CN106653290B - 一种防止双饼式绕组局部过热的分析及改进方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种防止双饼式绕组局部过热的分析及改进方法，涉及变压器制造技术领域。所述分析方法包括：用有限元方法对双饼式绕组进行仿真，得到电流分布情况，通过电流分布改进双饼式绕组结构并计算电流分布，通过比较改进前后的电流分布情况判断双饼式绕组局部过热的现象是否得到改善。所述改进方法包括：增大低压绕组首末两端各一个并联支路的导线截面、减小低压绕组首末两端相邻两个并联支路的导线截面，并增加低压绕组轴向高度。该分析方法简单、方便，计算结果准确，通过分析结果改进双饼式绕组的结构，防止了局部过热，延长了变压器寿命。

Description

一种防止双饼式绕组局部过热的分析及改进方法
技术领域
本发明涉及变压器制造技术领域，特别涉及一种防止双饼式绕组局部过热的分析及改进方法。
背景技术
在整流变压器和电炉变压器中，由于低压绕组电压低，电流大，需要采用多路并联的方法达到目的，最常用的是多路并联双饼式绕组结构，这种结构由于电流分布不均匀会引起局部过热。传统的漏磁场法无法准确的计算电流分布，进而无法依据电流分布改进双饼式绕组的结构，防止双饼式绕组局部过热。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种防止双饼式绕组局部过热的分析和改进方法，根据分析结果改进双饼式绕组的结构，从而防止双饼式绕组局部过热，延长变压器寿命。
为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：一种防止双饼式绕组局部过热的分析方法，其特征在于：所述分析方法包括以下步骤：
步骤1：建立计算模型，根据变压器器身结构建立计算模型；
步骤2：设置计算模型各部分的材料属性；
步骤3：生成绕组，将计算模型中的高压绕组和低压绕组生成绕组属性；
步骤4：施加激励，将计算模型中的高压绕组和低压绕组加入电路中，模拟运行状态；
步骤5：运行仿真，利用计算机通过有限元软件进行电磁场仿真，计算双饼式绕组的电流分布；
步骤6：根据仿真结果改进结构并仿真，根据双饼式绕组的电流分布情况，判断双饼式绕组局部过热的线饼位置，进而改进计算模型的结构参数，重复步骤1-5计算改进后的双饼式绕组结构的电流分布。
优选的，所述的二维模型包括：铁芯、高压绕组、低压绕组、油箱和利用计算机有限元软件仿真需要的空气包。
优选的，所述的计算模型各部分的材料属性为：铁芯为硅钢片材料，高压绕组为铜导体材料，低压绕组为铜导体材料，油箱为结构钢材料。
优选的，步骤6中改进的计算模型结构参数包括：增大低压绕组首末两端各一个并联支路的导线截面、减小低压绕组首末两端相邻两个并联支路的导线截面，并增加低压绕组轴向高度。
一种防止双饼式绕组局部过热的改进方法，其特征在于：增大低压绕组首末两端各一个并联支路的导线截面、减小低压绕组首末两端相邻两个并联支路的导线截面，并增加低压绕组轴向高度。
优选的，低压绕组首末两端并联支路的导线横截面为中部正常双饼导线轴向高度的1.4-2倍。
优选的，低压绕组3首末两端相邻两个并联支路的导线横截面尺寸为中部正常双饼导线轴向高度的0.7-0.9倍。
优选的，低压绕组的轴向高度比高压绕组的轴向高度高出30-60mm。
采用上述技术方案所产生的有益效果在于：利用计算机采用有限元方法计可以方便、准确的计算双饼式绕组的电流分布，进而通过电流分布改进双饼式绕组的结构，防止局部过热，延长变压器寿命。
附图说明
图1是本发明分析流程示意图；
图2是本发明改进前的结构示意图；
图3是本发明改进后的结构示意图；
图4是图3矩形框的局部放大图；
图5是本发明改进前的电流分布；
图6是本发明改进后的电流分布；
其中，1、铁芯；2、高压绕组；3、低压绕组；4、油箱；5、空气包。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下对照附图并结合实施例，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。
如图1所述,按以下步骤用有限元方法分析双饼式绕组的电流分布。
