CN110188511A - 一种变压器短路时绕组绝缘轴向受力模拟方法及装置 - Google Patents

一种变压器短路时绕组绝缘轴向受力模拟方法及装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种变压器短路时绕组绝缘轴向受力模拟方法及装置，它涉及变压器研究技术领域；该模拟方法为根据实际情况预先计算出一种变压器短路时绕组绝缘轴向受力的大小，然后将同样的力通过该装置施加到绝缘纸上，最终实现模拟一种变压器短路时绕组绝缘轴向受力的等效；该受力装置的电磁吸力装置是通过电流控制吸附磁铁的能力，试验前通电吸附磁铁，试验时断电使磁铁下落撞击绝缘纸；该受力装置的磁铁用于撞击绝缘纸，已知磁铁质量和下落高度，通过牛顿定律可以得出绝缘纸所受力的大小；该受力装置的箱体用于限制磁铁的下落轨道；该受力装置的固定铁柱用于固定箱体，防止箱体发生偏移；该受力装置的稳定底座用于放置绝缘纸。

Description

一种变压器短路时绕组绝缘轴向受力模拟方法及装置
技术领域
本发明属于变压器油纸绝缘试验研究中绝缘纸的受力分析技术领域，具体涉及一种变压器短路时绕组绝缘轴向受力模拟方法及装置。
背景技术
电力变压器是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。在现场变压器故障的统计数据中，由短路所引起的故障占了很高的比例。变压器短路发生在最严重的情况下时，绕组导线中所通过的短路电流数值可达额定数值的15-20倍。在此短路电流作用下，线圈所受到的短路电动力十分巨大，一般会损坏线圈绝缘及结构，从而影响变压器的绝缘性能，甚至会使线圈严重变形，导线折断。变压器绕组所受的电动力主要分为两部分：从绕组两端向中部挤压的轴向力和对内绕组有压缩作用、对外绕组有扩张作用的辐向力。由于变压器中线圈受损后的维修要在现场进行是很困难的。因此，分析变压器绕组上绝缘纸的受力是非常有意义的。
现有技术中，在对变压器油纸绝缘中绕组上绝缘纸受力分析的研究过程中。有的通过对电力变压器故障数据的统计和分析，认为绕组短路已经成为影响电力变压器安全运行的主要因素，当电力系统出现短路时，电力变压器内部在短路电流的影响下形成强大的磁场，击穿绕组并破坏绝缘性，最终引起结构内部导线的绝缘性下降，内部绕组出现垮塌；有的借助于ANSYS来分析变压器绕组的应力场，通过变压器结构仿真来分析变压器绕组的受力情况及形变，通过增加变压器绕组的整体短路抵抗力，探究诊断和改善变压器绕组变形的方法，有效的降低变压器绕组事故的出现，增加变压器的使用寿命；有的借助于结构件的应力场分析来研究变压器绕组和铁芯的不同受力情况，通过对变压器的绕组和铁芯受力云图和变形量云图的分析，确定变压器结构中应力极值和形变量的大小和位置，为变压器应力应变传感器的安装和结构的监测提供技术支持；有的借助于离线测量的方法，来测量当前变压器绕组的有效阻抗值，通过对有效阻抗值变化曲线的分析，来判断整体结构形变；有的用均匀质量的弹簧模型来等效变压器的绕组部分，借此来研究纵向受力部分的有效稳定性；有的为了分析变压器绕组受力的不均匀特性，将纵向弯曲弹簧连接两个质量块，用两个质量单元来表示绕组的线饼模型。然而，在进行变压器油纸绝缘试验研究中的受力分析过程中，需要将理论转化为实践，通过理论分析得出变压器绕组上绝缘纸所受力的大小和方向，进而等效到试验式样上所受力的大小和方向，从而通过实践所得结论来验证理论的可靠性。
发明内容
针对上述问题，本发明要解决的技术问题是提供一种变压器短路时绕组绝缘轴向受力模拟方法及装置，以解决上述背景技术中所提到的问题。
本发明的目的是通过下述技术方案予以实现：一种变压器短路时绕组绝缘轴向受力模拟方法，模拟方法包括：
a)、根据实际情况选择所要研究的一种变压器的具体类型；
b)、由洛仑兹力公式得到变压器短路时绕组单位长度轴向力的表达式；
c)、由洛仑兹力公式并计算得出实际变压器短路时绕组绝缘单位长度所受轴向力的大小；
