CN114330057A - 变压器抗短路能力可靠性测试方法、装置和计算机设备 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种变压器抗短路能力可靠性测试方法、装置和计算机设备。所述方法包括：获取变压器有限元仿真模型以及变压器有限元仿真模型在短路工况下的仿真结果，根据变压器有限元仿真模型以及仿真结果，确定变压器中线饼在短路工况下的电磁力，获取线饼在短路工况下的状态特征量的允许值、并根据线饼在短路工况下的电磁力，获取线饼在短路工况下的状态特征量的实际值，状态特征量表征变压器抗短路能力，获取短路工况下允许值与实际值的比值，并根据比值确定变压器的安全系数，安全系数与变压器抗短路能力的可靠性呈正相关。上述方案提供了一种定量确定变压器的抗短路能力可靠性的实施标准，可以实现准确、统一的变压器的抗短路能力可靠性测试。

Description

变压器抗短路能力可靠性测试方法、装置和计算机设备

技术领域

本申请涉及电力设备性能评估技术领域，特别是涉及一种变压器抗短路能力可靠性测试方法、装置、计算机设备、存储介质和计算机程序产品。

背景技术

目前，国家标准GB1094.5电力变压器第5部分关于电力变压器承受短路的能力对于判断变压器承受短路能力可靠性给出了附录理论评价方法，但是，该标准只给出了变压器抗短路能力的允许值算法，而未规范短路工况下的抗短路能力的实际值。同时，变压器制造能力、质量控制体系等非物理参数对此判断有一定的影响，导致此领域问题难以形成统一算法或计算平台。

多年来，电力变压器承受短路能力虽可通过突发短路试验的验证方式得到，但此方法存在资源消耗大，损伤程度无法监测与快速诊断修复的问题。故，关于变压器承受短路能力可靠性测试方式，行业多采用计算、设计与制造同步验证的方法，而相应的计算算法一直没有统一，未规范到统一平台，即使参数一致的变压器，使用不同的理论体系进行可靠性测试时，结论存在较大差异，甚至出现截然不同的结果。

因此，需要提供一种能够统一衡量变压器抗短路能力可靠性的测试方案。

发明内容

基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种能够统一衡量变压器抗短路能力可靠性的变压器抗短路能力可靠性测试方法、装置、计算机设备、计算机可读存储介质和计算机程序产品。

第一方面，本申请提供了一种变压器抗短路能力可靠性测试方法。所述方法包括：

获取变压器有限元仿真模型以及变压器有限元仿真模型在短路工况下的仿真结果；

根据变压器有限元仿真模型以及仿真结果，确定变压器中线饼在短路工况下的电磁力；

获取线饼在短路工况下的状态特征量的允许值、并根据线饼在短路工况下的电磁力，获取线饼在短路工况下的状态特征量的实际值，状态特征量表征变压器抗短路能力；

获取短路工况下允许值与实际值的比值，并根据比值确定变压器的安全系数，安全系数与变压器抗短路能力的可靠性呈正相关。

在其中一个实施例中，获取变压器有限元仿真模型包括：

获取变压器的结构参数和变压器在短路工况下的电气参数；

根据变压器的结构参数和变压器在短路工况下的电气参数，构建初始变压器有限元仿真模型；

分别按照不同的仿真计算方式，对初始变压器有限元仿真模型进行仿真计算，得到短路工况下的不同仿真结果；

对比不同仿真结果，根据不同仿真结果的对比结果，对初始变压器有限元仿真模型进行电气参数正确性验证，并将通过电气参数正确性验证的初始变压器有限元仿真模型确定为变压器有限元仿真模型。

