所述單元的劃分，僅僅為一種邏輯功能劃分，實際實現(xiàn)時可以有另外的劃分方式，例如多個單元或組件可以結(jié)合或者可以集成到另一個系統(tǒng)，或一些特征可以忽略，或不執(zhí)行。另一點，所顯示或討論的相互之間的耦合或直接耦合或通信連接可以是通過一些接口，裝置或單元的間接耦合或通信連接，可以是電性，機械或其它的形式。

所述作為分離部件說明的單元可以是或者也可以不是物理上分開的，作為單元顯示的部件可以是或者也可以不是物理單元，即可以位于一個地方，或者也可以分布到多個網(wǎng)絡(luò)單元上?？梢愿鶕?jù)實際的需要選擇其中的部分或者全部單元來實現(xiàn)本實施例方案的目的。

另外，在本發(fā)明各個實施例中的各功能單元可以集成在一個處理單元中，也可以是各個單元單獨物理存在，也可以兩個或兩個以上單元集成在一個單元中。上述集成的單元既可以采用硬件的形式實現(xiàn)，也可以采用軟件功能單元的形式實現(xiàn)。

所述集成的單元如果以軟件功能單元的形式實現(xiàn)并作為獨立的產(chǎn)品銷售或使用時，可以存儲在一個計算機可讀取存儲介質(zhì)中?；谶@樣的理解，本發(fā)明的技術(shù)方案本質(zhì)上或者說對現(xiàn)有技術(shù)做出貢獻的部分或者該技術(shù)方案的全部或部分可以以軟件產(chǎn)品的形式體現(xiàn)出來，該計算機軟件產(chǎn)品存儲在一個存儲介質(zhì)中，包括若干指令用以使得一臺計算機設(shè)備(可以是個人計算機，服務(wù)器，或者網(wǎng)絡(luò)設(shè)備等)執(zhí)行本發(fā)明各個實施例所述方法的全部或部分步驟。而前述的存儲介質(zhì)包括：U盤、移動硬盤、只讀存儲器(ROM，Read-Only Memory)、隨機存取存儲器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盤等各種可以存儲程序代碼的介質(zhì)。

以上所述，以上實施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案，而非對其限制；盡管參照前述實施例對本發(fā)明進行了詳細的說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應當理解：其依然可以對前述各實施例所記載的技術(shù)方案進行修改，或者對其中部分技術(shù)特征進行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應技術(shù)方案的本質(zhì)脫離本發(fā)明各實施例技術(shù)方案的精神和范圍。