CN105260501A - 一种变压器突发短路时的漏磁场及绕组受力计算方法 - Google Patents
一种变压器突发短路时的漏磁场及绕组受力计算方法 Download PDFInfo
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Abstract
一种变压器突发短路时的漏磁场及绕组受力计算方法，包括以下内容：根据变压器尺寸建立变压器绕组和铁芯的三维模型；设置绕组和铁心材料属性；根据短路电流和故障录波信息设置激励；根据变压器箱体材料属性设置边界条件；对不同短路时刻漏磁场的绕组线饼的受力进行计算。
Description
技术领域
本发明属于电力变压器仿真的技术领域，涉及一种变压器突发短路故障下的漏磁场及受力计算方法。
背景技术
电力变压器时电力系统中十分重要和昂贵的设备之一。它的运行状况不仅影响其本身的安全，而且影响着整个电力系统运行的稳定性和可靠性。长期以来，电力变压器的安全、可靠运行一直受到电力运行和管理部门的普遍重视，这也是系统安全、稳定和经济运行的重要指标。随着国民经济的快速发展，人们对电的需求越来越大，电力变压器所发挥的作用也日益重要，并且朝着电压等级和容量更大的方向发展。
随着输电系统和变压器单台容量的增大,大型变压器短路时的漏磁也在显著增强。过大的漏磁场会引起变压器结构件(如夹件、油箱等)局部过热问题、祸流损耗的增加以及绕组中产生巨大的短路电动力等一系列不良问题。因此,国内外的许多学者对大型变压器漏磁场计算和绕组短路电动力的计算等问题都十分重视,为此做了大量的工作,并取得了一定的成果。为计算变压器绕组所受到的短路电动力,首先应对变压器短路时的漏磁场进行计算。在磁场数值计算方法应用以前,变压器漏磁场的计算主要采用两种方法:解析法和实验的方法实验法的特点是简卑可靠,但是为了能够比较准确地反映出变压器的实际状况,就需要实验模型能够与实际变压器匹配,既包括结构上的要求也包括尺寸上的要求。解析法的特点是计算简单、结果直观,目前仍是研究变压器漏磁场的常用方法,但是只能适用于比较特殊的情况,因为它是在忽略很多因素以及建立诸多假设的基础上得到的,这就会带来与实际较大的误差,对于实际变压器漏磁场的分布情况也无法十分精确。
变压器的绕组在其发生短路故障时将受到巨大的短路力作用,绕组在此力作用下会很容易发生变形、垮塌等损坏由于大型变压器的成本过高,因此绝大部分都不进行短路试验,其短路电动力只能依靠定量的计算来获得,所以其计算的准确性变得十分重要。因此，通过有限元方法对变压器突发短路故障时内部漏磁场的分布、变化规律以及电动力的大小进行计算是十分必要而且具有意义的。
发明内容
本发明的主要目的在于：针对传统的漏磁场解析法、试验法以及二维有限元分析法的缺点和不足，采用三维有限元分析技术对短路冲击电流下的漏磁场分布以及电动力大小进行了更为精确的计算，能够为变压器的抗短路水平研究提供参考。该方法主要包括以下步骤：
1.根据变压器绕组和铁芯的实际尺寸建立变压器三维模型；
2.设置线圈截面、电流方向以及匝数，高低压绕组的电流方向相反；
3.设置高低压绕组的激励源为外电路，并将绕组名称对应下的线圈截面添加到绕组中；
4.根据电力变压器外部发生短路故障时的短路电流或者短路录波信息对设置的绕组进行激励；
5.根据铁芯、绕组材料以及箱体材料属性分别对各部分以及求解区域的边界进行设置；
6.利用ANSYSMaxwell自带的计算器和显示功能对变压器内部的漏磁场和绕组线饼受力进行计算。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图；
附图1为本发明提供的变压器仿真模型剖视图；
附图2为本发明提供的变压器仿真模型俯视图；
附图3为本发明提供的变压器铁芯磁化曲线图；
附图4为本发明提供的变压器突发短路冲击时的绕组漏磁场以及电动力的计算流程图。
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为高压绕组单饼绕组，6为低压绕组单饼绕组，7为变压器油，8为低压绕组的单匝线圈，9为高压绕组的单匝线圈。
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。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
参考图1、图2及图4，本发明提供一种变压器绕组短路冲击电流的有限元计算方法，包括以下步骤：
在三维软件中，根据变压器尺寸建立正常变压器仿真模型，包括有匝数为N1的高压侧绕组1，匝数为N2的低压侧绕组2，铁芯3；
所述的高压侧绕组1由相同尺寸的饼式结构5组成，各线饼之间没有物理接触，线饼间存在垫块；
所述的高压侧绕组1由相同尺寸的饼式结构6组成，各线饼之间没有物理接触，线饼间存在垫块；
高低压绕组分别套装在铁芯柱上，绕组圆心与铁芯柱的中心重合；
设置高压绕组的1的单匝线圈9为一个coilterminal，并设置电流流向为顺时针方向，所述的具体步骤为：采用surfacesection命令对高压绕组1按照xz平面切割，获得高压绕组1各饼线圈的截面，选中所有截面上设置为coilterminal并按照实际尺寸设置匝数，并将电流的方向设置为顺时针；
设置低压绕组的2的单匝线圈8为一个coilterminal，并设置电流流向为逆时针方向，所述的具体步骤为：采用surfacesection命令对低压绕组2按照xz平面切割，获得低压绕组2各饼线圈的截面，选中所有截面上设置为coilterminal并按照实际尺寸设置匝数，并将电流的方向设置为逆时针；
利用winding命名，设置winding的激励方式为电流激励，输入激励电流的函数表达式；
对有限元模型中的铁芯、绕组材料的电导率、磁导率进行设置，其中铁芯的B-H曲线如附图3所示；
设置求解区域，并对求解区域的边界按照变压器箱体材料的电导率和磁导率，设置为阻抗边界条件；
根据实际变压器绕组的尺寸对绕组网格按照onselection进行设置，铁芯网格安照inselection进行设置；
按照0.5ms为步长采用磁场瞬态求解器进行求解并按照5ms为步长对计算结果进行保存；
在计算结果中，利用ANSYS软件的场计算器获得各时刻漏磁场的云图、矢量图以及各线饼上的电动力分布规律。
Claims (1)
1.一种变压器突发短路时的漏磁场及绕组受力计算方法其特征是包括以下步骤：
1)根据变压器绕组和铁芯的实际尺寸建立变压器三维模型；
2)设置线圈截面、电流方向以及匝数，高低压绕组的电流方向相反；
3)设置高低压绕组的激励源为外电路，并将绕组名称对应下的线圈截面添加到绕组中；
4)根据电力变压器外部发生短路故障时的短路电流或者短路录波信息对设置的绕组进行激励；
5)根据铁芯、绕组材料以及箱体材料属性分别对各部分以及求解区域的边界进行设置；
6)利用ANSYSMaxwell自带的计算器和显示功能对变压器内部的漏磁场和绕组线饼受力进行计算。
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