d)通过预先设置的装置完成上述力的等效并在绝缘纸上来施加同等大小的力，已知磁铁质量和下落高度，通过牛顿定律可以得出绝缘纸所受力的大小。
作为一种优选的技术方案：由洛仑兹力公式导出变压器绕组单位长度轴向力表达式：Fy＝Bxmaxich。其中，Bxmax为突发短路时绕组辐向磁感应强度最大值；ich为短路电流最大值。
作为一种优选的技术方案：所述电磁吸力装置试验前通电吸附磁铁，试验时断电使磁铁下落撞击绝缘纸。
作为一种优选的技术方案：所述磁铁用于撞击绝缘纸，已知磁铁质量和下落高度，通过牛顿定律可以得出绝缘纸所受力的大小。
作为一种优选的技术方案：本发明实施例还提供了一种变压器短路时绕组绝缘轴向受力装置，所述装置包括电磁吸力装置、磁铁、箱体、固定铁柱、绝缘纸放置处和稳定底座，所述电磁吸力装置下设置有磁铁，所述磁铁位于所述箱体上端，所述箱体内部中空，所述箱体与稳定底座连接，所述稳定底座上均布柱槽孔，所述柱槽孔与所述固定铁柱配合，位于所述稳定底座开有与所述箱体的底部支撑柱配合的固定孔，所述固定铁柱均布设置位于所述箱体外侧，所述箱体与稳定底座之间为绝缘纸放置处，所述绝缘纸放置处位于所述稳定底座上，并放置有绝缘纸。
作为一种优选的技术方案：所述箱体中空内壁设置有用于限制磁铁下落的轨道。
作为一种优选的技术方案：所述轨道呈倒“凹”形状与磁铁配合。
作为一种优选的技术方案：所述电磁吸力装置由外部吊架进行固定，所述电磁吸力装置通过电性连接外部整流电源控制吸附磁铁。
本发明可以适用于相关变压器油纸绝缘试验研究中的受力分析，能够应用于油纸绝缘受力研究中有关受力装置的改进；可以最大程度精确变压器油纸绝缘中绝缘纸所受力的大小；操作简单，易于组装，成本低廉，能够很好的为变压器油纸绝缘中绝缘纸的受力研究提供受力大小精度的保障。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：一、可以适用于相关变压器油纸绝缘试验研究中的受力分析，能够应用于变压器油纸绝缘试验研究中受力装置的改进中。
二、可以最大程度的确定绝缘纸所受力的大小和保证绝缘纸受力的方向，确保试验的精确性和稳定性。
三、操作简单，易于组装，成本低廉，能够很好的为变压器油纸绝缘中绝缘纸的受力研究提供受力大小和受力方向精度的保障。
附图说明
图1为本发明中模拟方法的流程图；
图2为本发明中受力装置的结构示意图。
图中标记：1、电磁吸力装置；2、磁铁；3、箱体；4、固定铁柱；5、稳定底座；6、绝缘纸放置处。
具体实施方式
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，所描述的实施例仅仅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。
如图1-2所示，一种变压器短路时绕组绝缘轴向受力模拟方法，其特征在于,模拟方法包括：
101、根据实际情况选择所要研究的一种变压器的具体类型；
102、由洛仑兹力公式得到变压器短路时绕组单位长度轴向力的表达式；
103、由洛仑兹力公式并计算得出实际变压器短路时绕组绝缘单位长度所受轴向力的大小；
104、通过预先设置的装置完成上述力的等效并在绝缘纸上来施加同等大小的力，已知磁铁质量和下落高度，通过牛顿定律可以得出绝缘纸所受力的大小。
在本实施例中，由洛仑兹力公式导出变压器绕组单位长度轴向力表达式：Fy＝Bxmaxich。其中，Bxmax为突发短路时绕组辐向磁感应强度最大值；ich为短路电流最大值。
在本实施例中，所述电磁吸力装置试验前通电吸附磁铁，试验时断电使磁铁下落撞击绝缘纸。
所述电磁吸力装置1通过电流的通断来吸引磁铁2；磁铁2沿着箱体3内的轨道下落撞击到稳定底座5上的绝缘纸；箱体3和固定铁柱4可以插入稳定底座5内，以保证整个装置的稳定性。
所述电磁吸力装置通过电流控制吸附磁铁，试验前通电吸附磁铁，试验时断电使磁铁下落撞击绝缘纸；该磁铁用于撞击绝缘纸。
在本实施例中，所述磁铁用于撞击绝缘纸，已知磁铁质量和下落高度，通过牛顿定律可以得出绝缘纸所受力的大小。
