CN105425174A - 一种获取心式变压器漏磁场的方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种获取心式变压器漏磁场的方法及装置，该方法包括：获取心式变压器绕组的截面一的磁感应密度分布，其中所述截面一为所述心式变压器绕组的窗口外结构；根据所述截面一的磁感应密度分布，获取所述截面一的辐向磁感应密度最大值和轴向磁感应密度最小值；将所述截面一的辐向磁感应密度最大值的85％-95％作为绕组一圆周的辐向磁感应密度平均值；将所述截面一的轴向磁感应密度最小值的105％-115％作为绕组一圆周的轴向磁感应密度平均值。通过上述技术方案，解决了现有技术中心式变压器绕组短路时漏磁场的磁密值获取不准确的技术问题，提高了电磁力计算的准确性。

Description

一种获取心式变压器漏磁场的方法及装置

技术领域

本发明涉及变压器技术领域，特别涉及一种获取心式变压器漏磁场的方法及装置。

背景技术

现有技术中，计算绕组短路强度时考虑的是铁心窗口外的绕组漏磁场分布情况，也就是说，不考虑绕组端部的铁轭对绕组漏磁场分布的影响，而实际上铁心上下轭的存在对绕组的漏磁场分布会有一定的影响。

通常情况下，为计算变压器短路情况下绕组机械强度，首先需要进行短路过程的绕组漏磁场分析和计算。漏磁场数值计算以有限元方法应用最广泛，其内容由数据前处理、解有限元方程和数据后处理三部分组成。请参考图1，心式变压器包含铁心1、压板2、内绕组3、外绕组4及油箱5，漏磁场数值计算过程忽略了铁心1的上下铁轭对漏磁场的影响，只采用一个如图1所示的截面即窗口外结构进行分析，这种情况下得到的磁感应密度(磁感应密度简称磁密)：辐向磁密最大、轴向磁密最小，将窗口外结构的磁密值作为绕组一周的磁密值不准确，将导致据此计算获得的绕组辐向力偏小、轴向力偏大。

可见，现有技术中心式变压器绕组短路时漏磁场的磁密值获取存在不准确的技术问题。

发明内容

本发明实施例提供一种获取心式变压器漏磁场的方法及装置，用于解决现有技术中心式变压器绕组短路时漏磁场的磁密值获取不准确的技术问题。

本申请实施例提供一种获取心式变压器漏磁场的方法，所述方法包括：

获取心式变压器绕组的截面一的磁感应密度分布，其中所述截面一为所述心式变压器绕组的窗口外结构；

根据所述截面一的磁感应密度分布，获取所述截面一的辐向磁感应密度最大值和轴向磁感应密度最小值；

将所述截面一的辐向磁感应密度最大值的85％-95％作为绕组一圆周的辐向磁感应密度平均值；

将所述截面一的轴向磁感应密度最小值的105％-115％作为绕组一圆周的轴向磁感应密度平均值。

可选的，所述方法还包括：获取所述心式变压器绕组的截面三的磁感应密度分布，其中所述截面三为所述心式变压器绕组的窗口内结构；根据所述截面三的磁感应密度分布，获取所述截面三的轴向磁感应密度最大值。

可选的，所述方法还包括：根据所述截面一的辐向磁感应密度最大值，计算获取所述心式变压器绕组的轴向力最大值；根据所述截面三的轴向磁感应密度最大值，计算获取所述心式变压器绕组的辐向力最大值。

可选的，所述方法还包括：根据所述辐向磁感应密度平均值，计算获取所述心式变压器的轴向力平均值；根据所述轴向磁感应密度平均值，计算获取所述心式变压器的辐向力平均值。

本申请实施例还提供一种获取心式变压器漏磁场的装置，所述装置包括：

第一仿真模块，用于获取心式变压器绕组的截面一的磁感应密度分布，其中所述截面一为所述心式变压器绕组的窗口外结构；

第一获取模块，用于根据所述截面一的磁感应密度分布，获取所述截面一的辐向磁感应密度最大值和轴向磁感应密度最小值；

第一计算模块，用于将所述截面一的辐向磁感应密度最大值的85％-95％作为绕组一圆周的辐向磁感应密度平均值；

第二计算模块，用于将所述截面一的轴向磁感应密度最小值的105％-115％作为绕组一圆周的轴向磁感应密度平均值。

可选的，所述装置还包括：第二仿真模块，用于获取所述心式变压器绕组的截面三的磁感应密度分布，其中所述截面三为所述心式变压器绕组的窗口内结构；第二获取模块，用于根据所述截面三的磁感应密度分布，获取所述截面三的轴向磁感应密度最大值。