在其中一个实施例中，仿真结果包括第一仿真计算方式对应的第一仿真结果和第二仿真计算方式对应的第二仿真结果；

根据不同仿真结果的对比结果，对初始变压器有限元仿真模型进行电气参数正确性验证包括：

采集第一仿真结果中的第一短路阻抗和第二仿真结果中的第二短路阻抗；

确定第一短路阻抗和第二短路阻抗的偏差；

若第一短路阻抗和第二短路阻抗的阻抗偏差小于或等于预设偏差阈值，则判定初始变压器有限元仿真模型通过电气参数正确性验证。

在其中一个实施例中，第一仿真结果包括静态场仿真结果，第二仿真结果包括频域场路耦合仿真模式结果。

在其中一个实施例中，获取线饼在短路工况下的状态特征量的允许值包括：

根据预定义的材料属性数据、预设状态特征量的允许值计算规则和变压器的结构参数，获取线饼在短路工况下的状态特征量的允许值；

根据线饼在短路工况下的电磁力，获取线饼在短路工况下的状态特征量的实际值包括：

根据线饼在短路工况下的电磁力、变压器的结构参数和材料属性数据，获取线饼在短路工况下的状态特征量的实际值。

在其中一个实施例中，短路工况包括多种类型的短路工况；线饼的数量为多个；

根据比值确定变压器的安全系数包括：

分别筛选各线饼在不同类型短路工况下对应的比值中的最小值，得到初始安全系数集合；

选取初始安全系数集合中的最小值，得到变压器的安全系数。

第二方面，本申请还提供了一种变压器抗短路能力可靠性测试装置。装置包括：

数据获取模块，用于获取变压器有限元仿真模型以及变压器有限元仿真模型在短路工况下的仿真结果；

电磁力确定模块，用于根据变压器有限元仿真模型以及仿真结果，确定变压器中线饼在短路工况下的电磁力；

状态特征量计算模块，用于获取线饼在短路工况下的状态特征量的允许值、并根据线饼在短路工况下的电磁力，获取线饼在短路工况下的状态特征量的实际值，状态特征量表征变压器抗短路能力；

抗短路能力可靠性测试模块，用于获取短路工况下允许值与实际值的比值，并根据比值确定变压器的安全系数，安全系数与变压器抗短路能力的可靠性呈正相关。

第三方面，本申请还提供了一种计算机设备。所述计算机设备包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现以下步骤：

获取变压器有限元仿真模型以及变压器有限元仿真模型在短路工况下的仿真结果；

根据变压器有限元仿真模型以及仿真结果，确定变压器中线饼在短路工况下的电磁力；

获取线饼在短路工况下的状态特征量的允许值、并根据线饼在短路工况下的电磁力，获取线饼在短路工况下的状态特征量的实际值，状态特征量表征变压器抗短路能力；

获取短路工况下允许值与实际值的比值，并根据比值确定变压器的安全系数，安全系数与变压器抗短路能力的可靠性呈正相关。

第四方面，本申请还提供了一种计算机可读存储介质。所述计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现以下步骤：

获取变压器有限元仿真模型以及变压器有限元仿真模型在短路工况下的仿真结果；

根据变压器有限元仿真模型以及仿真结果，确定变压器中线饼在短路工况下的电磁力；

获取线饼在短路工况下的状态特征量的允许值、并根据线饼在短路工况下的电磁力，获取线饼在短路工况下的状态特征量的实际值，状态特征量表征变压器抗短路能力；

获取短路工况下允许值与实际值的比值，并根据比值确定变压器的安全系数，安全系数与变压器抗短路能力的可靠性呈正相关。

第五方面，本申请还提供了一种计算机程序产品。所述计算机程序产品，包括计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现以下步骤：

获取变压器有限元仿真模型和变压器有限元仿真模型在每一短路工况下的仿真结果，变压器有限元仿真模型为通过电气参数正确性验证的模型，且基于变压器的结构参数和每一短路工况下的电气参数构建；

基于变压器有限元仿真模型，分别结合每一仿真结果，对应得到变压器的多个线饼在每一短路工况下的电磁力；

针对每一短路工况，获取各线饼的状态特征量的允许值、以及基于各电磁力得到的各线饼的状态特征量的实际值，状态特征量表征变压器抗短路能力；

确定每一短路工况下各线饼的状态特征量的允许值与实际值的比值，并根据比值确定变压器的安全系数，安全系数与变压器抗短路能力的可靠性呈正相关。

上述变压器抗短路能力可靠性测试方法、装置、计算机设备、存储介质和计算机程序产品，基于已成熟的有限元仿真技术构建了变压器有限元仿真模型，可保证基于该模型得到的有限元计算结果的正确性，进一步的，基于该模型计算出变压器的线饼在短路工况下的电磁力即受力，然后再根据电磁力计算出表征变压器承受短路能力的状态特征量的实际值，并计算出状态特征量的允许值，然后根据实际值与允许值的比值，定量判断变压器抗短路能力的可靠性。上述方案，提出了一种能够定量确定变压器的抗短路能力可靠性的实施标准，其准确测试线饼在短路工况下的受力情况，基于该受力情况定量判断变压器抗短路能力的可靠性，因此可以实现准确、统一的变压器的抗短路能力可靠性测试。

附图说明

图1为一个实施例中变压器抗短路能力可靠性测试方法的流程示意图；

图2为一个实施例中构建变压器有限元仿真模型步骤的流程示意图；

图3-1为另一个实施例中变压器抗短路能力可靠性判断标准平台使用的流程示意图；

图3-2为一个实施例中采用不同建模方式构建变压器有限元仿真模型的差异示意图；

图3-3为另一个实施例中有限元仿真计算的关键结果的示意图；

图4为另一个实施例中变压器抗短路能力可靠性测试方法的流程示意图；

图5为一个实施例中变压器抗短路能力可靠性测试装置的结构框图；

图6为一个实施例中计算机设备的内部结构图。

具体实施方式

为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

随着计算机仿真技术的发展与完善，有限元仿真技术的准确度已完全具备了工程应用条件，大型仿真软件在变压器电磁场求解技术上已相当成熟，当采用相同的变压器参数与短路冲击载荷时，不同仿真软件计算电磁场及受洛伦兹力结果差异较小，能满足工程判断精度。因此，本申请提出了基于有限元仿真技术的变压器抗短路能力可靠性测试方案。

