一種變壓器突發(fā)短路時(shí)的漏磁場(chǎng)及繞組受力計(jì)算方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于電力變壓器仿真的技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種變壓器突發(fā)短路故障下的漏磁場(chǎng)及受力計(jì)算方法。
【背景技術(shù)】
[0002]電力變壓器時(shí)電力系統(tǒng)中十分重要和昂貴的設(shè)備之一。它的運(yùn)行狀況不僅影響其本身的安全，而且影響著整個(gè)電力系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性和可靠性。長(zhǎng)期以來(lái)，電力變壓器的安全、可靠運(yùn)行一直受到電力運(yùn)行和管理部門的普遍重視，這也是系統(tǒng)安全、穩(wěn)定和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的重要指標(biāo)。隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，人們對(duì)電的需求越來(lái)越大，電力變壓器所發(fā)揮的作用也日益重要，并且朝著電壓等級(jí)和容量更大的方向發(fā)展。
[0003]隨著輸電系統(tǒng)和變壓器單臺(tái)容量的增大，大型變壓器短路時(shí)的漏磁也在顯著增強(qiáng)。過大的漏磁場(chǎng)會(huì)引起變壓器結(jié)構(gòu)件(如夾件、油箱等)局部過熱問題、禍流損耗的增加以及繞組中產(chǎn)生巨大的短路電動(dòng)力等一系列不良問題。因此，國(guó)內(nèi)外的許多學(xué)者對(duì)大型變壓器漏磁場(chǎng)計(jì)算和繞組短路電動(dòng)力的計(jì)算等問題都十分重視，為此做了大量的工作，并取得了一定的成果。為計(jì)算變壓器繞組所受到的短路電動(dòng)力，首先應(yīng)對(duì)變壓器短路時(shí)的漏磁場(chǎng)進(jìn)行計(jì)算。在磁場(chǎng)數(shù)值計(jì)算方法應(yīng)用以前，變壓器漏磁場(chǎng)的計(jì)算主要采用兩種方法:解析法和實(shí)驗(yàn)的方法實(shí)驗(yàn)法的特點(diǎn)是簡(jiǎn)卑可靠，但是為了能夠比較準(zhǔn)確地反映出變壓器的實(shí)際狀況，就需要實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ湍軌蚺c實(shí)際變壓器匹配，既包括結(jié)構(gòu)上的要求也包括尺寸上的要求。解析法的特點(diǎn)是計(jì)算簡(jiǎn)單、結(jié)果直觀，目前仍是研究變壓器漏磁場(chǎng)的常用方法，但是只能適用于比較特殊的情況，因?yàn)樗窃诤雎院芏嘁蛩匾约敖⒅T多假設(shè)的基礎(chǔ)上得到的，這就會(huì)帶來(lái)與實(shí)際較大的誤差，對(duì)于實(shí)際變壓器漏磁場(chǎng)的分布情況也無(wú)法十分精確。
[0004]變壓器的繞組在其發(fā)生短路故障時(shí)將受到巨大的短路力作用，繞組在此力作用下會(huì)很容易發(fā)生變形、垮塌等損壞由于大型變壓器的成本過高，因此絕大部分都不進(jìn)行短路試驗(yàn)，其短路電動(dòng)力只能依靠定量的計(jì)算來(lái)獲得，所以其計(jì)算的準(zhǔn)確性變得十分重要。因此，通過有限元方法對(duì)變壓器突發(fā)短路故障時(shí)內(nèi)部漏磁場(chǎng)的分布、變化規(guī)律以及電動(dòng)力的大小進(jìn)行計(jì)算是十分必要而且具有意義的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的主要目的在于:針對(duì)傳統(tǒng)的漏磁場(chǎng)解析法、試驗(yàn)法以及二維有限元分析法的缺點(diǎn)和不足，采用三維有限元分析技術(shù)對(duì)短路沖擊電流下的漏磁場(chǎng)分布以及電動(dòng)力大小進(jìn)行了更為精確的計(jì)算，能夠?yàn)樽儔浩鞯目苟搪匪窖芯刻峁﹨⒖?。該方法主要包括以下步驟:
[0006]1.根據(jù)變壓器繞組和鐵芯的實(shí)際尺寸建立變壓器三維模型；
[0007]2.設(shè)置線圈截面、電流方向以及匝數(shù)，高低壓繞組的電流方向相反；
[0008]3.設(shè)置高低壓繞組的激勵(lì)源為外電路，并將繞組名稱對(duì)應(yīng)下的線圈截面添加到繞組中；
[0009]4.根據(jù)電力變壓器外部發(fā)生短路故障時(shí)的短路電流或者短路錄波信息對(duì)設(shè)置的繞組進(jìn)行激勵(lì)；
[0010]5.根據(jù)鐵芯、繞組材料以及箱體材料屬性分別對(duì)各部分以及求解區(qū)域的邊界進(jìn)行設(shè)置；
[0011]6.利用ANSYS Maxwell自帶的計(jì)算器和顯示功能對(duì)變壓器內(nèi)部的漏磁場(chǎng)和繞組線餅受力進(jìn)行計(jì)算。
【附圖說(shuō)明】
[0012]為了更清楚地說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖做簡(jiǎn)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(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖；
[0013]附圖1為本發(fā)明提供的變壓器仿真模型剖視圖；
[0014]附圖2為本發(fā)明提供的變壓器仿真模型俯視圖；