可选的，所述第一计算模块还用于：根据所述截面一的辐向磁感应密度最大值，计算获取所述心式变压器绕组的轴向力最大值；所述第二计算模块还用于：根据所述截面三的轴向磁感应密度最大值，计算获取所述心式变压器绕组的辐向力最大值。

可选的，所述第一计算模块还用于：根据所述辐向磁感应密度平均值，计算获取所述心式变压器的轴向力平均值；所述第二计算模块还用于根据所述轴向磁感应密度平均值，计算获取所述心式变压器的辐向力平均值。

本申请实施例中的上述一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果：

通过心式变压器绕组窗口外结构的磁感应密度分布获得辐向磁感应密度最大值和轴向磁感应密度最小值，并将辐向磁感应密度最大值乘以85％-95％获得绕组一圆周的辐向磁感应密度平均值，将轴向磁感应密度最小值乘以105％-115％获得绕组一圆周的轴向磁感应密度平均值，辐向和轴向磁感应密度平均值更能够准确的反映心式变压器漏磁场的磁密值，从而解决了现有技术中心式变压器绕组短路时漏磁场的磁密值获取存在不准确的技术问题，进而可以根据辐向和轴向磁感应密度平均值计算轴向力和辐向力，提高了电磁力计算的准确性。

附图说明

图1为现有技术中心式变压器漏磁场计算模型截面示意图；

图2为本申请实施例一提供的一种获取心式变压器漏磁场的方法流程图；

图3为本申请实施例一提供的漏磁场计算模型截面示意图；

图4为本申请实施例一提供的窗口外的绕组辐向磁密分布图；

图5为本申请实施例一提供的窗口内的绕组辐向磁密分布图；

图6为本申请实施例一提供的窗口外的绕组轴向分布图；

图7为本申请实施例一提供的窗口内的绕组轴向分布图；

图8为本申请实施例二提供的一种获取心式变压器漏磁场的装置示意图。

具体实施方式

在本申请实施例提供的技术方案中，通过计算获得绕组一周的辐向磁感应密度平均值和轴向磁感应密度平均值，以解决现有技术中心式变压器绕组短路时漏磁场的磁密值获取存在不准确的技术问题，进而可以根据辐向和轴向磁感应密度平均值计算轴向力和辐向力，提高电磁力计算的准确性。

下面结合附图对本申请实施例技术方案的主要实现原理、具体实施方式及其对应能够达到的有益效果进行详细的阐述。

实施例一

请参考图2，本申请实施例提供一种获取心式变压器漏磁场的方法，该方法包括：

S101：获取心式变压器绕组的截面一的磁感应密度分布，其中所述截面一为所述心式变压器绕组的窗口外结构；

S102：根据所述截面一的磁感应密度分布，获取所述截面一的辐向磁感应密度最大值和轴向磁感应密度最小值；

S103：将所述截面一的辐向磁感应密度最大值的85％-95％作为绕组一圆周的辐向磁感应密度平均值；

S104：将所述截面一的轴向磁感应密度最小值的105％-115％作为绕组一圆周的轴向磁感应密度平均值。

在具体实施过程中，执行S101时可以通过仿真分析心式变压器绕组截面一的磁感应密度分布即磁密分布。其中，仿真分析时具体步骤包括建模、设定边界条件、网格剖分、设定计算方法及其精度，最后提取分析结果。需要说明的是本申请实施例并不限定获取磁密分布的方式，可以通过仿真获取，也可以通过测量获取。由于实际测量较为困难、会对设备现场产生电磁干扰，通常情况选用仿真方式获取。

