一种用于极寒条件下变压器短路动稳定性评估方法技术

一种极寒条件下变压器短路动稳定性评估方法，对220kV～750kV电力变压器建立场路耦合模型；在短路冲击作用下，分析场路耦合模型中变压器瞬态漏磁场分布，然后结合极寒条件下变压器绕组及垫块机械特性随温度的变化规律以及垫块受力后的累积效应，计算绕组轴向位移以及应力分布，从而得到绕组最大应力、最大轴向位移随温度的变化曲线，通过与国标GB1094.5‑2008、铜导线的屈服强度值随温度的变化关系进行对比，完成极寒条件下变压器抗短路能力的评估。本发明专利技术由于考虑了长时间低温对变压器绕组材料性能的影响，所以能够更准确的对极寒条件下变压器的动稳定性进行评估。本发明专利技术可直接应用于实际系统中，具有较强的实用性。

A method for evaluating short circuit dynamic stability of transformer under extreme cold condition

An extremely cold conditions of transformer short-circuit dynamic stability evaluation method for 220kV ~ 750kV power transformer based on field circuit coupled model; short-circuit impact analysis, field circuit coupled model of transformer transient leakage magnetic field distribution, and then combined with the extreme cold conditions of transformer winding and block mechanical properties with temperature variation and cumulative effect block after loading, calculation of winding axial displacement and stress distribution, so as to obtain winding maximum stress and axial displacement versus temperature curve, compared the temperature dependence of the yield strength value by 2008, with the national standard GB1094.5 copper wire, assessment of transformer under arctic conditions of the anti short circuit ability. The invention considers the influence of long time low temperature on the material performance of transformer windings, so the dynamic stability of the transformer under the extreme cold condition can be evaluated more accurately. The invention can be directly applied to the actual system and has stronger practicability.

