CN105205294B - 一种变压器绕组电容的有限元仿真计算方法 - Google Patents
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Abstract
一种电力变压器绕组电容的有限元仿真计算方法，包括：S1，根据变压器绕组和铁芯的实际尺寸在有限元仿真软件(Ansys)中利用单元122建立三维模型；S2，设置变压器油相对介电常数；S3，利用Ansys软件自带的网格划分命令对该模型进行有限元划分；S5，设置油箱4的外表面为一个节点集合；S5，将绕组设置完毕后，将地电极也设置为一个整体，其编号为绕组的最大编号+1；S6，利用ANSYS自带的CMATRIX命令流对绕组间电容及绕组对地电容进行计算，获得仿真结果。本发明能够较好的计算不同变压器结构的绕组对地及绕组间的电容值，大大的简化工作量，减少不必要的浪费。
Description
技术领域
本发明涉及一种电力变压器绕组电容的有限元仿真计算方法。
背景技术
如今，电能被广泛运用于各个行业，是发展科学技术、增长国民经济的主要动力，人民的日常生活都离不开它。随着经济的快速发展，我国对电能的需求逐步增长，使得电网规模变得越来越大。电力变压器作为电力系统中重要的电气设备之一，可靠性成为了电力系统研究和操作必不可少的部分。电力变压器在系统运行时不可避免会发生事故，最终可能造成大范围停电。
根据有关资料显示，短路故障是造成变压器损坏的主要原因之一，变压器故障损坏的主要部位是变压器绕组。由于长期电磁力振动的作用，在累积效应的作用下，绕组就会产生形变。这种变形有可能马上就会给变压器造成损坏，也有可能变压器仍然能继续运行一段时间，不管如何这必将造成很大隐患，可能会在绕组再次受到短路电流冲击时，已变形绕组的机械结构就容易承受不住巨大冲击力而损坏，造成不必要的经济损失。
目前电力系统中使用较多的变压器绕组故障检测方法主要为电容量变化法，因为变压器绕组的几何尺寸改变，必然会引起变压器绕组电容的改变，使得通过测试变压器绕组对地及绕组间的电容值的变化，即可确定绕组是否故障。因此，对变压器绕组发生不同变形时的电容参数变化情况进行研究是极有必要的，而利用实际变压器对绕组变形与电容参数间关系的研究会造成极大的浪费，故找到一种合理高效且成本较低的方式得到变压器绕组电容是非常重要的。
发明内容
本发明所要解决的技术问题，就是提出一种电力变压器绕组电容的有限元仿真计算方法，其能够较好的计算不同变压器结构的绕组对地及绕组间的电容值，大大的简化工作量，减少不必要的浪费。
解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下：
一种电力变压器绕组电容的有限元仿真计算方法，其特征是包括以下步骤：
S1，根据变压器绕组和铁芯的实际尺寸在有限元仿真软件Ansys中利用静电单元Solid122建立三维模型，包括有高压绕组1、低压绕组2、铁芯3、油箱4和地电极；
S2，设置变压器油相对介电常数；
S3，利用Ansys软件自带的网格划分命令对该模型进行有限元划分；
S4，选择A相高压绕组的外表面，并将其设置为一个整体，同时编号为1，其他绕组依次类推；
S5，设置油箱4的外表面为一个节点集合，具体为：采用Vsel命令选中油箱4，然后利用Asel命令选择该油箱4的所有外表面，最后利用Cm命令将上面选择的面节点设置为一个整体，并标号为编号最大值；
S6，将绕组设置完毕后，将地电极也设置为一个整体，其编号为绕组的最大编号+1；
S7，利用Ansys自带的Cmatrix命令流对绕组间电容及绕组对地电容进行计算，获得仿真结果。
所述的电力变压器高压绕组1由圆柱状外表面5组成，各线饼组组合成一个圆柱整体；所述的电力变压器低压绕组2由圆柱状外表面6组成，各线饼组组合成一个圆柱整体；电力变压器高、低压绕组分别套装在铁芯3上，绕组1、2与铁芯3的中心重合。
所述的步骤S4中，
设置高压绕组1的外表面为一个节点集合的具体步骤为：采用Vsel命令选中高压绕组1，然后利用Asel命令选择该高压绕组1的所有外表面5，最后利用Cm命令将上面选择的面节点设置为一个整体，并标号为1；
设置低压绕组2的外表面为一个节点集合的具体步骤为：采用Vsel命令选中低压绕组2，然后利用Asel命令选择该低压绕组2的所有外表面6，最后利用Cm命令将上面选择的面节点设置为一个整体，并标号为2；
设置其他绕组的外表面为一个节点集合的具体步骤与上相同，并使编号连续。