磁密分布包含辐向磁感应密度分别和轴向磁感应密度分布，即包含辐向磁密分布和轴向磁密分布。由于截面一是不考虑铁轭影响的窗口外结构，心式变压器绕组一周的辐向磁感应密度在窗口外时为最大，绕组一周的轴向磁感应密度在窗口外时为最小，所以在S101之后，继续执行S102根据截面一的磁感应密度分布，获取截面一的辐向磁感应密度最大值和轴向磁感应密度最小值。

由于截面一是未考虑铁轭影响的窗口外结构，若将该截面一上的磁感应密度作为整个绕组一周的磁感应密度是不准确的，需要根据截面一上的磁感应密度与绕组一周的磁感应密度之间的关系获得绕组一周的磁感应密度平均值，所以本申请实施例通过如下方法获得截面一上的磁感应密度与绕组一周的磁感应密度之间的关系：

步骤1：采用不同的绕组纵截面进行分析，把绕组的一圆周按照一定的原则分为五个截面，如图3所示为本申请中漏磁场计算模型截面示意图；

步骤2：仿真分析绕组不同截面的磁密分布；

步骤3：绘制整个绕组的辐向磁密和轴向磁密分布曲线；

步骤4：总结绕组磁密的分布规律；

步骤5：采用变压器磁场检测系统验证计算结果的合理性和实用性。

其中，步骤1中划分绕组纵截面的原则具体为：截面一是不考虑铁轭影响的窗口外结构；截面二是考虑上、下铁轭有部分影响的半窗口结构；截面三是考虑上、下铁轭影响的窗口内结构；截面四的铁轭外限在所计算绕组的内经侧附近，截面五的铁轭外限在所计算绕组的外经侧附近。

划分好上述五个截面之后，分别仿真分析绕组的截面一～截面五的磁密分布，并进一步绘制整个绕组的辐向磁密和轴向磁密分布曲线包含每个截面的辐向磁密和轴向磁密分布曲线，以便更直观的获知其磁密分布情况。如图4～图7所示分别为窗口外和窗口内的辐向和轴向磁密分布。

本申请发明人通过大量的实验，基于对上述五个截面的磁密分布情况的反复比对获得心式变压器绕组磁密分布规律为：

绕组一圆周辐向磁密值Bx在窗口外时为最大值，在窗口内时为最小值，一圆周的辐向磁密平均值比窗口外的辐向磁密最大值约小5％-15％，通常情况下：一圆周的辐向磁密平均值比窗口外的辐向磁密最大值小12％左右；绕组一圆周轴向磁密值By在窗口外时为最小值，在窗口内时为最大值，一圆周的轴向磁密平均值比窗口外的轴向磁密最小值约大5％-15％，通常情况下：一圆周的轴向磁密平均值比窗口外的轴向磁密最小值大8％左右。

为了确认根据上述磁密分布规律计算获得磁密的正确性和合理性，本申请实施例采用变压器磁场检测系统进行验证。其中，采用的检测系统主要包括传感器和示波器，以法拉第电磁感应原理为基础，让感应线圈在磁场中感应电势，用示波器测出感应线圈两端的感应电压，从而可以确定磁密的大小。

下面以110kV级以上电压等级的大型电力变压器为研究对象，对变压器窗口内外的绕组漏磁场分布进行仿真分析和实际产品的漏磁场测量工作。下文不仅就一台型号为ODFPS-250000/500的单相自耦电力变压器为例，计算在运行方式HV-MV(MIN)下的绕组轴向和辐向漏磁场分布情况，还在结构上相类似的产品上(绕组周围空间上漏磁场分布相近似，磁场周边的金属结构件如拉板、夹件、支板的布置类似，磁场周边的各个金属结构件的材料属性类似)进行了磁场的检测，来论证软件计算结果的可行性。选取几个测量点，具体数据如下：

(1)绕组端部主空道处辐向磁密：根据上述方法计算平均值为0.00678T，测量值为0.0065T。

(2)拉板上端部对应位置轴向磁密：根据上述方法计算平均值为0.0475T，测量值为0.0452T。

计算获得平均值和测量值的误差控制在5％以下，可见本申请实施例获得平均值能近似反映产品的实际情况，获得的结果可以满足工程上的需求。

为此，在S102之后执行S103和S104：将截面一的辐向磁感应密度最大值的85％-95％作为绕组一圆周的辐向磁感应密度平均值；将截面一的轴向磁感应密度最小值的105％-115％作为绕组一圆周的轴向磁感应密度平均值。其中，S103和S104执行是不分先后。具体的，为了提高计算准确度，本申请实施例也可以将截面一的辐向磁感应密度最大值的88％作为绕组一圆周的辐向磁感应密度平均值；将截面一的轴向磁感应密度最小值的108％作为绕组一圆周的轴向磁感应密度平均值。