在一个实施例中，如图1所示，提供了一种变压器抗短路能力可靠性测试方法，本实施例以该方法应用于终端进行举例说明，可以理解的是，该方法也可以应用于服务器，还可以应用于包括终端和服务器的系统，并通过终端和服务器的交互实现。本实施例中，该方法包括以下步骤：

步骤202，获取变压器有限元仿真模型以及变压器有限元仿真模型在短路工况下的仿真结果。

在实际应用中，可以是采用成熟的有限元仿真软件，如ANSYS或COMSOL，根据变压器的结构参数和电气参数构建变压器有限元仿真模型。其中，变压器的结构参数包括铁芯参数、绕组参数、线饼参数和导线参数等，电气参数包括电流或电压值等。仿真结果可以是针对短路工况，对变压器有限元仿真模型进行仿真计算，得到相应的仿真结果。具体的，仿真结果包括磁场能量、结点电压、漏磁、短路阻抗以及各绕组每个线饼的轴向洛伦兹力密度及幅向洛伦兹力密度等数据。

在另一个实施例中，短路工况可以是多种类型的短路工况，包括正常工况、最大工况、最小工况、额度工况或标定工况等)，在具体实施时，可以是针对每一短路工况，都单独构建变压器有限元仿真模型，并依据当前的短路工况，对变压器有限元仿真模型对应施加不同的电流或电压，然后对变压器有限元仿真模型进行仿真计算，得到了每一短路工况下的仿真结果。本实施例中获取的变压器有限元仿真模型为通过电气参数正确性验证后的模型，具体的，电气参数正确性验证包括对变压器有限元仿真模型进行几何模型检查(又称模型检查)和电气参数检查(简称参数检查)。其中几何模型进行检查，包括检查其铁心、铁轭的尺寸、绕组位置、调压线圈位置是否正确等。电气参数检查主要是验证变压器电压比、安匝平衡率和短路阻抗。验证有误的模型需要修改参数或重新填写，只有当几何检查与电气参数检查正确后才能进行后续操作与计算。具体的，电气参数检查在初始变压器有限元仿真模型通过模型检查之后进行，当该模型通过电气参数检查后，可认为初始变压器有限元仿真模型为正确的变压器有限元仿真模型。

步骤204，根据变压器有限元仿真模型以及仿真结果，确定变压器中线饼在短路工况下的电磁力。

本实施例中，电磁力可以是洛伦兹力，可以每一个线饼为基本单元进行数据计算与统计。具体的，可以是参考领域研究的通用方法，针对每一短路工况下、分别提取仿真各绕组每个线饼的轴向洛伦兹力密度及幅向洛伦兹力密度，然后，采用积分算法求和计算得出每一短路工况下的各线饼的电磁力即受力，然后，以此为基础进行后续的可靠性与安全性判断。

步骤206，获取线饼在短路工况下的状态特征量的允许值、并根据线饼在短路工况下的电磁力，获取线饼在短路工况下的状态特征量的实际值，状态特征量表征变压器抗短路能力。

状态特征量是基于国家标准提出的表征变压器抗短路能力的特征量，主要包括力与应力的类型，参见表1，其具体包括外绕组平均环形拉应力、多层式绕组平均压缩应力、轴向端部推力、导线纸绝缘和幅向垫块压缩应力以及公共压板压缩应力等等。本实施例中，允许值是指参考国家标准中给出的各状态特征量的允许值算法算出的值。实际值则是依据变压器有限元仿真模型计算出的洛伦兹力，计算出的状态特征量的实际值。同样的，在具体实施时，可针对每一短路工况，分别计算出各线饼的状态特征量的允许值和实际值。

步骤208，获取短路工况下允许值与实际值的比值，并根据比值确定变压器的安全系数，安全系数与变压器抗短路能力的可靠性呈正相关。

在计算每一短路工况下，各线饼的状态特征量的允许值和实际值之后，可以是将各线饼的状态特征量的允许值和实际值的比值，作为各线饼的安全系数。

具体的，以每一个线饼为单位计算状态特征量的实际值，其数组表达式为：

式中：WA、WB表示绕组A和绕组B，Amn表示绕组A第m个线饼第n个状态特征量的实际值，以此类推。

以每一个线饼为单位计算状态特征量的允许值，并与实际值对应建立对应数据库，以绕组A为例，数组表达式如下：

以绕组A为例，计算各线饼的安全系数：

K_WA＝[A_all]/A_act

式中：K_WA、[A_all]和A_act均为数组。

具体的，可以是以每个绕组为安全性判断主体，取绕组中每个线饼的最小安全系数为此绕组的安全系数。然后，基于各绕组的安全系数，筛选出最终的变压器的安全系数。本实施例中，若安全系数大于1，则可判定变压器的抗短路能力是合格的，否则，则判定为不合格。可以理解的是，在其他实施例中，安全系数的边界可根据实际情况修正与完善，且在不同项目中取值也可小幅提高，例如，在核电项目和特高压项目中，安全系数可适当提高为1.2，具体可根据实际情况而定，在此不做限定。

