CN114113925A - 用于确定雷电冲击下变压器内部最大电场强度的计算方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于确定雷电冲击下变压器内部最大电场强度的计算方法及系统，包括以下步骤：建立高频条件下变压器高低调压绕组分布参数的梯形等效电路；根据高频条件下变压器高低调压绕组分布参数的梯形等效电路，计算得到标准雷电冲击电压下绕组各饼的电压；将标准雷电冲击电压下绕组各饼的电压添加到变压器二维有限元模型中绕组的各饼上，再考虑电压波峰所处绕组位置，计算变压器内的场强分布，然后确定雷电冲击下变压器内部的最大电场强度及其位置，该方法及系统能够准确确定雷电冲击下变压器内部的最大电场强度。
Description
技术领域
本发明属于变压器技术领域，涉及一种用于确定雷电冲击下变压器内部最大电场强度的计算方法及系统。
背景技术
变压器作为电力系统最重要的设备之一，它的安全稳定运行对于保证电力系统的可靠性有着非常重要的意义。雷电冲击对变压器的正常运行有着很大的危害，根据实际的故障统计结果显示，雷电冲击所造成的变压器绝缘破坏的概率多达一半以上。其原因在于，雷电冲击电压的幅值很大，上升时间短，并且造成的变压器绝缘破坏不能自然恢复。所以为了能够更准确的判断变压器的抗雷电冲击能力，有必要对变压器在雷电冲击下的绝缘进行深入研究。现有的研究基本是采用计算出线饼的电位后，直接赋值到变压器的二维模型中的饼式绕组上进行计算，并未考虑到电压波峰所处的绕组位置不同所带来的影响，因此雷电冲击下变压器内部最大电场强度的计算准确性较差，严重的影响后续变压器抗雷电冲击能力的评估结果。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种用于确定雷电冲击下变压器内部最大电场强度的计算方法及系统，该方法及系统能够准确确定雷电冲击下变压器内部的最大电场强度。
为达到上述目的，本发明所述的用于确定雷电冲击下变压器内部最大电场强度的计算方法包括以下步骤：
建立高频条件下变压器高低调压绕组分布参数的梯形等效电路；
根据高频条件下变压器高低调压绕组分布参数的梯形等效电路，计算得到标准雷电冲击电压下绕组各饼的电压；
将标准雷电冲击电压下绕组各饼的电压添加到变压器二维有限元模型中绕组的各饼上，再考虑电压波峰所处绕组位置，计算变压器内的场强分布，然后确定雷电冲击下变压器内部的最大电场强度及其位置。
建立高频条件下变压器高低调压绕组分布参数的梯形等效电路的具体过程为：
建立变压器二维有限元模型，根据变压器二维有限元模型计算得到线饼的纵向等值电容、对地电容以及电感参数；
根据线饼的纵向等值电容、对地电容以及电感参数利用电路仿真软件，建立高频条件下变压器高低调压绕组分布参数的梯形等效电路。
利用有限元电磁计算软件计算变压器内的场强分布。
当电压波峰在高压绕组上端时，其与调压绕组的距离最远，计算此时高压绕组与调压绕组间的场强分布；当电压波峰在高压绕组中部时，其与调压绕组的距离最近，计算此时高压绕组与调压绕组间的场强分布；当高压绕组各饼之间电压差均较大时，计算此时高压绕组上的场强分布，再将上述场强的计算结果进行对比，以确定雷电冲击下变压器内部最大的电场强度及其位置。
在建立高频条件下分布参数的梯形等效电路时，调压绕组处于最负分接状态。
一种用于确定雷电冲击下变压器内部最大电场强度的计算系统，包括：
构建模块，用于建立高频条件下变压器高低调压绕组分布参数的梯形等效电路；
计算模块，用于根据高频条件下变压器高低调压绕组分布参数的梯形等效电路，计算得到标准雷电冲击电压下绕组各饼的电压；
确定模块，用于将标准雷电冲击电压下绕组各饼的电压添加到变压器二维有限元模型中绕组的各饼上，再考虑电压波峰所处绕组位置，计算变压器内的场强分布，然后确定雷电冲击下变压器内部的最大电场强度及其位置。
建立高频条件下变压器高低调压绕组分布参数的梯形等效电路的具体过程为：
建立变压器二维有限元模型，根据变压器二维有限元模型计算得到线饼的纵向等值电容、对地电容以及电感参数；
根据线饼的纵向等值电容、对地电容以及电感参数利用电路仿真软件，建立高频条件下变压器高低调压绕组分布参数的梯形等效电路。
利用有限元电磁计算软件计算变压器内的场强分布。