【技术实现步骤摘要】
一种用于极寒条件下变压器短路动稳定性评估方法
本专利技术属于电力变压器
，涉及的是一种用于极寒条件下变压器短路动稳定性评估方法。
技术介绍
随着国家“一带一路”战略的不断推进，电力变压器在高纬度、极寒地区应用范围必将越来越大。然而极寒温度会对变压器绝缘材料和绕组的机械性能和电气性能产生影响，破坏变压器的动热稳定性，影响变压器的安全运行。经统计分析，电力变压器故障的原因中，70％由其动稳定及热稳定受到不同程度破坏所导致。目前行业内对变压器的抗短路能力及过载能力已有成熟的研究，但对于极寒条件下的变压器抗短路及过负荷能力研究较少。为了能够比较准确地掌握变压器内部绕组的健康状态，尽早发现变压器故障隐患和实现变压器状态检修，有必要对变压器短路时绕组动稳定性评估方法进行深入研究。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种极寒条件下变压器短路动稳定性评估方法，可直接应用于实际系统中，具有较强的实用性。为实现上述目的，本专利技术是通过以下技术方案来实现：一种极寒条件下变压器短路动稳定性评估方法，对220kV～750kV电力变压器建立场路耦合模型；在短路冲击作用下，分析场路耦合模型中变压器瞬态漏磁场分布，然后结合极寒条件下变压器绕组及垫块机械特性随温度的变化规律以及垫块受力后的累积效应，计算绕组轴向位移以及应力分布；在绕组轴向位移和应力分布基础上，得到绕组最大应力、最大轴向位移随温度的变化曲线，通过与国标GB1094.5-2008、铜导线的屈服强度值随温度的变化关系进行对比，完成极寒条件下变压器抗短路能力的评估。本专利技术进一步的改进在于，极寒条件下变压器绕组及垫块机械特性随温度的变化规律通过以下过程得到：利用拉压试验机和动态热机械分析仪对不同温度下的绕组及垫块材料进行力学特性的试验，得到垫块的弹性模量随温度变化曲线和绕组弹性模量随温度变化曲线。本专利技术进一步的改进在于，垫块受力后的累积效应，具体是利用拉压试验机对垫块进行多次循环加压，获得加载次数与垫块形变的关系。本专利技术进一步的改进在于，通过采用有限元软件建立场路耦合模型。本专利技术进一步的改进在于，在短路冲击作用下，分析场路耦合模型中变压器瞬态漏磁场分布的具体过程为：首先，计算短路时变压器短路电流值，然后通过有限元软件计算变压器瞬态漏磁场分布。本专利技术进一步的改进在于，通过ANSYS有限元软件的APDL开发功能计算绕组轴向应力分布。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益的技术效果：本专利技术根据实验测得极寒条件下变压器材料绕组及垫块机械特性随温度的变化规律及垫块受力后的累积效应，对220kV-750kV电力变压器建立场路耦合模型，计算短路时变压器内部的瞬态漏磁场分布。利用漏磁场分布的结果，研究了不同分接开关下变压器绕组不同位置的轴向位移和应力分布规律，然后结合不同温度下绕组材料和垫块材料的力学特性，对不同温度下的绕组的轴向位移和应力分布进行研究，得到绕组最大应力、最大轴向位移随温度的变化曲线，通过与国标GB1094.5-2008、铜导线的屈服强度值随温度的变化关系进行对比，从而进行极寒条件下变压器抗短路能力的评估。在极寒条件下，变压器的绕组、绝缘垫块参数与常温情况不同，长时间的低温以及力的累积效应也会对绕组和垫块的机械特性造成变化。具体的，长时间的低温会使得垫块和导线的弹性模量变小，绕组铜导线的屈服强度增大。这些变化对于分析绕组及垫块所受应力和位移都会造成很大的影响，这可能会造成对变压器动稳定性评估时的误差。所以分析绕组及垫块在极寒条件下材料属性的变化，对于分析极寒条件下变压器绕组动稳定性具有重要意义。在长时间低温环境下，绕组铜导线的屈服强度将发生变化。在一定温度下，根据该温度对应的材料力学性能参数，对绕组进行有限元分析计算后，可得到该温度下应力分布，运用不同温度下铜导线的屈服强度，可对绕组动稳定性进行准确评估。本专利技术由于考虑了长时间低温对变压器绕组材料性能的影响，所以能够更准确的对极寒条件下变压器的动稳定性进行评估。本专利技术可直接应用于实际系统中，具有较强的实用性。进一步的，本专利技术中的垫块受力后的累积效应主要是指力的累积效应，具体是利用拉压试验机对垫块进行多次循环加压，获得加载次数与垫块形变的关系，通过该曲线，可以为垫块在多次短路电动力多用后的变形量进行准确计算，进而对绕组动稳定性进行评估。由于长时间的低温会使垫块和铜导线的弹性模量变小，当变压器突发短路时，绕组的位移及应力分布将受到较大影响。在多次力的作用下，垫块的厚度减小，绕组松动，轴向预紧力降低，位移将增大，所以需要考虑垫块受力后的累积效应。附图说明图1为垫块弹性模量与温度之间的关系。图2为铜导线弹性模量随温度变化图。图3为加载次数与垫块形变的关系。图4为变压器瞬态漏磁场分布。图5为绕组在-70℃时的轴向位移和应力分布，其中，(a)为位移，(b)为应力。图6为绕组在90℃时的轴向位移和应力分布，其中，(a)为位移，(b)为应力。图7为绕组最大轴向位移随温度的变化曲线。图8为绕组最大应力随温度的变化曲线。图9为本专利技术方法的流程图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术进行详细说明。参见图9，本专利技术的一种极寒条件下变压器绕组动稳定性评估方法，包括下述步骤：对220kV-750kV电力变压器采用有限元软件建立场路耦合模型；在短路冲击作用下，首先，计算短路时变压器短路电流值，然后通过有限元软件计算变压器瞬态漏磁场分布，然后利用拉压试验机和动态热机械分析仪对不同温度下的绕组及垫块材料进行力学特性的试验，得到垫块的弹性模量随温度变化曲线和绕组弹性模量随温度变化曲线；利用拉压试验机对垫块进行多次循环加压，获得加载次数与垫块形变的关系，即垫块受力后的累积效应；结合极寒条件下变压器绕组及垫块机械特性随温度的变化规律以及垫块受力后的累积效应，通过ANSYS软件的APDL开发功能计算绕组轴向应力分布；在绕组轴向位移和应力分布基础上，得到绕组最大应力、最大轴向位移随温度的变化曲线，通过与国标GB1094.5-2008、铜导线的屈服强度值随温度的变化关系进行对比，完成极寒条件下变压器抗短路能力的评估。下面通过一个实施例对本专利技术的步骤进行详细说明。S01、通过试验得到变压器材料的机械特性随温度变化的规律。利用MTS拉压试验机和动态热机械分析仪DMA对不同温度的绕组及垫块材料进行力学特性的试验，得到垫块的弹性模量随温度变化(如图1所示)和铜导线弹性模量随温度变化曲线，如图2所示。S02、垫块受力后的累积效应，具体是利用MTS858拉压试验机对垫块进行0-5MPa循环加压11次，获得加载次数与垫块形变的关系，即得到垫块受力后的累积效应，如图3所示。S03、以某型330kV变压器为例，通过ANSYS有限元软件建立场路耦合模型。S04、在短路冲击作用下，分析场路耦合模型中变压器瞬态漏磁场分布的具体过程包括：首先，计算短路时变压器短路电流值，然后通过ANSYS有限元软件计算变压器瞬态漏磁场分布，如图4所示。短路电流值如表1：表1短路电流值S05、根据变压器瞬态漏磁场分布，利用ANSYS有限元软件的APDL开发功能，结合极寒条件下变压器材料机械特性随温度的变化规律以及垫块受力后的累积效应，计算变压器绕组不同位置的轴向位移、应力分布。在绕组轴向瞬态位移和应力分布基础上，对本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种极寒条件下变压器短路动稳定性评估方法，其特征在于，对220kV～750kV电力变压器建立场路耦合模型；在短路冲击作用下，分析场路耦合模型中变压器瞬态漏磁场分布，然后结合极寒条件下变压器绕组及垫块机械特性随温度的变化规律以及垫块受力后的累积效应，计算绕组轴向位移以及应力分布；在绕组轴向位移和应力分布基础上，得到绕组最大应力、最大轴向位移随温度的变化曲线，通过与国标GB1094.5‑2008、铜导线的屈服强度值随温度的变化关系进行对比，完成极寒条件下变压器抗短路能力的评估。

