紧凑型变压器重瓦斯保护误动预测方法和系统技术方案

本发明专利技术提供一种紧凑型变压器重瓦斯保护误动预测方法和系统，首先根据紧凑型变压器的结构参数建立1:1的三维耦合的有限元模型；然后通过流固耦合数值计算，仿真获取不同幅值的短路电流与变压器油流涌动的关系；再根据仿真结果预测紧凑型变压器是否发生重瓦斯误动作。该技术方案能够降低紧凑型变压器重瓦斯误动作事故发生的几率、提高紧凑型变压器运行可靠性。

【技术实现步骤摘要】
紧凑型变压器重瓦斯保护误动预测方法和系统
本专利技术涉及电气设备安全评估领域，特别是涉及一种紧凑型变压器重瓦斯保护误动预测方法和系统。
技术介绍
目前，电网紧凑型变压器时常发生本体重瓦斯保护误动，从而引起变压器跳闸，直接影响着电力系统的供电可靠性；根据系统运行经验，变压器瓦斯保护装置应能正确反映绕组匝间短路或内部绝缘电弧故障，其一旦误动必须彻底查清误动原因，验证变压器本体无故障后方可投运，这就增加了大量现场工作，因此必须采取措施杜绝重瓦斯保护误动作。运行经验表明，紧凑型变压器本体重瓦斯保护误动作主要是电网暂态冲击(突发短路)引起的。由于我国超高压和高压输电线路运行中，雷击引起的跳闸事故占总跳闸事故的40％～70％，尤其在像南方这样的多雷、土壤电阻率高、地形复杂的地区，雷击引起的跳闸率更高。当雷击引起绝缘子串闪络形成稳定工频电弧，短路电流较大时，对变电站内电气设备安全运行具有危害性，亦可能导致紧凑型变压器本体重瓦斯保护误动作。变压器因电网暂态冲击(突发短路)造成大面积电网停电，特别是与发电机直接相连的主变压器的损坏将迫使发电机停止发电，严重影响供电的可靠性，并造成巨大的经济损失。变压器绕组的损坏要在现场修复是很困准的。据统计，在1990～1996年期间，全国110kV及以上等级变压器共发生事故409台次，事故总容量为32306MVA.其中因电网暂态冲击损坏的变压器共124台次，容量8432MVA。统计结果表明，我国110kV及以上的变压器因电网暂态冲击引起的变压器损坏事故，己成为变压器事故的首要原因，且连年呈上升趋势。因此，为保证电网的安全运行，提高变压器运行的可靠性，必须要求变压器具有足够的抗短路能力才能减少由电网暂态冲击引起的一系列事故的发生。对于变压器本体重瓦斯保护误动这一热点技术问题，目前的研究通常是根据现场事故通过一系列规定的流程判断变压器重瓦斯保护动作的原因以及相应的处理方法，这是种被动的防治措施。而对于应用越来越广泛的紧凑型油浸式变压器，目前对于紧凑型油浸式变压器在电网暂态冲击下的重瓦斯误动作的机理，缺乏相应的研究成果，无法准确预测紧凑型变压器是否发生重瓦斯误动作及其形成机理，导致重瓦斯误动作事故发生的几率居高不下，影响了紧凑型变压器运行可靠性。
技术实现思路
基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种降低紧凑型变压器重瓦斯误动作事故发生的几率、提高运行可靠性的紧凑型变压器重瓦斯保护误动预测方法和系统。一种紧凑型变压器重瓦斯保护误动预测方法，包括如下步骤：根据紧凑型变压器的结构参数建立1:1的三维耦合的有限元模型；其中，所述有限元模型包括变压器铁心，以及高压线圈、低压线圈绕组；根据不同短路电流幅值对所述有限元模型进行流固耦合数值计算，获取不同幅值的短路电流与变压器油流涌动的关系；根据瓦斯继电器的动作限值，并利用短路电流与变压器油流涌动的关系预测紧凑型变压器是否发生重瓦斯误动作。