CN109145496A - 一种变压器绕组撑条间距获取方法、系统及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种变压器绕组撑条间距获取方法，包括获取变压器在三相短路时的电流峰值；通过有限元法对电流峰值进行分析，得到变压器的绕组在x，y，z三个方向上的单元电磁力；确定绕组的待测直边，根据单元电磁力获取待测直边的载荷；将载荷作用在绕组上，获取绕组受力后的挠度，根据挠度获取撑条间距。本发明通过有限元受力分析能够直观的得到绕组短路时的应力状态，并通过电磁学和材料力学求得撑条间的最优间距，方便设计人员分析，设计人员不用再通过经验去测试不同容量和型号的变压器绕组撑条间距，减少了工作量，从而提高了效率。本发明还公开了一种变压器绕组撑条间距获取系统及装置，具有上述有益效果。
Description
技术领域
本发明涉及变压器领域，特别是涉及一种变压器绕组撑条间距获取方法、系统及装置。
背景技术
非晶合金配电变压器抗短路能力是检测变压器是否合格的关键因素，根据变压器短路检测数据来看，抗短路能力不合格的原因之一跟撑条间距有关，绕组撑条与撑条之间间距太大，导致短路时绕组因弯曲应力过大而引发塑性变形，致使变压器辐向失稳，从而引起变压器抗短路能力不合格。在现有技术中，大多数设计者都是凭借经验来设定撑条间距，或者通过给定撑条数算出绕组弯曲应力，如果应力过大，继续增加撑条数再计算，该方法繁琐也存在不确定性，效率不高。
因此，如何提供一种解决上述技术问题的方案是本领域技术人员目前需要解决的问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种变压器绕组撑条间距获取方法、系统及装置，通过有限元受力分析能够直观的得到绕组短路时的应力状态，并通过电磁学和材料力学求得撑条间的最优间距，方便设计人员分析，设计人员不用再通过经验去测试不同容量和型号的变压器绕组撑条间距，减少了工作量。
为解决上述技术问题，本发明提供了一种变压器绕组撑条间距获取方法，包括：
获取变压器在三相短路时的电流峰值；
通过有限元法对所述电流峰值进行分析，得到所述变压器的绕组在x，y，z三个方向上的单元电磁力；
确定所述绕组的待测直边，根据所述单元电磁力获取所述待测直边的载荷；
将所述载荷作用在所述绕组上，获取所述绕组受力后的挠度，根据所述挠度获取撑条间距。
优选的，所述得到所述变压器的绕组在x，y，z三个方向上的单元电磁力的过程具体为：
根据洛伦兹力原理得到所述变压器的绕组在x，y，z三个方向上的单元电磁力。
优选的，所述根据所述单元电磁力获取所述待测直边的载荷的过程具体为：
分别累加所述待测直边在x，y，z三个方向上的单元电磁力，得到三个累加电磁力；
将力的方向垂直于所述变压器的铁心柱的累加电磁力作为所述待测直边的载荷。
优选的，所述根据所述挠度获取撑条间距的过程具体为：
根据梁的强度理论、弯曲应力公式和胡克定律计算得到在所述挠度下的撑条间距。
为解决上述技术问题，本发明还提供了一种变压器绕组撑条间距获取系统，包括：
第一获取模块，用于获取变压器在三相短路时的电流峰值；
分析模块，用于通过有限元法对所述电流峰值进行分析，得到所述变压器的绕组在x，y，z三个方向上的单元电磁力；
确定模块，用于确定所述绕组的待测直边，根据所述单元电磁力获取所述待测直边的载荷；
第二获取模块，用于将所述载荷作用在所述绕组上，获取所述绕组受力后的挠度，根据所述挠度获取撑条间距。
优选的，所述计算模块具体用于：
根据洛伦兹力原理得到所述变压器的绕组在x，y，z三个方向上的单元电磁力。
优选的，所述根据所述单元电磁力获取所述待测直边的载荷的过程具体为：
