CN110514943A - 一种基于有限元分析的变压器抗短路能力校核方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及电力变压器绕组抗短路冲击能力校核验证技术领域，尤其涉及一种基于有限元分析的变压器抗短路能力校核方法，是一种基于有限元分析的变压器绕组抗短路能力评估的计算分析方法。本发明是根据被校核的变压器参数信息，利用有限元分析的方法建立计算模型、设置边界条件、网格剖分、在此基础上进行漏磁、应力计算，根据计算结果判断被校核变压器的抗短路能力是否满足国家标准要求。本发明通过有限元分析的方法对变压器内部绕组铁心合理建模，剖分、计算得出不同运行方式下变压器各绕组的辐向和轴向受力的数据，结合国家标准准确的判断变压器各绕组的抗短路能力，对抗短路能力不足的变压器进行综合评估，为变压器技改、大修工程提供技术依据。

Description

一种基于有限元分析的变压器抗短路能力校核方法

技术领域

本发明涉及电力变压器绕组抗短路冲击能力校核验证技术领域，尤其涉及一种基于有限元分析的变压器抗短路能力校核方法，具体是一种基于有限元分析的变压器绕组抗短路能力评估的计算分析方法。

背景技术

大型电力变压器是电力系统中重要的设备，运行的安全可靠性直接影响电力系统运行的稳定性和可靠性。近年来，电网规模不断扩大，电力变压器运行过程中多次受到由雷电过电压、操作过电压、线路跳闸等造成的短路冲击，如变压器的抗短路能力不足，会导致绕组损坏事故发生。据统计，每年发生的变压器损坏事故中，有30％以上是由于变压器受短路冲击造成的。一旦发生变压器绕组损坏情况，变压器将很难修复，甚至引起严重的停电事故，造成重大的社会经济损失。因此对变压器抗短路能力进行校核评估对保证变压器的安全稳定运行及电网的供电可靠性有重大意义。

目前，我国对变压器开展短路试验的研究开始于20世纪80年代，国家计划委员会批准在沈阳虎石台建设强电流试验站。通过突发短路试验对变压器的抗短路能力进行评估，此种方法已积累了成熟的经验，但需要投入大量的资金，特高压变压器目前还无法实现。

变压器抗短路能力校核工作目前多数在制造厂家内部进行开展，计算过程不容易掌握，如用户单位能够掌握变压器抗短路能力校核的方法对新投产的变压器和在运变压器的抗短路能力进行准确评估，对抗短路能力不足的变压器合理安排技改大修工程，对提升电网运行可靠性具有重大意义。

发明内容

针对目前变压器抗短路能力校核分析方法中存在的问题，本发明提出了一种基于有限元分析的变压器抗短路能力校核方法，其目的是为了提供一种计算快速、准确，适应性强，具有较高实际应用价值的变压器抗短路能力校核方法。

为了实现上述发明目，本发明是通过以下技术方案来实现的：

一种基于有限元分析的变压器抗短路能力校核方法，是根据被校核的变压器参数信息，利用有限元分析的方法建立计算模型、设置边界条件、网格剖分、在此基础上进行漏磁、应力计算，根据计算结果判断被校核变压器的抗短路能力是否满足国家标准要求。

所述变压器参数信息包括：变压器型号、短路阻抗、铁心直径、铁心窗高、铁心柱数量、导线类型、屈服强度，截面积、垫块数、各绕组的分区数量、各分区的高度、各分区的安匝数、电磁线单根小线截面参数以及小线根数。

所述变压器各侧绕组，包括高、中、低压，在轴向合理分区，获得各侧线圈的尺寸，包括各分区轴向高度、辐向寛、电磁线单根导线尺寸、跨越层导线根数、总匝数，在此基础上对变压器进行建模、设置边界条件、网格剖分、漏磁、应力计算；判断绕组所受辐向、轴向应力是否满足国家标准的要求、得出结论。

所述国家标准是指《GB1094.5-2008电力变压器第5部分承受短路的能力》。

所述根据计算结果判断被校核变压器的抗短路能力是否满足国家标准要求，是根据国家标准中对于变压器绕组短路强度的要求，导线的许用强度与导线的尺寸和屈服极限有关，得出变压器绕组的许用机械强度，将计算得到的应力结果与应力许用值进行比较，得出判定结果。

本发明具有如下优点及有益效果：

通过有限元分析的方法对变压器内部绕组铁心合理建模，剖分、计算得出不同运行方式下变压器各绕组的辐向和轴向受力的数据，结合《GB1094.5-2008电力变压器第5部分承受短路的能力》可以准确的判断变压器各绕组的抗短路能力，对抗短路能力不足的变压器进行综合评估，为变压器技改、大修工程提供技术依据。

附图说明

为了便于本领域普通技术人员理解和实施本发明，下面结合附图及具体实施方式对本发明作进一步的详细描述，但应当理解本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。

