一種變壓器突發(fā)短路時的漏磁場及繞組受力計算方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于電力變壓器仿真的技術領域，涉及一種變壓器突發(fā)短路故障下的漏磁場及受力計算方法。
【背景技術】
[0002]電力變壓器時電力系統中十分重要和昂貴的設備之一。它的運行狀況不僅影響其本身的安全，而且影響著整個電力系統運行的穩(wěn)定性和可靠性。長期以來，電力變壓器的安全、可靠運行一直受到電力運行和管理部門的普遍重視，這也是系統安全、穩(wěn)定和經濟運行的重要指標。隨著國民經濟的快速發(fā)展，人們對電的需求越來越大，電力變壓器所發(fā)揮的作用也日益重要，并且朝著電壓等級和容量更大的方向發(fā)展。
[0003]隨著輸電系統和變壓器單臺容量的增大，大型變壓器短路時的漏磁也在顯著增強。過大的漏磁場會引起變壓器結構件(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生巨大的短路電動力等一系列不良問題。因此，國內外的許多學者對大型變壓器漏磁場計算和繞組短路電動力的計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。為計算變壓器繞組所受到的短路電動力，首先應對變壓器短路時的漏磁場進行計算。在磁場數值計算方法應用以前，變壓器漏磁場的計算主要采用兩種方法:解析法和實驗的方法實驗法的特點是簡卑可靠，但是為了能夠比較準確地反映出變壓器的實際狀況，就需要實驗模型能夠與實際變壓器匹配，既包括結構上的要求也包括尺寸上的要求。解析法的特點是計算簡單、結果直觀，目前仍是研究變壓器漏磁場的常用方法，但是只能適用于比較特殊的情況，因為它是在忽略很多因素以及建立諸多假設的基礎上得到的，這就會帶來與實際較大的誤差，對于實際變壓器漏磁場的分布情況也無法十分精確。
[0004]變壓器的繞組在其發(fā)生短路故障時將受到巨大的短路力作用，繞組在此力作用下會很容易發(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行短路試驗，其短路電動力只能依靠定量的計算來獲得，所以其計算的準確性變得十分重要。因此，通過有限元方法對變壓器突發(fā)短路故障時內部漏磁場的分布、變化規(guī)律以及電動力的大小進行計算是十分必要而且具有意義的。

【發(fā)明內容】

[0005]本發(fā)明的主要目的在于:針對傳統的漏磁場解析法、試驗法以及二維有限元分析法的缺點和不足，采用三維有限元分析技術對短路沖擊電流下的漏磁場分布以及電動力大小進行了更為精確的計算，能夠為變壓器的抗短路水平研究提供參考。該方法主要包括以下步驟:
[0006]1.根據變壓器繞組和鐵芯的實際尺寸建立變壓器三維模型；
[0007]2.設置線圈截面、電流方向以及匝數，高低壓繞組的電流方向相反；
[0008]3.設置高低壓繞組的激勵源為外電路，并將繞組名稱對應下的線圈截面添加到繞組中；
[0009]4.根據電力變壓器外部發(fā)生短路故障時的短路電流或者短路錄波信息對設置的繞組進行激勵；
[0010]5.根據鐵芯、繞組材料以及箱體材料屬性分別對各部分以及求解區(qū)域的邊界進行設置；
[0011]6.利用ANSYS Maxwell自帶的計算器和顯示功能對變壓器內部的漏磁場和繞組線餅受力進行計算。
【附圖說明】
[0012]為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖做簡單地介紹，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，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據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)短路沖擊時的繞組漏磁場以及電動力的計算流程圖。
[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。
【具體實施方式】
[0018]為了使本發(fā)明所解決的技術問題、技術方案及有益效果更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本發(fā)明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實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算方法，包括以下步驟:
[0020]在三維軟件中，根據變壓器尺寸建立正常變壓器仿真模型，包括有匝數為NI的高壓側繞組1，匝數為N2的低壓側繞組2，鐵芯3 ;
[0021]所述的高壓側繞組I由相同尺寸的餅式結構5組成，各線餅之間沒有物理接觸，線餅間存在墊塊；
[0022]所述的高壓側繞組I由相同尺寸的餅式結構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]設置高壓繞組的I的單匝線圈9為一個coil terminal，并設置電流流向為順時針方向，所述的具體步驟為:采用surface sect1n命令對高壓繞組I按照xz平面切割，獲得高壓繞組I各餅線圈的截面，選中所有截面上設置為coil terminal并按照實際尺寸設置匝數，并將電流的方向設置為順時針；
[0025]設置低壓繞組的2的單匝線圈8為一個coil terminal，并設置電流流向為逆時針方向，所述的具體步驟為:采用surface sect1n命令對低壓繞組2按照xz平面切割，獲得低壓繞組2各餅線圈的截面，選中所有截面上設置為coil terminal并按照實際尺寸設置匝數，并將電流的方向設置為逆時針；
[0026]利用winding命名，設置winding的激勵方式為電流激勵，輸入激勵電流的函數表達式；
[0027]對有限元模型中的鐵芯、繞組材料的電導率、磁導率進行設置，其中鐵芯的B-H曲線如附圖3所示；
[0028]設置求解區(qū)域，并對求解區(qū)域的邊界按照變壓器箱體材料的電導率和磁導率，設置為阻抗邊界條件；
[0029]根據實際變壓器繞組的尺寸對繞組網格按照on select1n進行設置，鐵芯網格安照in select1n進行設置；
[0030]按照0.5ms為步長采用磁場瞬態(tài)求解器進行求解并按照5ms為步長對計算結果進行保存；
[0031]在計算結果中，利用ANSYS軟件的場計算器獲得各時刻漏磁場的云圖、矢量圖以及各線餅上的電動力分布規(guī)律。
【主權項】
1.一種變壓器突發(fā)短路時的漏磁場及繞組受力計算方法其特征是包括以下步驟: 1)根據變壓器繞組和鐵芯的實際尺寸建立變壓器三維模型； 2)設置線圈截面、電流方向以及匝數，高低壓繞組的電流方向相反； 3)設置高低壓繞組的激勵源為外電路，并將繞組名稱對應下的線圈截面添加到繞組中； 4)根據電力變壓器外部發(fā)生短路故障時的短路電流或者短路錄波信息對設置的繞組進行激勵； 5)根據鐵芯、繞組材料以及箱體材料屬性分別對各部分以及求解區(qū)域的邊界進行設置； 6)利用ANSYSMaxwell自帶的計算器和顯示功能對變壓器內部的漏磁場和繞組線餅受力進行計算。
【專利摘要】一種變壓器突發(fā)短路時的漏磁場及繞組受力計算方法，包括以下內容：根據變壓器尺寸建立變壓器繞組和鐵芯的三維模型；設置繞組和鐵心材料屬性；根據短路電流和故障錄波信息設置激勵；根據變壓器箱體材料屬性設置邊界條件；對不同短路時刻漏磁場的繞組線餅的受力進行計算。
【IPC分類】G06F17/50
【公開號】CN105260501
【申請?zhí)枴緾N201510574127
【發(fā)明人】錢國超, 于虹, 劉紅文, 顏冰, 鄒德旭, 汲勝昌, 張凡
【申請人】云南電網有限責任公司電力科學研究院, 西安交通大學
【公開日】2016年1月20日
【申請日】2015年9月10日