分别累加所述待测直边在x，y，z三个方向上的单元电磁力，得到三个累加电磁力；
将力的方向垂直于所述变压器的铁心柱的累加电磁力作为所述待测直边的载荷。
优选的，所述根据所述挠度获取撑条间距的过程具体为：
根据梁的强度理论、弯曲应力公式和胡克定律计算得到在所述挠度下的撑条间距。
为解决上述技术问题，本发明还提供了一种变压器绕组撑条间距获取装置，包括：
存储器，用于存储计算机程序；
处理器，用于执行所述计算机程序时实现如上文任意一项所述变压器绕组撑条间距获取方法的步骤。
本发明提供了一种变压器绕组撑条间距获取方法，包括获取变压器在三相短路时的电流峰值；通过有限元法对电流峰值进行分析，得到变压器的绕组在x，y，z三个方向上的单元电磁力；确定绕组的待测直边，根据单元电磁力获取待测直边的载荷；将载荷作用在绕组上，获取绕组受力后的挠度，根据挠度获取撑条间距。
可见，在实际应用中，采用本发明的方案，通过有限元受力分析能够直观的得到绕组短路时的应力状态，并通过电磁学和材料力学求得撑条间的最优间距，方便设计人员分析，设计人员不用再通过经验去测试不同容量和型号的变压器绕组撑条间距，减少了工作量，从而提高了效率。
本发明还提供了一种变压器绕组撑条间距获取系统及装置，具有和上述变压器绕组撑条间距获取方法相同的有益效果。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对现有技术和实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，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。
图1为本发明所提供的一种变压器绕组撑条间距获取方法的步骤流程图；
图2为本发明所提供的一种简支梁模型等效图；
图3为本发明所提供的一种变压器绕组撑条间距获取系统的结构示意图。
具体实施方式
本发明的核心是提供一种变压器绕组撑条间距获取方法、系统及装置，通过有限元受力分析能够直观的得到绕组短路时的应力状态，并通过电磁学和材料力学求得撑条间的最优间距，方便设计人员分析，设计人员不用再通过经验去测试不同容量和型号的变压器绕组撑条间距，减少了工作量。
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参照图1，图1为本发明所提供的一种变压器绕组撑条间距获取方法的步骤流程图，包括：
步骤1：获取变压器在三相短路时的电流峰值；
步骤2：通过有限元法对电流峰值进行分析，得到变压器的绕组在x，y，z三个方向上的单元电磁力；
具体的，计算变压器在三相短路(最严重的短路故障下)时的电流峰值，以该电流峰值作为激励，采用ANSYS软件建立三维有限元模型，通过该三维有限元模型分析得到变压器的漏磁场分布，漏磁场的解以网格单元的形式形成一组数值解，即得到多个漏磁场单元，通过麦克斯韦方程组得到漏磁场求解的边值问题，边值问题可表示为：其中，S1为高压绕组区域，S2为低压绕组区域，S3为非绕组区域，SH为高压绕组的截面积，SL为低压绕组的截面积，NHiH为高压绕组的磁势，NLiL为低压绕组的磁势。
具体的，在步骤1的基础上，根据洛伦兹力原理计算变压器的绕组在x，y，z三个方向上的所有单元电磁力，其中，x方向，y方向，z方向即为空间直角坐标系中的x轴方向、y轴方向、z轴方向，每个漏磁场单元的单元电磁力均由x、y、z三个方向上的体积力和体积力对应的单元体积的乘积合成，可以表示为其中，fi表示在某一方向上第i个漏磁场单元的单元电磁力，若为x方向则用fxi表示，Vi表示该漏磁场单元的单元体积，若为x方向则表示为Vxi，m表示漏磁场单元的数量。