图1是本发明变压器抗短路能力校核计算流程图；

图2是本发明三绕组变压器漏磁场；

图3是本发明双绕组变压器漏磁场。

具体实施方式

本发明是一种基于有限元分析的变压器抗短路能力校核方法，是根据被校核的变压器参数信息，利用有限元分析的方法建立计算模型、设置边界条件、网格剖分、在此基础上进行漏磁、应力计算，根据计算结果判断被校核变压器的抗短路能力是否满足国家标准要求。如图1所示，图1是本发明变压器抗短路能力校核计算流程图。

所述变压器参数信息包括：变压器型号、短路阻抗、铁心直径、铁心窗高、铁心柱数量、导线类型、屈服强度，截面积、垫块数、各绕组的分区数量、各分区的高度、各分区的安匝数、电磁线单根小线截面参数、小线根数。

将所述变压器各侧绕组，包括高、中、低压，在轴向合理分区，获得各侧线圈的尺寸，包括各分区轴向高度、辐向寛、电磁线单根导线尺寸、跨越层导线根数、总匝数等，在此基础上对变压器进行建模、设置边界条件、网格剖分、漏磁、应力计算。

判断所述绕组所受辐向、轴向应力是否满足国家标准的要求、得出结论。

所述国家标准是指《GB1094.5-2008电力变压器第5部分承受短路的能力》。

实施例1：

本发明是一种基于有限元分析的变压器抗短路能力校核方法，根据被校核变压器结构参数数据，通过计算建模、设置边界条件、剖分、计算得出变压器绕组辐向和轴向承受应力数值，结合《GB1094.5电力变压器第5部分承受短路的能力》相关判别方法；判断被诊断变压器各侧绕组抗短路能力是否满足国标要求，具体校核方法如图1所示，图1是本发明变压器抗短路能力校核计算流程图，包括如下步骤：

步骤1.收集被校核变压器计算参数。

信息包括：变压器型号、短路阻抗、铁心直径、导线类型、屈服强度，截面积、垫块数等。

(a)变压器基本参数，如表1所示。

(b)变压器线圈参数，如表2所示。

步骤2.建模、设置边界、剖分、应力计算。

将变压器各侧绕组，包括高、中、低压，在轴向合理分区，获得各侧线圈的尺，包括各分区轴向高度、辐向寛、电磁线单根导线尺寸、跨越层导线根数、总匝数等，在此基础上对变压器进行建模、设置边界条件、网格剖分、漏磁、应力计算。

其中如图2和图3所示，图2是本发明三绕组变压器漏磁场，图3是本发明双绕组变压器漏磁场。

步骤3.判断绕组所受辐向、轴向应力是否满足《GB1094.5电力变压器第5部分承受短路的能力》的要求、得出结论。

根据GB/T 1094.5-2008中对于变压器绕组短路强度的要求，导线的许用强度与导线的尺寸和屈服极限有关，得出本变压器绕组的许用机械强度如表3所示。

将计算得到的应力结果与上表中应力许用值进行比较，得出判定结果。

表1.变压器基本参数

变压器型号	SSZ11-120000/220
		技术代号	D321
产品序号	251309030
		电压等级	230±8×1.25％/69/10.5kV
容量	120/120/60MVA

表2.变压器线圈参数

表3.变压器绕组的许用机械强度

Claims (5)

1.一种基于有限元分析的变压器抗短路能力校核方法，其特征是：根据被校核的变压器参数信息，利用有限元分析的方法建立计算模型、设置边界条件、网格剖分、在此基础上进行漏磁、应力计算，根据计算结果判断被校核变压器的抗短路能力是否满足国家标准要求。

2.根据权利要求1所述的一种基于有限元分析的变压器抗短路能力校核方法，其特征是：所述变压器参数信息包括：变压器型号、短路阻抗、铁心直径、铁心窗高、铁心柱数量、导线类型、屈服强度，截面积、垫块数、各绕组的分区数量、各分区的高度、各分区的安匝数、电磁线单根小线截面参数以及小线根数。

3.根据权利要求1所述的一种基于有限元分析的变压器抗短路能力校核方法，其特征是：所述变压器各侧绕组，包括高、中、低压，在轴向合理分区，获得各侧线圈的尺寸，包括各分区轴向高度、辐向寛、电磁线单根导线尺寸、跨越层导线根数、总匝数，在此基础上对变压器进行建模、设置边界条件、网格剖分、漏磁、应力计算；判断绕组所受辐向、轴向应力是否满足国家标准的要求、得出结论。

4.根据权利要求1所述的一种基于有限元分析的变压器抗短路能力校核方法，其特征是：所述国家标准是指《GB1094.5-2008电力变压器 第5部分 承受短路的能力》 。

5.根据权利要求1所述的一种基于有限元分析的变压器抗短路能力校核方法，其特征是：所述根据计算结果判断被校核变压器的抗短路能力是否满足国家标准要求，是根据国家标准中对于变压器绕组短路强度的要求，导线的许用强度与导线的尺寸和屈服极限有关，得出变压器绕组的许用机械强度，将计算得到的应力结果与应力许用值进行比较，得出判定结果。