上述变压器抗短路能力可靠性测试方法中，基于已成熟的有限元仿真技术构建了变压器有限元仿真模型，可保证基于该模型得到的有限元计算结果的正确性，进一步的，基于该模型计算出变压器的线饼在短路工况下的电磁力即受力，然后再根据电磁力计算出表征变压器承受短路能力的状态特征量的实际值，并计算出状态特征量的允许值，然后根据实际值与允许值的比值，定量判断变压器抗短路能力的可靠性。上述方案，提出了一种能够定量确定变压器的抗短路能力可靠性的实施标准，其准确测试线饼在短路工况下的受力情况，基于该受力情况定量判断变压器抗短路能力的可靠性，因此可以实现准确、统一的变压器的抗短路能力可靠性测试。

表1变压器抗短路可靠性关键状态特征量统计表

如图2所示，在其中一个实施例中，获取变压器有限元仿真模型包括：

步骤222，获取变压器的结构参数和变压器在短路工况下的电气参数；

步骤242，根据变压器的结构参数和变压器在短路工况下的电气参数，构建初始变压器有限元仿真模型；

步骤262，分别按照不同的仿真计算方式，对初始变压器有限元仿真模型进行仿真计算，得到短路工况下的不同仿真结果；

步骤282，对比不同仿真结果，根据不同仿真结果的对比结果，对初始变压器有限元仿真模型进行电气参数正确性验证，并将通过电气参数正确性验证的初始变压器有限元仿真模型确定为变压器有限元仿真模型。

在实际操作中，需要针对每一短路工况，分别构建变压器有限元仿真模型，以便得到每一短路况下变压器的安全系数。具体的，变压器有限元仿真模型可以是基于以下方式得到：

1)采集数据。基于领域技术特点，参考标准及文献成果，建立能表征变压器承受短路能力的特征量关系元素参数表，并获取包括变压器的电气参数和结构参数，其中，电气参数包括待施加的电流或电压、容量等数据，结构参数包括铁心参数、绕组参数、线饼参数和导线参数等。具体的，数据的采集可采用统一的参数化采集系统，以减少算法参数输入定义产生的差异，参数化输入可采用直接输入、ECXCEL表格导入、XML格式导入等形式。

2)有限元仿真计算前处理。包括基于成熟的有限元仿真软件，针对每一短路工况，根据电气参数和结构参数，构建初始变压器有限元仿真模型，然后，对初始变压器有限元仿真模型进行有限元网格划分规划，材料属性定义、磁场和电路边界条件与载荷设置等。

具体实施时，选用COMSOL软件进行仿真，根据项目工程计算量，选择逐饼建模方式构建初始变压器有限元仿真模型，电磁模块使用二维轴对称场，定义材料属性包括定义铜和铁的相对磁导率、相对介电常数、杨氏模量等。除本实施例提到的逐饼建模方式外，还可根据项目工程计算量，选用分区建模方式构建初始变压器有限元仿真模型，两种方式模型差异见附图3-2。

3)有限元仿真计算。分别采用预设第一仿真计算方式和预设第二仿真计算方式，对针对每一短路工况下构建的初始变压器有限元仿真模型进行仿真计算，得到每一短路工况下的第一仿真结果和第二仿真结果。有限元计算时应采用COMSOL软件开发与使用的基本功能，包括软件使用、数据检查，参数化输入和自动生成报告等功能。软件使用流程包括参数填写、模型检查、参数检查、计算、结果查看和数据保存等功能，具体变压器承受短路能力可靠性判断标准平台使用流程见附图3-1。

4)电气参数正确性验证。对比第一仿真结果和第二仿真结果，根据对比结果对初始变压器有限元仿真模型进行电气参数正确性验证，并将通过电气参数正确性验证的初始变压器有限元仿真模型确定为变压器有限元仿真模型。

本实施例中，能够依照两种不同的仿真计算方式得到的仿真结果对初始初变压器有限元仿真模型进行电气参数正确性验证，能够简单有效地验证初始变压器有限元仿真模型的正确性，保证有限元计算的正确性。

在其中一个实施例中，仿真结果包括第一仿真计算方式对应的第一仿真结果和第二仿真计算方式对应的第二仿真结果；根据不同仿真结果的对比结果，对初始变压器有限元仿真模型进行电气参数正确性验证包括：采集第一仿真结果中的第一短路阻抗和第二仿真结果中的短路阻抗，确定第一短路阻抗和第二短路阻抗的偏差，若第一短路阻抗和第二短路阻抗的阻抗偏差小于或等于预设偏差阈值，则判定初始变压器有限元仿真模型通过电气参数正确性验证。