步骤3：确定绕组的待测直边，根据单元电磁力获取待测直边的载荷；
步骤4：将载荷作用在绕组上，获取绕组受力后的挠度，根据挠度获取撑条间距。
具体的，以矩形绕组某一直边为研究对象，记为待测直边，根据步骤2得到的与该待测直边对应的单元电磁力，获取该待测直边上的载荷，这里的载荷是指该待测直边上的均匀总载荷，将得到的载荷作用在绕组上，参照图2所示，绕组受力后与撑条之间的应力可采用简支梁模型进行等效，为保证绕组和撑条间在力的作用下产生较大的形变量，可根据工程经验确定绕组受力后的挠度，即绕组受力弯曲出现的最大位移量，挠度由绕组横截面的对称轴和变性后中性层的曲率半径决定，然后计算在该挠度下的撑条条数以及两撑条之间的最优间距。
通过计算得到变压器的撑条间距，可以计算出绕组所受的应力，通过应力可以评估变压器的抗短路能力是否合格，如果计算结果超出这个应力，则绕组的结构参数需进行调整，直到调整得到的应力值小于标准规定的应力值大小，则说明该变压器设计的抗短路能力理论上符合实际，可以制造。因此，合适的撑条间距可以在变压器实际制作之前对其抗短路能力进行初步评估，评估结果可作为是否动工制造变压器的参考。
本发明提供了一种变压器绕组撑条间距获取方法，包括获取变压器在三相短路时的电流峰值；通过有限元法对电流峰值进行分析，得到变压器的绕组在x，y，z三个方向上的单元电磁力；确定绕组的待测直边，根据单元电磁力获取待测直边的载荷；将载荷作用在绕组上，获取绕组受力后的挠度，根据挠度获取撑条间距。
可见，在实际应用中，采用本发明的方案，通过有限元受力分析能够直观的得到绕组短路时的应力状态，并通过电磁学和材料力学求得撑条间的最优间距，方便设计人员分析，设计人员不用再通过经验去测试不同容量和型号的变压器绕组撑条间距，减少了工作量，从而提高了效率。
在上述实施例的基础上：
作为一种优选的实施例，根据单元电磁力获取待测直边的载荷的过程具体为：
分别累加待测直边在x，y，z三个方向上的单元电磁力，得到三个累加电磁力；
将力的方向垂直于变压器的铁心柱的累加电磁力作为待测直边的载荷。
具体的，根据步骤2得到的计算结果，分别对该待测直边x，y，z三个方向上的单元电磁力进行累加，选取力的方向垂直铁心柱的一组电磁力作为该绕组直边的均匀总载荷，即待测直边的载荷。
作为一种优选的实施例，根据挠度获取撑条间距的过程具体为：
根据梁的强度理论、弯曲应力公式和胡克定律计算得到在挠度下的撑条间距。
具体的，在确定挠度之后，可根据梁的强度理论、弯曲应力公式和胡克定律计算得到在该挠度下的撑条条数x以及两撑条之间的最优间距l，方程组如下：
其中，F表示总载荷，F0表示两根撑条之间的载荷，L表示绕组直边总长度，E表示绕组的弹性模量，Iz表示惯性矩，a表示绕组截面宽度，b表示绕组截面厚度。
请参照图3，图3为本发明所提供的一种变压器绕组撑条间距获取系统的结构示意图，包括：
第一获取模块1，用于获取变压器在三相短路时的电流峰值；
分析模块2，用于通过有限元法对电流峰值进行分析，得到变压器的绕组在x，y，z三个方向上的单元电磁力；
确定模块3，用于确定绕组的待测直边，根据单元电磁力获取待测直边的载荷；
第二获取模块4，用于将载荷作用在绕组上，获取绕组受力后的挠度，根据挠度获取撑条间距。
作为一种优选的实施例，计算模块具体用于：
根据洛伦兹力原理得到变压器的绕组在x，y，z三个方向上的单元电磁力。
作为一种优选的实施例，根据单元电磁力获取待测直边的载荷的过程具体为：
分别累加待测直边在x，y，z三个方向上的单元电磁力，得到三个累加电磁力；
将力的方向垂直于变压器的铁心柱的累加电磁力作为待测直边的载荷。
作为一种优选的实施例，根据挠度获取撑条间距的过程具体为：