【技术特征摘要】
1.一种极寒条件下变压器短路动稳定性评估方法，其特征在于，对220kV～750kV电力变压器建立场路耦合模型；在短路冲击作用下，分析场路耦合模型中变压器瞬态漏磁场分布，然后结合极寒条件下变压器绕组及垫块机械特性随温度的变化规律以及垫块受力后的累积效应，计算绕组轴向位移以及应力分布；在绕组轴向位移和应力分布基础上，得到绕组最大应力、最大轴向位移随温度的变化曲线，通过与国标GB1094.5-2008、铜导线的屈服强度值随温度的变化关系进行对比，完成极寒条件下变压器抗短路能力的评估。2.根据权利要求1中所述的一种极寒条件下变压器短路动稳定性评估方法，其特征在于，极寒条件下变压器绕组及垫块机械特性随温度的变化规律通过以下过程得到：利用拉压试验机和动态热机械分析仪对不同温度下的绕组及垫块材料进行力学特性的试验，得到垫块...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗汉武，陈连凯，来文清，姜国义，孙广，蔡炜，聂德鑫，刘海波，程林，罗传仙，崔士刚，马金玉，冯振华，许正超，屈国民，王曙鸿，王爽，郭泽，
申请(专利权)人：国网内蒙古东部电力有限公司检修分公司，国网内蒙古东部电力有限公司，国网电力科学研究院武汉南瑞有限责任公司，西安交通大学，
类型：发明
国别省市：内蒙古,15