[0015]附圖3為本發(fā)明提供的變壓器鐵芯磁化曲線圖；
[0016]附圖4為本發(fā)明提供的變壓器突發(fā)短路沖擊時(shí)的繞組漏磁場(chǎng)以及電動(dòng)力的計(jì)算流程圖。
[0017]其中，I為變壓器高壓繞組，2為變壓器低壓繞組，3為變壓器鐵芯，4為變壓器油箱，5為高壓繞組單餅繞組，6為低壓繞組單餅繞組，7為變壓器油，8為低壓繞組的單匝線圈，9為高壓繞組的單匝線圈。
【具體實(shí)施方式】
[0018]為了使本發(fā)明所解決的技術(shù)問題、技術(shù)方案及有益效果更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
[0019]參考圖1、圖2及圖4，本發(fā)明提供一種變壓器繞組短路沖擊電流的有限元計(jì)算方法，包括以下步驟:
[0020]在三維軟件中，根據(jù)變壓器尺寸建立正常變壓器仿真模型，包括有匝數(shù)為NI的高壓側(cè)繞組1，匝數(shù)為N2的低壓側(cè)繞組2，鐵芯3 ;
[0021]所述的高壓側(cè)繞組I由相同尺寸的餅式結(jié)構(gòu)5組成，各線餅之間沒有物理接觸，線餅間存在墊塊；
[0022]所述的高壓側(cè)繞組I由相同尺寸的餅式結(jié)構(gòu)6組成，各線餅之間沒有物理接觸，線餅間存在墊塊；
[0023]高低壓繞組分別套裝在鐵芯柱上，繞組圓心與鐵芯柱的中心重合；
[0024]設(shè)置高壓繞組的I的單匝線圈9為一個(gè)coil terminal，并設(shè)置電流流向?yàn)轫槙r(shí)針方向，所述的具體步驟為:采用surface sect1n命令對(duì)高壓繞組I按照xz平面切割，獲得高壓繞組I各餅線圈的截面，選中所有截面上設(shè)置為coil terminal并按照實(shí)際尺寸設(shè)置匝數(shù)，并將電流的方向設(shè)置為順時(shí)針；
[0025]設(shè)置低壓繞組的2的單匝線圈8為一個(gè)coil terminal，并設(shè)置電流流向?yàn)槟鏁r(shí)針方向，所述的具體步驟為:采用surface sect1n命令對(duì)低壓繞組2按照xz平面切割，獲得低壓繞組2各餅線圈的截面，選中所有截面上設(shè)置為coil terminal并按照實(shí)際尺寸設(shè)置匝數(shù)，并將電流的方向設(shè)置為逆時(shí)針；
[0026]利用winding命名，設(shè)置winding的激勵(lì)方式為電流激勵(lì)，輸入激勵(lì)電流的函數(shù)表達(dá)式；
[0027]對(duì)有限元模型中的鐵芯、繞組材料的電導(dǎo)率、磁導(dǎo)率進(jìn)行設(shè)置，其中鐵芯的B-H曲線如附圖3所示；
[0028]設(shè)置求解區(qū)域，并對(duì)求解區(qū)域的邊界按照變壓器箱體材料的電導(dǎo)率和磁導(dǎo)率，設(shè)置為阻抗邊界條件；
[0029]根據(jù)實(shí)際變壓器繞組的尺寸對(duì)繞組網(wǎng)格按照on select1n進(jìn)行設(shè)置，鐵芯網(wǎng)格安照in select1n進(jìn)行設(shè)置；
[0030]按照0.5ms為步長(zhǎng)采用磁場(chǎng)瞬態(tài)求解器進(jìn)行求解并按照5ms為步長(zhǎng)對(duì)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行保存；
[0031]在計(jì)算結(jié)果中，利用ANSYS軟件的場(chǎng)計(jì)算器獲得各時(shí)刻漏磁場(chǎng)的云圖、矢量圖以及各線餅上的電動(dòng)力分布規(guī)律。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種變壓器突發(fā)短路時(shí)的漏磁場(chǎng)及繞組受力計(jì)算方法其特征是包括以下步驟: 1)根據(jù)變壓器繞組和鐵芯的實(shí)際尺寸建立變壓器三維模型； 2)設(shè)置線圈截面、電流方向以及匝數(shù)，高低壓繞組的電流方向相反； 3)設(shè)置高低壓繞組的激勵(lì)源為外電路，并將繞組名稱對(duì)應(yīng)下的線圈截面添加到繞組中； 4)根據(jù)電力變壓器外部發(fā)生短路故障時(shí)的短路電流或者短路錄波信息對(duì)設(shè)置的繞組進(jìn)行激勵(lì)； 5)根據(jù)鐵芯、繞組材料以及箱體材料屬性分別對(duì)各部分以及求解區(qū)域的邊界進(jìn)行設(shè)置； 6)利用ANSYSMaxwell自帶的計(jì)算器和顯示功能對(duì)變壓器內(nèi)部的漏磁場(chǎng)和繞組線餅受力進(jìn)行計(jì)算。
【專利摘要】一種變壓器突發(fā)短路時(shí)的漏磁場(chǎng)及繞組受力計(jì)算方法，包括以下內(nèi)容：根據(jù)變壓器尺寸建立變壓器繞組和鐵芯的三維模型；設(shè)置繞組和鐵心材料屬性；根據(jù)短路電流和故障錄波信息設(shè)置激勵(lì)；根據(jù)變壓器箱體材料屬性設(shè)置邊界條件；對(duì)不同短路時(shí)刻漏磁場(chǎng)的繞組線餅的受力進(jìn)行計(jì)算。
【IPC分類】G06F17/50
【公開號(hào)】CN105260501
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510574127
【發(fā)明人】錢國(guó)超, 于虹, 劉紅文, 顏冰, 鄒德旭, 汲勝昌, 張凡
【申請(qǐng)人】云南電網(wǎng)有限責(zé)任公司電力科學(xué)研究院, 西安交通大學(xué)
【公開日】2016年1月20日
【申請(qǐng)日】2015年9月10日