一种紧凑型变压器重瓦斯保护误动预测系统，包括：建模模块，用于根据紧凑型变压器的结构参数建立1:1的三维耦合的有限元模型；其中，所述有限元模型包括变压器铁心，以及高压线圈、低压线圈绕组；分析模块，用于根据不同短路电流幅值对所述有限元模型进行流固耦合数值计算，获取不同幅值的短路电流与变压器油流涌动的关系；预测模块，用于根据瓦斯继电器的动作限值，并利用短路电流与变压器油流涌动的关系预测紧凑型变压器是否发生重瓦斯误动作。上述紧凑型变压器重瓦斯保护误动预测方法和系统，首先根据紧凑型变压器的结构参数建立1:1的三维耦合的有限元模型；然后通过流固耦合数值计算，仿真获取不同幅值的短路电流与变压器油流涌动的关系；再根据仿真结果预测紧凑型变压器是否发生重瓦斯误动作。该技术方案能够降低紧凑型变压器重瓦斯误动作事故发生的几率、提高紧凑型变压器运行可靠性。附图说明图1为本专利技术的紧凑型变压器重瓦斯保护误动预测方法流程图；图2为本专利技术实施例中紧凑型变压器的模型示意图；图3为本专利技术实施例铁芯三维磁密结果分布示意图；图4为本专利技术实施例紧凑型变压器的温度分布示意图；图5为本专利技术实施例紧凑型变压器的高压侧绕组电磁力矢量分布示意图；图6为本专利技术实施例紧凑型变压器内油流涌动的流速分布示意图；图7为本专利技术的紧凑型变压器重瓦斯保护误动预测系统结构示意图；图8为实施例的分析模块的结构示意图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术的紧凑型变压器重瓦斯保护误动预测方法和系统的具体实施方式作详细描述。参考图1所示，图1为本专利技术的紧凑型变压器重瓦斯保护误动预测方法流程图，包括如下步骤：S10，根据紧凑型变压器的结构参数建立1:1的三维耦合的有限元模型；其中，所述有限元模型包括变压器铁心，以及高压线圈、低压线圈绕组。通过建立三维耦合的有限元模型，紧凑型变压器模型的计算为对应三维时谐场问题，计算区域主要包含铁心、高低压线圈、空气隙等。其中，有限元模型的三维时谐场的控制方程和边界条件可以如下：采用A,A-φ法，在库伦(Coulumb)规范▽·A＝0条件下，时谐场微分控制方程为：对应的圆柱坐标系下的泊松方程的边值问题为：在整个求解区(2)铁心边界处(3)式中，μ是磁导率，A是矢量磁位，Js是线圈电流密度，r为圆柱坐标系下的半径。S20，根据不同短路电流幅值对所述有限元模型进行流固耦合数值计算，获取不同幅值的短路电流与变压器油流涌动的关系。具体的，在流固祸合的区域，流体对变压器绕组的压力改变了绕组振动的模态，而后者反过来影响流场的分布，在流固交界处流体和弹性体具有相同的速度和压力，这是进行流固祸合的物理条件。其中，所述短路电流与变压器油流涌动的关系包括：不同幅值的短路电流下引起的变压器绕组短路电磁力的大小、由电磁力引起的绕组振动变形和由绕组振动变形引起的变压器油流涌动的大小。在一个实施例中，步骤S20获取不同幅值的短路电流与变压器油流涌动的关系的步骤，可以包括如下：S201，根据所述有限元模型对在电网暂态冲击下变压器的漏磁场和绕组电磁力进行磁场分析，获得漏磁场和短路电磁力。作为一个实施例，S201具体可以包括如下过程：采取三维六边形网格对所述有限元模型相应体进行剖分；其中，对铁心部位以设定的加密剖分；根据需要施加电流的大小，计算出电流密度，作为加载条件进行加载并求解；通过对所述有限元模型的三维时谐场计算，得到铁心处的三维磁密分布。参考图2所示，图2为本专利技术实施例中紧凑型变压器的模型示意图；考虑到对变压器的三维时谐场的计算中，网格控制的好坏是提高计算结果精度的关键因素；因此，本实施例根据该变压器的结构特点，采取三维六边形网格对相应体进行剖分，对铁心等部位适当的加密剖分以保证铁心处的磁场分布计算精度。参考图3所示，图3为本专利技术实施例铁芯三维磁密结果分布示意图；根据需要施加电流的大小，计算出电流密度，作为加载条件进行加载并求解，通过对三维时谐场的计算，得到铁心处的磁密分布。