本实施例中，选用仿真结果中比较具有代表性的短路阻抗作为指标，对初始变压器有限元仿真模型进行电气参数正确性验证，具体的，可以是计算第一仿真结果中的第一短路阻抗和第二仿真结果中的短路阻抗的偏差，比较偏差是否大于预设偏差阈值如2％，若偏差小于或等于2％，则判定初始变压器有限元仿真模型通过电气参数正确性验证。同时，由于理论解析算法求解常规结构变压器短路阻抗偏差可控制在5％范围内，故可使用解析解与有限元仿真计算结果进行偏差比较，但此时偏差范围应适当放大，可选5％为正确性标准。可以理解的是，在其他实施例中，还可以选用仿真结果中的容量、结点电压或漏磁等作为指标，对初始变压器有限元仿真模型进行电气参数正确性验证，具体可以根据实际情况而定，在此不做限定。本实施例中，选取短路阻抗作为评判初始变压器有限元仿真模型的指标，能够更为准确且更具代表性。

在其中一个实施例中，第一仿真结果包括静态场仿真结果，第二仿真结果包括频域场路耦合仿真模式结果。

本实施例中，可以是对初始变压器有限元仿真模型进行静态场仿真计算和频域场路耦合仿真计算，得到静态场仿真结果和频域场路耦合仿真结果，进一步的，可以是采集静态场仿真结果的第一短路阻抗和频域场路耦合仿真结果的第二短路阻抗，将第一短路阻抗和第二短路阻抗进行对比，计算得到短路阻抗的偏差，若偏差小于或等于2％，则判定初始变压器有限元仿真模型通过模型正确性检查。本实施例中，同时使用静态场和频域场路耦合两种方式，以变压器的短路阻抗为电气参数的验证标准，能够更为准确地对模型正确性进行验证。

在其中一个实施例中，获取线饼在短路工况下的状态特征量的允许值包括：

根据预定义的材料属性数据、预设状态特征量的允许值计算规则和变压器的结构参数，获取线饼在短路工况下的状态特征量的允许值；

根据线饼在短路工况下的电磁力，获取线饼在短路工况下的状态特征量的实际值包括：

根据线饼在短路工况下的电磁力、变压器的结构参数和材料属性数据，获取线饼在短路工况下的状态特征量的实际值。

具体实施时，计算各线饼的状态特征量的允许值可以是根据国家标准中给出的允许值算法，结合变压器有限元模型的材料属性数据和变压器的结构参数，得到各线饼的状态特征量的允许值。计算各线饼的状态特征量的实际值可以是根据每一短路工况下的电磁力、变压器的结构参数和材料属性数据，计算得到各线饼的状态特征量的实际值。本实施例中，依据变压器有限元模型得到的电磁力，提供了一种标准的计算各线饼的状态特征量的实际值的方案。

在其中一个实施例中，短路工况包括多种类型的短路工况；线饼的数量为多个；根据比值确定变压器的安全系数包括：分别筛选各线饼在不同类型短路工况下对应的比值中的最小值，得到初始安全系数集合，选取初始安全系数集合中的最小值，得到变压器的安全系数。

在确定每一短路工况下，各线饼的状态特征量的实际值与允许值的比值后，取每一短路工况下，线饼的比值(安全系数)中的最小值，作为线饼所在绕组的安全系数即初始安全系数，得到每一短路工况下的初始安全系数集合，然后，归集取初始安全系数集合中的最小值作为最终的安全系数，即取所有短路工况下所有线饼的最小比值为变压器的安全系数。本实施例中，取所有短路工况下的线饼的最小安全系数作为变压器的安全系数，能够对变压器抗短路能力的可靠性做出更为精确的评估。

为了清楚地说明本申请提供的变压器抗短路能力可靠性测试方法，下面结合一个具体实施例和附图4进行说明，该实施例包括以下步骤：

(1)采集数据。获取数包括变压器的电气参数和结构参数，其中，电气参数包括待施加的电流或电压、容量等数据，结构参数包括铁心参数、绕组参数、线饼参数和导线参数等。具体的，数据的采集可采用统一的参数化采集系统，以减少算法参数输入定义产生的差异，参数化输入可采用直接输入、ECXCEL表格导入、XML格式导入等形式。

(2)有限元仿真计算前处理。选用COMSOL软件进行仿真，根据项目工程计算量，选择逐饼建模方式，结合变压器的结构参数和每一短路工况下的电气参数，构建对应的初始变压器有限元仿真模型，然后，对初始变压器有限元仿真模型进行有限元网格划分规划，材料属性定义、磁场和电路边界条件与载荷设置等。其中，电磁模块使用二维轴对称场，定义材料属性包括定义铜和铁的相对磁导率、相对介电常数、杨氏模量等。除本实施例提到的逐饼建模方式外，还可根据项目工程计算量，选用分区建模方式构建初始变压器有限元仿真模型，两种方式模型差异见附图3-2。