当电压波峰在高压绕组上端时，其与调压绕组的距离最远，计算此时高压绕组与调压绕组间的场强分布；当电压波峰在高压绕组中部时，其与调压绕组的距离最近，计算此时高压绕组与调压绕组间的场强分布；当高压绕组各饼之间电压差均较大时，计算此时高压绕组上的场强分布，再将上述场强的计算结果进行对比，以确定雷电冲击下变压器内部最大的电场强度及其位置。
在建立高频条件下分布参数的梯形等效电路时，调压绕组处于最负分接状态。
本发明具有以下有益效果：
本发明所述的用于确定雷电冲击下变压器内部最大电场强度的计算方法及系统在具体操作时，充分考虑冲击电压在绕组上的传递是一个波过程，在确定时，将标准雷电冲击电压下绕组各饼的电压添加到变压器二维有限元模型中绕组的各饼上，再考虑电压波峰所处绕组位置，计算变压器内的场强分布，然后依此准确确定雷电冲击下变压器内部的最大电场强度及其位置，操作简单、方便，实用性极强。
进一步，通过计算电压波峰在高压绕组上部、电压波峰在高压绕组中部及高压绕组各饼之间电压差均较大的情况下变压器内的场强分布，再通过比较得到变压器内的最大场强，准确性较高。
附图说明
图1为变压器电容计算绕组的结构图；
图2为变压器二维有限元模型的示意图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，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的实施例，不是全部的实施例，而并非要限制本发明公开的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要的混淆本发明公开的概念。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，都应当属于本发明保护的范围。
在附图中示出了根据本发明公开实施例的结构示意图。这些图并非是按比例绘制的，其中为了清楚表达的目的，放大了某些细节，并且可能省略了某些细节。图中所示出的各种区域、层的形状及它们之间的相对大小、位置关系仅是示例性的，实际中可能由于制造公差或技术限制而有所偏差，并且本领域技术人员根据实际所需可以另外设计具有不同形状、大小、相对位置的区域/层。
参考图1至图2，本发明所述的用于确定雷电冲击下变压器内部最大电场强度的计算方法包括以下步骤：
1)建立变压器的二维有限元模型，根据变压器的二维有限元模型计算得到线饼的纵向等值电容、对地电容以及电感参数，参考图2；
2)根据线饼的纵向等值电容、对地电容以及电感参数利用电路仿真软件，建立高频条件下变压器高低调压绕组分布参数的梯形等效电路；
3)根据高频条件下变压器高低调压绕组分布参数的梯形等效电路，计算得到标准雷电冲击电压下绕组各饼的电压；
然后通过计算电压波峰在高压绕组上部、电压波峰在高压绕组中部及高压绕组各饼之间电压差均较大的情况下变压器内的场强分布，通过比较得到变压器内的最大场强。
4)将标准雷电冲击电压下绕组各饼的电压添加到变压器的二维有限元模型中的绕组各饼上，再利用有限元电磁计算软件计算变压器内的场强分布，继而确定雷电冲击下变压器内部最大的电场强度及其位置。
其中，当电压波峰在高压绕组上端时，其与调压绕组的距离最远，通过仿真计算得到此时高压绕组与调压绕组间的场强分布；当电压波峰在高压绕组中部时，其与调压绕组的距离最近，通过仿真计算得到此时高压绕组与调压绕组间的场强分布；当高压绕组各饼之间电压差均较大时，仿真计算得到此时高压绕组上的场强分布，再将上述场强的仿真计算结果进行对比，确定雷电冲击下变压器内部最大的电场强度及其位置。
其中，在建立高频条件下分布参数的梯形等效电路时，调压绕组处于最负分接状态。
另外，计算得到绕组各饼的电压后，考虑到冲击电压在绕组上的传递是一个波过程，分别选择电压波峰在高压绕组上部、电压波峰在高压绕组中部以及高压绕组各饼之间电压差均较大的情况进行电场场强计算。
选择电压波峰在高压绕组上部及电压波峰在高压绕组中部时，主要考察的是高压绕组和调压绕组间的电场强度；选择高压绕组各饼之间电压差均较大的情况时，主要考察的是高压绕组各饼之间的电场强度，再进行比较，从而确定变压器内部的最大电场强度。
本发明所述的用于确定雷电冲击下变压器内部最大电场强度的计算系统，包括：