1. 建立计算模型。按变压器器身结构尺寸建立二维轴对称模型，模型结构示意图如图2所示，包括铁心1、高压绕组2、低压绕组3、油箱4以及软件仿真所需的空气包5。其中，建立模型时，位于外侧的低压绕组3按双饼支路数目建立，每个双饼支路建立一个支路单元，有多少个双饼支路就建立多少个支路单元。本实施例中建立52个支路单元，低压绕组并联支路单元号由低压绕组顶部至底部为1-52。位于内侧的高压绕组建立三个单元，分别位于绕组的上、中、下部，高度分别为绕组整体高度的1/5、3/5、1/5。
2. 设置模型各部分的材料属性。对仿真模型中的各部分赋予材料属性，其中铁心1为硅钢片，高压绕组2和低压绕组3为铜导体，油箱4为结构钢，包围整个模型建立一个空气包5作为求解域。
3. 生成绕组。将高压绕组2和低压绕组3生成绕组属性，按每一部分的实际匝数赋值。
4. 电路连接，施加激励。高压绕组2和低压绕组3加入电路中，在高压绕组2侧施加额定电流激励，低压绕组3各支路单元并联并短接，模拟运行状态。
5. 采用有限元软件进行仿真。
6. 结果及后处理。通过有限元软件对变压器运行情况进行仿真，结果如图5所示，发现绕组容易出现局部过热的线饼在绕组两端各一个并联支路处，该处的电流大大超过整个绕组平均值，而与其相邻的两个并联支路中电流相对较小。
7. 根据仿真结果改变模型结构，如图3、图4所示，包括：增加低压绕组3的轴向高度，根据不同的产品，低压绕组3比高压绕组2高30-60mm ，增加低压绕组3两端第一个并联支路的导线轴向高度，为中部正常并联支路的1.4-2倍，低压绕组3两端第2、3个并联支路的导线轴向高度减小为中部正常并联支路的0.7-0.9倍。重复步骤1-5仿真改进后的双饼式绕组模型电流分布，计算结果如图6所示，低压绕组各并联支路中的电流密度均匀，端部单元中的电流密度降低至绕组平均电流密度，有效的防止了局部过热现象的发生，避免了变压器绝缘的快速老化。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种防止双饼式绕组局部过热的分析方法，其特征在于：所述分析方法包括以下步骤：
步骤1：建立计算模型，根据变压器器身结构建立计算模型；
步骤2：设置计算模型各部分的材料属性；
步骤3：生成绕组，将计算模型中的高压绕组(2)和低压绕组(3)生成绕组属性；
步骤4：施加激励，将计算模型中的高压绕组(2)和低压绕组(3)加入电路中，模拟运行状态；
步骤5：运行仿真，利用计算机通过有限元软件进行电磁场仿真，计算双饼式绕组的电流分布；
步骤6：根据仿真结果改进结构并仿真，根据双饼式绕组的电流分布情况，判断双饼式绕组局部过热的线饼位置，进而改进计算模型的结构参数，改进的计算模型结构参数包括：增大低压绕组(3)首末两端各一个并联支路的导线截面、减小低压绕组(3)中与低压绕组(3)首端相邻的两个并联支路的导线截面、减小低压绕组(3)中与低压绕组(3)末端相邻的两个并联支路的导线截面，并增加低压绕组(3)轴向高度，重复步骤1-5计算改进后的双饼式绕组结构的电流分布。
2.根据权利要求1所述的一种防止双饼式绕组局部过热的分析方法，其特征在于：所述的二维模型包括：铁芯(1)、高压绕组(2)、低压绕组(3)、油箱(4)和利用计算机有限元软件仿真需要的空气包(5)。
3.根据权利要求1或2所述的一种防止双饼式绕组局部过热的分析方法，其特征在于：所述的计算模型各部分的材料属性为：铁芯(1)为硅钢片材料，高压绕组(2)为铜导体材料，低压绕组(3)为铜导体材料，油箱(4)为结构钢材料。
4.一种防止双饼式绕组局部过热的改进方法，其特征在于：增大低压绕组(3)首末两端各一个并联支路的导线截面、减小低压绕组(3)首末两端相邻两个并联支路的导线截面，并增加低压绕组(3)轴向高度；低压绕组(3)中与低压绕组(3)首端相邻的两个并联支路和低压绕组(3)中与低压绕组(3)末端相邻的两个并联支路的导线截面的轴向高度为中部正常双饼导线轴向高度的0.7-0.9倍。
5.根据权利要求4所述的一种防止双饼式绕组局部过热的改进方法，其特征在于：低压绕组(3)首末两端各一个并联支路的导线截面的轴向高度为中部正常双饼导线轴向高度的1.4-2倍。
6.根据权利要求4所述的一种防止双饼式绕组局部过热的改进方法，其特征在于：低压绕组(3)的轴向高度比高压绕组(2)的轴向高度高出30-60mm。
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