(3)有限元仿真计算。针对每一短路工况，对初始变压器有限元仿真模型进行稳态场仿真计算和频域场路耦合仿真计算，得到稳态场仿真结果和频域场路耦合仿真结果，然后，分别采集上述仿真结果中的短路阻抗。具体的，仿真计算中的关键结果示意图可参考图3-3。

(4)验证模型的正确性。对该模型进行几何检查后，将静态场计算算法与频域场路耦合算法得到的仿真结果中的短路阻抗进行对比，得到阻抗的偏差结果，当两者的阻抗的偏差小于或等于2％时，判断初始变压器有限元仿真模型是正确的，将正确的初始变压器有限元仿真模型确定为变压器有限元仿真模型投入后续的使用。

(5)提取洛伦兹力，根据领域研究通用方法，分别提取各绕组每个线饼的轴向洛伦兹力密度及幅向洛伦兹力密度，通过积分求和算法，计算得出每一短路工况下的线饼所受的电磁力，以此为基础进行后续的可靠性与安全性判断。当同时计算不同短路工况下的受力时，应独立建模赋值，计算电磁力。

(6)计算状态特征量的实际值。针对每一短路工况，以每一个线饼为基本单元进行数据统计，基于计算得到的洛伦兹力，结合变压器的结构参数和材料属性数据，计算每一个线饼的状态特征量的实际值。

(7)计算状态特征量的允许值计。针对每一短路工况以每一个线饼为单位，依据国家标准、材料属性数据及变压器的结构参数，计算各线饼与状态特征量对应的允许值，进一步的，与实际值对应建立数据库。

(8)确定安全系数。将允许值与实际值的比值确定为安全系数。以每个绕组为安全性判断主体，取绕组中每个线饼最小安全系数为此绕组的安全系数。然后，归集各短路工况下的各绕组的安全系数，选所有短路工况下的最小的绕组的安全系数作为变压器的安全系数。具体的，安全系数大于1则判定变压器抗短路能力是合格的。安全系数可根据实际情况修正，在不同项目中取值可小幅提高。进一步的，还可根据需要和关注点，将安全系数折算成耐受电流，以判断变压器安全性。

应该理解的是，虽然如上所述的各实施例所涉及的流程图中的各个步骤按照箭头的指示依次显示，但是这些步骤并不是必然按照箭头指示的顺序依次执行。除非本文中有明确的说明，这些步骤的执行并没有严格的顺序限制，这些步骤可以以其它的顺序执行。而且，如上所述的各实施例所涉及的流程图中的至少一部分步骤可以包括多个步骤或者多个阶段，这些步骤或者阶段并不必然是在同一时刻执行完成，而是可以在不同的时刻执行，这些步骤或者阶段的执行顺序也不必然是依次进行，而是可以与其它步骤或者其它步骤中的步骤或者阶段的至少一部分轮流或者交替地执行。

基于同样的发明构思，本申请实施例还提供了一种用于实现上述所涉及的变压器抗短路能力可靠性测试方法的变压器抗短路能力可靠性测试装置。该装置所提供的解决问题的实现方案与上述方法中所记载的实现方案相似，故下面所提供的一个或多个变压器抗短路能力可靠性测试装置实施例中的具体限定可以参见上文中对于变压器抗短路能力可靠性测试方法的限定，在此不再赘述。

在一个实施例中，如图5所示，提供了一种变压器抗短路能力可靠性测试装置，包括：数据获取模块510、电磁力确定模块520、状态特征量计算模块530和抗短路能力可靠性测试模块540，其中：

数据获取模块510，用于获取变压器有限元仿真模型以及变压器有限元仿真模型在短路工况下的仿真结果。

电磁力确定模块520，用于根据变压器有限元仿真模型以及仿真结果，确定变压器中线饼在短路工况下的电磁力。

状态特征量计算模块530，用于获取线饼在短路工况下的状态特征量的允许值、并根据线饼在短路工况下的电磁力，获取线饼在短路工况下的状态特征量的实际值，状态特征量表征变压器抗短路能力。

抗短路能力可靠性测试模块540，用于获取短路工况下允许值与实际值的比值，并根据比值确定变压器的安全系数，安全系数与变压器抗短路能力的可靠性呈正相关。

上述变压器抗短路能力可靠性测试装置，基于已成熟的有限元仿真技术构建了变压器有限元仿真模型，可保证基于该模型得到的有限元计算结果的正确性，进一步的，基于该模型计算出变压器的线饼在短路工况下的电磁力即受力，然后再根据电磁力计算出表征变压器承受短路能力的状态特征量的实际值，并计算出状态特征量的允许值，然后根据实际值与允许值的比值，定量判断变压器抗短路能力的可靠性。上述方案，提出了一种能够定量确定变压器的抗短路能力可靠性的实施标准，其准确测试线饼在短路工况下的受力情况，基于该受力情况定量判断变压器抗短路能力的可靠性，因此可以实现准确、统一的变压器的抗短路能力可靠性测试。