根据梁的强度理论、弯曲应力公式和胡克定律计算得到在挠度下的撑条间距。
相应的，本发明还提供了一种变压器绕组撑条间距获取装置，包括：
存储器，用于存储计算机程序；
处理器，用于执行计算机程序时实现如上文任意一项变压器绕组撑条间距获取方法的步骤。
本发明所提供的一种变压器绕组撑条间距获取系统及装置，具有和上述变压器绕组撑条间距获取方法相同的有益效果。
对于本发明所提供的一种变压器绕组撑条间距获取系统及装置的介绍请参照上述实施例，本发明在此不再赘述。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其他实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (9)
1.一种变压器绕组撑条间距获取方法，其特征在于，包括：
获取变压器在三相短路时的电流峰值；
通过有限元法对所述电流峰值进行分析，得到所述变压器的绕组在x，y，z三个方向上的单元电磁力；
确定所述绕组的待测直边，根据所述单元电磁力获取所述待测直边的载荷；
将所述载荷作用在所述绕组上，获取所述绕组受力后的挠度，根据所述挠度获取撑条间距。
2.根据权利要求1所述的变压器绕组撑条间距获取方法，其特征在于，所述得到所述变压器的绕组在x，y，z三个方向上的单元电磁力的过程具体为：
根据洛伦兹力原理得到所述变压器的绕组在x，y，z三个方向上的单元电磁力。
3.根据权利要求2所述的变压器绕组撑条间距获取方法，其特征在于，所述根据所述单元电磁力获取所述待测直边的载荷的过程具体为：
分别累加所述待测直边在x，y，z三个方向上的单元电磁力，得到三个累加电磁力；
将力的方向垂直于所述变压器的铁心柱的累加电磁力作为所述待测直边的载荷。
4.根据权利要求3所述的变压器绕组撑条间距获取方法，其特征在于，所述根据所述挠度获取撑条间距的过程具体为：
根据梁的强度理论、弯曲应力公式和胡克定律计算得到在所述挠度下的撑条间距。
5.一种变压器绕组撑条间距获取系统，其特征在于，包括：
第一获取模块，用于获取变压器在三相短路时的电流峰值；
分析模块，用于通过有限元法对所述电流峰值进行分析，得到所述变压器的绕组在x，y，z三个方向上的单元电磁力；
确定模块，用于确定所述绕组的待测直边，根据所述单元电磁力获取所述待测直边的载荷；
第二获取模块，用于将所述载荷作用在所述绕组上，获取所述绕组受力后的挠度，根据所述挠度获取撑条间距。
6.根据权利要求5所述的变压器绕组撑条间距获取系统，其特征在于，所述计算模块具体用于：
根据洛伦兹力原理得到所述变压器的绕组在x，y，z三个方向上的单元电磁力。
7.根据权利要求6所述的变压器绕组撑条间距获取系统，其特征在于，所述根据所述单元电磁力获取所述待测直边的载荷的过程具体为：
分别累加所述待测直边在x，y，z三个方向上的单元电磁力，得到三个累加电磁力；
将力的方向垂直于所述变压器的铁心柱的累加电磁力作为所述待测直边的载荷。
8.根据权利要求7所述的变压器绕组撑条间距获取系统，其特征在于，所述根据所述挠度获取撑条间距的过程具体为：
根据梁的强度理论、弯曲应力公式和胡克定律计算得到在所述挠度下的撑条间距。
9.一种变压器绕组撑条间距获取装置，其特征在于，包括：
存储器，用于存储计算机程序；
处理器，用于执行所述计算机程序时实现如权利要求1-4任意一项所述变压器绕组撑条间距获取方法的步骤。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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