S202，将所述漏磁场和短路电磁力作为加载条件进行结构分析，得到由电磁力的作用引起变压器绕组的变形及振动规律。其中结构分析：根据洛仑兹力法，可求解载流导体在磁场中所受电磁力：dF＝idl×B(4)式中:i为载流导体的电流，B为载流导体所在位置的磁通密度，dF为单元长度dl上的电磁力。有限元法中，单元的力密度可表示为:上式本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种紧凑型变压器重瓦斯保护误动预测方法，其特征在于，包括如下步骤：根据紧凑型变压器的结构参数建立1:1的三维耦合的有限元模型；其中，所述有限元模型包括变压器铁心，以及高压线圈、低压线圈绕组；根据不同短路电流幅值对所述有限元模型进行流固耦合数值计算，获取不同幅值的短路电流与变压器油流涌动的关系；根据瓦斯继电器的动作限值，并利用短路电流与变压器油流涌动的关系预测紧凑型变压器是否发生重瓦斯误动作。

【技术特征摘要】
1.一种紧凑型变压器重瓦斯保护误动预测方法，其特征在于，包括如下步骤：根据紧凑型变压器的结构参数建立1:1的三维耦合的有限元模型；其中，所述有限元模型包括变压器铁心，以及高压线圈、低压线圈绕组；根据不同短路电流幅值对所述有限元模型进行流固耦合数值计算，获取不同幅值的短路电流与变压器油流涌动的关系，包括不同幅值的短路电流下引起的变压器绕组短路电磁力的大小、由电磁力引起的绕组振动变形和由绕组振动变形引起的变压器油流涌动的大小；根据瓦斯继电器的动作限值，并利用短路电流与变压器油流涌动的关系预测紧凑型变压器是否发生重瓦斯误动作。2.根据权利要求1所述的紧凑型变压器重瓦斯保护误动预测方法，其特征在于，根据不同短路电流幅值对所述有限元模型进行流固耦合数值计算，获取不同幅值的短路电流与变压器油流涌动的关系的步骤包括：根据所述有限元模型对在电网暂态冲击下变压器的漏磁场和绕组电磁力进行磁场分析，获得漏磁场和短路电磁力；将所述漏磁场和短路电磁力作为加载条件进行结构分析，得到由电磁力的作用引起变压器绕组的变形及振动规律；将变压器绕组的变形及振动规律作为加载条件进行流固耦合分析，计算变压器绕组振动引起的紧凑型变压器的油流涌动，得到短路电流大小与油流涌动的关系。3.根据权利要求2所述的紧凑型变压器重瓦斯保护误动预测方法，其特征在于，根据所述有限元模型对在电网暂态冲击下变压器的漏磁场和绕组电磁力进行磁场分析，获得漏磁场和短路电磁力的步骤包括：采取三维六边形网格对所述有限元模型相应体进行剖分；其中，对铁心部位以设定的加密剖分；根据需要施加电流的大小，计算出电流密度，作为加载条件进行加载并求解；通过对所述有限元模型的三维时谐场计算，得到铁心处的三维磁密分布。4.根据权利要求2所述的紧凑型变压器重瓦斯保护误动预测方法，其特征在于，将所述漏磁场和短路电磁力作为加载条件进行结构分析，得到由电磁力的作用引起变压器绕组的变形及振动规律的步骤包括：根据热传递的原则，通过对所述有限元模型的变压器流体-温度场的计算，得到变压器的温度分布；通过场路耦合计算得到变压器的短路电流的大小；将短路电流的大小作为加载条件进行结构分析，得到在变压器的短路瞬态过程中各绕组短路时承受的瞬态电动力分布。5.根据权利要求4所述的紧凑型变压器重瓦斯保护误动预测方法，其特征在于，将变压器绕组的变形及振动规律作为加载条件进行流固耦合分析，计算变压器绕组振动引起的紧凑型变压器...

【专利技术属性】
技术研发人员：王俊波，罗容波，李雷，李国伟，徐鑫，刘少辉，陈贤熙，刘昊，李新，
申请(专利权)人：广东电网有限责任公司佛山供电局，
类型：发明
国别省市：广东;44