在其中一个实施例中，数据获取模块510还用于获取变压器的结构参数和变压器在短路工况下的电气参数，根据变压器的结构参数和变压器在短路工况下的电气参数，构建初始变压器有限元仿真模型，分别按照不同的仿真计算方式，对初始变压器有限元仿真模型进行仿真计算，得到短路工况下的不同仿真结果，对比不同仿真结果，根据不同仿真结果的对比结果，对初始变压器有限元仿真模型进行电气参数正确性验证，并将通过电气参数正确性验证的初始变压器有限元仿真模型确定为变压器有限元仿真模型。

在其中一个实施例中，数据获取模块510还用于采集第一仿真结果中的第一短路阻抗和第二仿真结果中的短路阻抗，确定第一短路阻抗和第二短路阻抗的偏差，若第一短路阻抗和第二短路阻抗的阻抗偏差小于或等于预设偏差阈值，则判定初始变压器有限元仿真模型通过电气参数正确性验证。

在其中一个实施例中，状态特征量计算模块530还用于根据预定义的变压器有限元模型的材料属性数据、预设的状态特征量的允许值计算规则和变压器的结构参数，获取线饼在短路工况下的状态特征量的允许值，根据电磁力、变压器的结构参数和材料属性数据，获取线饼在短路工况下的状态特征量的允许值。

在其中一个实施例中，抗短路能力可靠性测试模块540还用于分别筛选各线饼在不同类型短路工况下对应的比值中的最小值，得到初始安全系数集合，选取初始安全系数集合中的最小值，得到变压器的安全系数。

上述变压器抗短路能力可靠性测试装置中的各个模块可全部或部分通过软件、硬件及其组合来实现。上述各模块可以硬件形式内嵌于或独立于计算机设备中的处理器中，也可以以软件形式存储于计算机设备中的存储器中，以便于处理器调用执行以上各个模块对应的操作。

在一个实施例中，提供了一种计算机设备，该计算机设备可以是终端，其内部结构图可以如图6所示。该计算机设备包括通过系统总线连接的处理器、存储器、通信接口、显示屏和输入装置。其中，该计算机设备的处理器用于提供计算和控制能力。该计算机设备的存储器包括非易失性存储介质、内存储器。该非易失性存储介质存储有操作系统和计算机程序。该内存储器为非易失性存储介质中的操作系统和计算机程序的运行提供环境。该计算机设备的通信接口用于与外部的终端进行有线或无线方式的通信，无线方式可通过WIFI、移动蜂窝网络、NFC(近场通信)或其他技术实现。该计算机程序被处理器执行时以实现一种变压器抗短路能力可靠性测试方法。该计算机设备的显示屏可以是液晶显示屏或者电子墨水显示屏，该计算机设备的输入装置可以是显示屏上覆盖的触摸层，也可以是计算机设备外壳上设置的按键、轨迹球或触控板，还可以是外接的键盘、触控板或鼠标等。

本领域技术人员可以理解，图6中示出的结构，仅仅是与本申请方案相关的部分结构的框图，并不构成对本申请方案所应用于其上的计算机设备的限定，具体的计算机设备可以包括比图中所示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者具有不同的部件布置。

在其中一个实施例中，提供了一种计算机设备，包括存储器和处理器，存储器中存储有计算机程序，该处理器执行计算机程序时实现上述变压器抗短路能力可靠性测试方法中的步骤。

在其中一个实施例中，提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现上述变压器抗短路能力可靠性测试方法中的步骤。

在其中一个实施例中，提供了一种计算机程序产品，包括计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现上述变压器抗短路能力可靠性测试方法中的步骤。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一非易失性计算机可读取存储介质中，该计算机程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，本申请所提供的各实施例中所使用的对存储器、数据库或其它介质的任何引用，均可包括非易失性和易失性存储器中的至少一种。非易失性存储器可包括只读存储器(Read-OnlyMemory，ROM)、磁带、软盘、闪存、光存储器、高密度嵌入式非易失性存储器、阻变存储器(ReRAM)、磁变存储器(Magnetoresistive Random Access Memory，MRAM)、铁电存储器(Ferroelectric Random Access Memory，FRAM)、相变存储器(Phase Change Memory，PCM)、石墨烯存储器等。易失性存储器可包括随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)或外部高速缓冲存储器等。作为说明而非局限，RAM可以是多种形式，比如静态随机存取存储器(Static Random Access Memory，SRAM)或动态随机存取存储器(Dynamic RandomAccess Memory，DRAM)等。本申请所提供的各实施例中所涉及的数据库可包括关系型数据库和非关系型数据库中至少一种。非关系型数据库可包括基于区块链的分布式数据库等，不限于此。本申请所提供的各实施例中所涉及的处理器可为通用处理器、中央处理器、图形处理器、数字信号处理器、可编程逻辑器、基于量子计算的数据处理逻辑器等，不限于此。