与现有技术相比，本发明提供的变压器绕组电容计算方法，能够方便的设置各种不同的绕组结构，且提取不同尺寸下的绕组电容极为快捷，不会对实际变压器造成破坏性的损伤。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图做简单地介绍。
图1为本发明提供的变压器仿真模型剖视图；
图2为本发明提供的变压器仿真模型俯视图；
图3为本发明提供的变压器绕组电容计算流程图。
其中，1为变压器高压绕组，2为变压器低压绕组，3为变压器铁芯，4为变压器油箱，5为高压绕组外表面，6为低压绕组外表面，7为变压器油。
具体实施方式
为了使本发明所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。
参考图1、图2及图3，本发明提供的变压器绕组电容有限元仿真计算方法，包括以下步骤：
在三维软件Ansys中，根据变压器尺寸建立正常变压器仿真模型，包括有高压绕组1，低压绕组2，铁芯3；
所述的高压绕组1由圆柱状外表面5组成，各线饼组组合成一个圆柱整体；
所述的低压绕组2由圆柱状外表面6组成，各线饼组组合成一个圆柱整体；
高低压绕组分别套装在铁芯3上，绕组1、2与铁芯3的中心重合；
设置变压器油7的相对介电常数；
设置高压绕组1的外表面为一个节点集合，具体步骤为：采用Vsel命令选中高压绕组1，然后利用Asel命令选择该高压绕组1的所有外表面5，最后利用Cm命令将上面选择的面节点设置为一个整体，并标号为1；
设置低压绕组2的外表面为一个节点集合，所述的具体步骤为：采用Vsel命令选中高压绕组2，然后利用Asel命令选择该高压绕组2的所有外表面6，最后利用Cm命令将上面选择的面节点设置为一个整体，并标号为2；
设置其他绕组的外表面为一个节点集合，所述的具体步骤与上相同，并使编号连续；
设置油箱4的外表面为一个节点集合，所述的具体步骤为：采用Vsel命令选中油箱4，然后利用Asel命令选择该油箱4的所有外表面，最后利用Cm命令将上面选择的面节点设置为一个整体，并标号为编号最大值；
利用Cmatrix命令，计算高压绕组1、低压绕组2及其他绕组对油箱4和其相互之间的电容值。
Claims (3)
1.一种电力变压器绕组电容的有限元仿真计算方法，其特征是包括以下步骤：
S1，根据变压器绕组和铁芯的实际尺寸在有限元仿真软件Ansys中利用静电单元Solid122建立三维模型，包括有高压绕组（1）、低压绕组（2）、铁芯（3）、油箱（4）和地电极；
S2，设置变压器油相对介电常数；
S3，利用Ansys软件自带的网格划分命令对该模型进行有限元划分；
S4，选择A相高压绕组的外表面，并将其设置为一个整体，同时编号为1，其他绕组依次类推；
S5，设置油箱的外表面为一个节点集合，具体为：采用Vsel命令选中油箱，然后利用Asel命令选择该油箱的所有外表面，最后利用Cm命令将上面选择的面节点设置为一个整体，并标号为编号最大值；
S6，将绕组设置完毕后，将地电极也设置为一个整体，其编号为绕组的最大编号+1；
S7，利用Ansys自带的Cmatrix命令流对绕组间电容及绕组对地电容进行计算，获得仿真结果。
2.根据权利要求1所述的电力变压器绕组电容的有限元仿真计算方法，其特征是：所述的电力变压器高压绕组（1）由圆柱状外表面（5）组成，各线饼组组合成一个圆柱整体；所述的电力变压器低压绕组（2）由圆柱状外表面（6）组成，各线饼组组合成一个圆柱整体；电力变压器高、低压绕组分别套装在铁芯（3）上，高压绕组和低压绕组（1、2）与铁芯（3）的中心重合。
3.根据权利要求2所述的电力变压器绕组电容的有限元仿真计算方法，其特征是：所述的步骤S4中，设置高压绕组（1）的外表面为一个节点集合的具体步骤为：采用Vsel命令选中高压绕组（1），然后利用Asel命令选择该高压绕组（1）的所有外表面（5），最后利用Cm命令将上面选择的面节点设置为一个整体，并标号为1；
设置低压绕组（2）的外表面为一个节点集合的具体步骤为：采用Vsel命令选中低压绕组（2），然后利用Asel命令选择该低压绕组（2）的所有外表面（6），最后利用Cm命令将上面选择的面节点设置为一个整体，并标号为2；
设置其他绕组的外表面为一个节点集合的具体步骤与上相同，并使编号连续。
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