进一步的，在获得绕组一圆周的磁感应密度平均值后，本申请实施例还根据辐向磁感应密度平均值，计算获取心式变压器的轴向力平均值；根据轴向磁感应密度平均值，计算获取心式变压器的辐向力平均值。因为电磁力是由于漏磁场与电流相互作用而产生的，辐向漏磁将产生轴向力，而轴向漏磁则将产生辐向力，电磁力＝磁密*电流*长度，力的方向和磁场方向垂直。为此，具体可以根据：轴向力＝辐向磁密*电流*长度，计算获得轴向力平均值；根据：辐向力＝轴向向磁密*电流*长度，计算获得辐向力平均值。

在实际应用过程中，本申请实施例除了用磁密平均值来反映心式变压器漏磁场的情况，还可以用磁密最大值来反映心式变压器漏磁场的情况，为此本申请实施还进一步获取心式变压器绕组的截面三的磁感应密度分布，其中截面三为心式变压器绕组的窗口内结构；根据截面三的磁感应密度分布，获取截面三的轴向磁感应密度最大值。将截面一的辐向磁感应密度最大值作为绕组一圆周的辐向磁密最大值；将截面三的轴向磁感应密度最大值作为绕组一圆周的轴向磁密最大值；根据截面一的辐向磁感应密度最大值，计算获取心式变压器绕组的轴向力最大值；根据截面三的轴向磁感应密度最大值，计算获取心式变压器绕组的辐向力最大值。

通过心式变压器绕组窗口外结构的磁感应密度分布获得辐向磁感应密度最大值和轴向磁感应密度最小值，并将辐向磁感应密度最大值乘以85％-95％获得绕组一圆周的辐向磁感应密度平均值，将轴向磁感应密度最小值乘以105％-115％获得绕组一圆周的轴向磁感应密度平均值，辐向和轴向磁感应密度平均值更能够准确的反映心式变压器漏磁场的磁密值，从而解决了现有技术中心式变压器绕组短路时漏磁场的磁密值获取存在不准确的技术问题，进而可以根据辐向和轴向磁感应密度平均值计算轴向力和辐向力，提高了电磁力计算的准确性。

并且，本申请实施例通过获取绕组窗口内和窗口外的的磁密分布，获取窗口外的辐向磁感应密度最大值和窗口内的轴向磁感应密度最大值，能够全面地反映绕组一圆周的辐向磁密最大值和轴向磁密最大值。

实施例二

请参考图8，为本申请实施例提供的一种获取心式变压器漏磁场的装置，所述装置包括：

第一仿真模块801，用于获取心式变压器绕组的截面一的磁感应密度分布，其中所述截面一为所述心式变压器绕组的窗口外结构；

第一获取模块802，用于根据所述截面一的磁感应密度分布，获取所述截面一的辐向磁感应密度最大值和轴向磁感应密度最小值；

第一计算模块803，用于将所述截面一的辐向磁感应密度最大值的85％-95％作为绕组一圆周的辐向磁感应密度平均值；

第二计算模块804，用于将所述截面一的轴向磁感应密度最小值的105％-115％作为绕组一圆周的轴向磁感应密度平均值。

在具体实施过程中，所述装置还包括：第二仿真模块805，用于获取所述心式变压器绕组的截面三的磁感应密度分布，其中所述截面三为所述心式变压器绕组的窗口内结构；第二获取模块806，用于根据所述截面三的磁感应密度分布，获取所述截面三的轴向磁感应密度最大值。

在具体实施过程中，所述第一计算模块803还用于：根据所述截面一的辐向磁感应密度最大值，计算获取所述心式变压器绕组的轴向力最大值；所述第二计算模块804还用于：根据所述截面三的轴向磁感应密度最大值，计算获取所述心式变压器绕组的辐向力最大值。