以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本申请专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种变压器抗短路能力可靠性测试方法，其特征在于，所述方法包括：

获取变压器有限元仿真模型以及所述变压器有限元仿真模型在短路工况下的仿真结果；

根据所述变压器有限元仿真模型以及所述仿真结果，确定变压器中线饼在短路工况下的电磁力；

获取所述线饼在短路工况下的状态特征量的允许值、并根据所述线饼在短路工况下的电磁力，获取所述线饼在短路工况下的状态特征量的实际值，所述状态特征量表征变压器抗短路能力；

获取短路工况下所述允许值与实际值的比值，并根据所述比值确定所述变压器的安全系数，所述安全系数与所述变压器抗短路能力的可靠性呈正相关。

2.根据权利要求1所述的变压器抗短路能力可靠性测试方法，其特征在于，获取所述变压器有限元仿真模型包括：

获取所述变压器的结构参数和所述变压器在短路工况下的电气参数；

根据所述变压器的结构参数和所述变压器在短路工况下的电气参数，构建初始变压器有限元仿真模型；

分别按照不同的仿真计算方式，对所述初始变压器有限元仿真模型进行仿真计算，得到短路工况下的不同仿真结果；

对比所述不同仿真结果，根据所述不同仿真结果的对比结果，对所述初始变压器有限元仿真模型进行电气参数正确性验证，并将通过电气参数正确性验证的初始变压器有限元仿真模型确定为所述变压器有限元仿真模型。

3.根据权利要求2所述的变压器抗短路能力可靠性测试方法，其特征在于，所述仿真结果包括第一仿真计算方式对应的第一仿真结果和第二仿真计算方式对应的第二仿真结果；

所述根据不同仿真结果的对比结果，对所述初始变压器有限元仿真模型进行电气参数正确性验证包括：

采集所述第一仿真结果中的第一短路阻抗和所述第二仿真结果中的第二短路阻抗；

确定所述第一短路阻抗和所述第二短路阻抗的偏差；

若所述第一短路阻抗和所述第二短路阻抗的阻抗偏差小于或等于预设偏差阈值，则判定所述初始变压器有限元仿真模型通过电气参数正确性验证。

4.根据权利要求3所述的变压器抗短路能力可靠性测试方法，其特征在于，所述第一仿真结果包括静态场仿真结果，所述第二仿真结果包括频域场路耦合仿真模式结果。

5.根据权利要求2至4任意一项所述的变压器抗短路能力可靠性测试方法，其特征在于，

所述获取所述线饼在短路工况下的状态特征量的允许值包括：

根据预定义的材料属性数据、预设所述状态特征量的允许值计算规则和所述变压器的结构参数，获取所述线饼在短路工况下的状态特征量的允许值；

根据所述线饼在短路工况下的电磁力，获取所述线饼在短路工况下的状态特征量的实际值包括：

根据所述线饼在短路工况下的电磁力、所述变压器的结构参数和所述材料属性数据，获取所述线饼在短路工况下的状态特征量的实际值。

6.根据权利要求1至4任意一项所述的变压器抗短路能力可靠性测试方法，其特征在于，所述短路工况包括多种类型的短路工况；所述线饼的数量为多个；

根据所述比值确定所述变压器的安全系数包括：

分别筛选各所述线饼在不同类型短路工况下对应的比值中的最小值，得到初始安全系数集合；

选取所述初始安全系数集合中的最小值，得到所述变压器的安全系数。

7.一种变压器抗短路能力可靠性测试装置，其特征在于，所述装置包括：

数据获取模块，用于获取变压器有限元仿真模型以及所述变压器有限元仿真模型在短路工况下的仿真结果；

电磁力确定模块，用于根据所述变压器有限元仿真模型以及所述仿真结果，确定变压器中线饼在短路工况下的电磁力；

状态特征量计算模块，用于获取所述线饼在短路工况下的状态特征量的允许值、并根据所述线饼在短路工况下的电磁力，获取所述线饼在短路工况下的状态特征量的实际值，所述状态特征量表征变压器抗短路能力；

抗短路能力可靠性测试模块，用于获取短路工况下所述允许值与实际值的比值，并根据所述比值确定所述变压器的安全系数，所述安全系数与所述变压器抗短路能力的可靠性呈正相关。

8.一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现权利要求1至6中任一项所述的方法的步骤。

9.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1至6中任一项所述的方法的步骤。

10.一种计算机程序产品，包括计算机程序，其特征在于，该计算机程序被处理器执行时实现权利要求1至6中任一项所述的方法的步骤。

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