构建模块，用于建立高频条件下变压器高低调压绕组分布参数的梯形等效电路；
计算模块，用于根据高频条件下变压器高低调压绕组分布参数的梯形等效电路，计算得到标准雷电冲击电压下绕组各饼的电压；
确定模块，用于将标准雷电冲击电压下绕组各饼的电压添加到变压器二维有限元模型中绕组的各饼上，再考虑电压波峰所处绕组位置，计算变压器内的场强分布，然后确定雷电冲击下变压器内部的最大电场强度及其位置。
Claims (10)
1.一种用于确定雷电冲击下变压器内部最大电场强度的计算方法，其特征在于，包括以下步骤：
建立高频条件下变压器高低调压绕组分布参数的梯形等效电路；
根据高频条件下变压器高低调压绕组分布参数的梯形等效电路，计算得到标准雷电冲击电压下绕组各饼的电压；
将标准雷电冲击电压下绕组各饼的电压添加到变压器二维有限元模型中绕组的各饼上，再考虑电压波峰所处绕组位置，计算变压器内的场强分布，然后确定雷电冲击下变压器内部的最大电场强度及其位置。
2.根据权利要求1所述的用于确定雷电冲击下变压器内部最大电场强度的计算方法，其特征在于，建立高频条件下变压器高低调压绕组分布参数的梯形等效电路的具体过程为：
建立变压器二维有限元模型，根据变压器二维有限元模型计算得到线饼的纵向等值电容、对地电容以及电感参数；
根据线饼的纵向等值电容、对地电容以及电感参数利用电路仿真软件，建立高频条件下变压器高低调压绕组分布参数的梯形等效电路。
3.根据权利要求1所述的用于确定雷电冲击下变压器内部最大电场强度的计算方法，其特征在于，利用有限元电磁计算软件计算变压器内的场强分布。
4.根据权利要求1所述的用于确定雷电冲击下变压器内部最大电场强度的计算方法，其特征在于，当电压波峰在高压绕组上端时，其与调压绕组的距离最远，计算此时高压绕组与调压绕组间的场强分布；当电压波峰在高压绕组中部时，其与调压绕组的距离最近，计算此时高压绕组与调压绕组间的场强分布；当高压绕组各饼之间电压差均较大时，计算此时高压绕组上的场强分布，再将上述场强的计算结果进行对比，以确定雷电冲击下变压器内部最大的电场强度及其位置。
5.根据权利要求1所述的用于确定雷电冲击下变压器内部最大电场强度的计算方法，其特征在于，在建立高频条件下分布参数的梯形等效电路时，调压绕组处于最负分接状态。
6.一种用于确定雷电冲击下变压器内部最大电场强度的计算系统，其特征在于，包括：
构建模块，用于建立高频条件下变压器高低调压绕组分布参数的梯形等效电路；
计算模块，用于根据高频条件下变压器高低调压绕组分布参数的梯形等效电路，计算得到标准雷电冲击电压下绕组各饼的电压；
确定模块，用于将标准雷电冲击电压下绕组各饼的电压添加到变压器二维有限元模型中绕组的各饼上，再考虑电压波峰所处绕组位置，计算变压器内的场强分布，然后确定雷电冲击下变压器内部的最大电场强度及其位置。
7.根据权利要求6所述的用于确定雷电冲击下变压器内部最大电场强度的计算系统，其特征在于，建立高频条件下变压器高低调压绕组分布参数的梯形等效电路的具体过程为：
建立变压器二维有限元模型，根据变压器二维有限元模型计算得到线饼的纵向等值电容、对地电容以及电感参数；
根据线饼的纵向等值电容、对地电容以及电感参数利用电路仿真软件，建立高频条件下变压器高低调压绕组分布参数的梯形等效电路。
8.根据权利要求6所述的用于确定雷电冲击下变压器内部最大电场强度的计算系统，其特征在于，利用有限元电磁计算软件计算变压器内的场强分布。
9.根据权利要求6所述的用于确定雷电冲击下变压器内部最大电场强度的计算系统，其特征在于，当电压波峰在高压绕组上端时，其与调压绕组的距离最远，计算此时高压绕组与调压绕组间的场强分布；当电压波峰在高压绕组中部时，其与调压绕组的距离最近，计算此时高压绕组与调压绕组间的场强分布；当高压绕组各饼之间电压差均较大时，计算此时高压绕组上的场强分布，再将上述场强的计算结果进行对比，以确定雷电冲击下变压器内部最大的电场强度及其位置。
10.根据权利要求6所述的用于确定雷电冲击下变压器内部最大电场强度的计算系统，其特征在于，在建立高频条件下分布参数的梯形等效电路时，调压绕组处于最负分接状态。
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