在本实施例中，一种变压器短路时绕组绝缘轴向受力装置，所述装置包括电磁吸力装置1、磁铁2、箱体3、固定铁柱4、稳定底座5、绝缘纸放置处6，所述电磁吸力装置下设置有磁铁2，所述磁铁2位于所述箱体3上端，所述箱体3内部中空，所述箱体3与稳定底座5连接，所述稳定底座5上均布柱槽孔，所述柱槽孔与所述固定铁柱4配合，位于所述稳定底座5开有与所述箱体3的底部支撑柱配合的固定孔，所述固定铁柱4均布设置位于所述箱体3外侧，所述箱体3与稳定底座5之间为绝缘纸放置处6，所述绝缘纸放置处6位于所述稳定底座5上，并放置有绝缘纸。
在本实施例中，所述箱体中空内壁设置有用于限制磁铁下落的轨道。
在本实施例中，所述轨道呈倒“凹”形状与磁铁配合。
在本实施例中，所述电磁吸力装置由外部吊架进行固定，所述电磁吸力装置通过电性连接外部整流电源控制吸附磁铁。
所述箱体内壁设置的轨道呈倒“凹”形状用于限制磁铁的下落轨道，其中箱体的内表面及轨道呈倒“凹”形状与磁铁接触面做到尽可能光滑以减小磁体下落所受的摩擦力，使所施加在绝缘纸上的力尽可能精确；所述固定铁柱用于固定箱体，防止磁铁瞬间下落后箱体发生偏移；所述稳定底座用于放置绝缘纸、并且能够固定箱体和铁柱。
为了限制磁铁下落轨迹，定点下落，采用两个“凹”字倒着对称设于箱体内壁，更好的防止磁铁在箱体内的串动。可以通过磁铁质量、大小进行更换“凹”形。
所述箱体内壁设置的轨道与箱体可以设置成螺栓连接方式，螺栓通过箱体外部贯穿箱体到“凹”形状位置的固定螺栓孔上，这样能够对“凹”形进行更换。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (8)

1.一种变压器短路时绕组绝缘轴向受力模拟方法，其特征在于,模拟方法包括：
a)、根据实际情况选择所要研究的一种变压器的具体类型；
b)、由洛仑兹力公式得到变压器短路时绕组单位长度轴向力的表达式；
c)、由洛仑兹力公式并计算得出实际变压器短路时绕组绝缘单位长度所受轴向力的大小；
d)通过预先设置的电磁吸力装置完成上述力的等效并在绝缘纸上来施加同等大小的力，已知磁铁质量和下落高度，通过牛顿定律可以得出绝缘纸所受力的大小。
2.根据权利要求1所述的一种变压器短路时绕组绝缘轴向受力模拟方法，其特征在于，所述方法还包括：由洛仑兹力公式导出变压器绕组单位长度轴向力表达式：Fy＝Bxmaxich。其中，Bxmax为突发短路时绕组辐向磁感应强度最大值；ich为短路电流最大值。
3.根据权利要求1所述的一种变压器短路时绕组绝缘轴向受力模拟方法，其特征在于：所述电磁吸力装置试验前通电吸附磁铁，试验时断电使磁铁下落撞击绝缘纸。
4.根据权利要求1所述的一种变压器短路时绕组绝缘轴向受力模拟方法，其特征在于：所述磁铁用于撞击绝缘纸，已知磁铁质量和下落高度，通过牛顿定律可以得出绝缘纸所受力的大小。
5.一种变压器短路时绕组绝缘轴向受力装置，其特征在于：所述装置包括电磁吸力装置、磁铁、箱体、固定铁柱、绝缘纸放置处和稳定底座，所述电磁吸力装置下设置有磁铁，所述磁铁位于所述箱体上端，所述箱体内部中空，所述箱体与稳定底座连接，所述稳定底座上均布柱槽孔，所述柱槽孔与所述固定铁柱配合，位于所述稳定底座开有与所述箱体的底部支撑柱配合的固定孔，所述固定铁柱均布设置位于所述箱体外侧，所述箱体与稳定底座之间为绝缘纸放置处，所述绝缘纸放置处位于所述稳定底座上，并放置有绝缘纸。
6.根据权利要求5所述的一种变压器短路时绕组绝缘轴向受力装置，其特征在于：所述箱体中空内壁设置有用于限制磁铁下落的轨道。
7.根据权利要求5所述的一种变压器短路时绕组绝缘轴向受力装置，其特征在于：所述轨道呈倒“凹”形状与磁铁配合。
8.根据权利要求5所述的一种变压器短路时绕组绝缘轴向受力模拟装置，其特征在于：所述电磁吸力装置由外部吊架进行固定，所述电磁吸力装置通过电性连接外部整流电源控制吸附磁铁。
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