可选的，所述第一计算模块803还用于：根据所述辐向磁感应密度平均值，计算获取所述心式变压器的轴向力平均值；所述第二计算模块804还用于根据所述轴向磁感应密度平均值，计算获取所述心式变压器的辐向力平均值。

通过本申请实施例中的一个或多个技术方案，可以实现如下一个或多个技术效果：

通过心式变压器绕组窗口外结构的磁感应密度分布获得辐向磁感应密度最大值和轴向磁感应密度最小值，并将辐向磁感应密度最大值乘以85％-95％获得绕组一圆周的辐向磁感应密度平均值，将轴向磁感应密度最小值乘以105％-115％获得绕组一圆周的轴向磁感应密度平均值，辐向和轴向磁感应密度平均值更能够准确的反映心式变压器漏磁场的磁密值，从而解决了现有技术中心式变压器绕组短路时漏磁场的磁密值获取存在不准确的技术问题，进而可以根据辐向和轴向磁感应密度平均值计算轴向力和辐向力，提高了电磁力计算的准确性。

并且，本申请实施例通过获取绕组窗口内和窗口外的的磁密分布，获取窗口外的辐向磁感应密度最大值和窗口内的轴向磁感应密度最大值，能够全面地反映绕组一圆周的辐向磁密最大值和轴向磁密最大值。

本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (8)

1.一种获取心式变压器漏磁场的方法，其特征在于，所述方法包括：

获取心式变压器绕组的截面一的磁感应密度分布，其中所述截面一为所述心式变压器绕组的窗口外结构；

根据所述截面一的磁感应密度分布，获取所述截面一的辐向磁感应密度最大值和轴向磁感应密度最小值；

将所述截面一的辐向磁感应密度最大值的85％-95％作为绕组一圆周的辐向磁感应密度平均值；

将所述截面一的轴向磁感应密度最小值的105％-115％作为绕组一圆周的轴向磁感应密度平均值。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

获取所述心式变压器绕组的截面三的磁感应密度分布，其中所述截面三为所述心式变压器绕组的窗口内结构；

根据所述截面三的磁感应密度分布，获取所述截面三的轴向磁感应密度最大值。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

根据所述截面一的辐向磁感应密度最大值，计算获取所述心式变压器绕组的轴向力最大值；

根据所述截面三的轴向磁感应密度最大值，计算获取所述心式变压器绕组的辐向力最大值。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

根据所述辐向磁感应密度平均值，计算获取所述心式变压器的轴向力平均值；

根据所述轴向磁感应密度平均值，计算获取所述心式变压器的辐向力平均值。

5.一种获取心式变压器漏磁场的装置，其特征在于，所述装置包括：

第一仿真模块，用于获取心式变压器绕组的截面一的磁感应密度分布，其中所述截面一为所述心式变压器绕组的窗口外结构；

第一获取模块，用于根据所述截面一的磁感应密度分布，获取所述截面一的辐向磁感应密度最大值和轴向磁感应密度最小值；

第一计算模块，用于将所述截面一的辐向磁感应密度最大值的85％-95％作为绕组一圆周的辐向磁感应密度平均值；

第二计算模块，用于将所述截面一的轴向磁感应密度最小值的105％-115％作为绕组一圆周的轴向磁感应密度平均值。

6.如权利要求5所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：

第二仿真模块，用于获取所述心式变压器绕组的截面三的磁感应密度分布，其中所述截面三为所述心式变压器绕组的窗口内结构；

第二获取模块，用于根据所述截面三的磁感应密度分布，获取所述截面三的轴向磁感应密度最大值。

7.如权利要求6所述的装置，其特征在于，所述第一计算模块还用于：根据所述截面一的辐向磁感应密度最大值，计算获取所述心式变压器绕组的轴向力最大值；

所述第二计算模块还用于：根据所述截面三的轴向磁感应密度最大值，计算获取所述心式变压器绕组的辐向力最大值。

8.如权利要求5所述的装置，其特征在于，所述第一计算模块还用于：根据所述辐向磁感应密度平均值，计算获取所述心式变压器的轴向力平均值；

所述第二计算模块还用于根据所述轴向磁感应密度平均值，计算获取所述心式变压器的辐向力平均值。