一种变压器短路冲击后绕组残余形变的计算方法技术

一种变压器短路冲击后绕组残余形变的计算方法，包括以下步骤：S1：在三维建模软件中输入电力变压器仿真计算的参数；S2：建立三维有限元几何模型；S3：将S2中的几何模型导入到ANSYSElectronicsDesktop；S4：搭建电力变压器三相对称短路故障模拟电路；S5：将故障模拟电路导入至S3的软件中，并计算出电力变压器的绕组、铁芯的磁通密度和所受的短路电动力的分布；S6：将S5中计算出的结果导入ANSYSWorkbench结构场中，然后进行瞬态动力学分析；S7：在上述S6的结构场中查看他的后处理结果，得出绕组经受短路电流冲击过后的残余形变数值。变数值。变数值。

【技术实现步骤摘要】
一种变压器短路冲击后绕组残余形变的计算方法


[0001]本专利技术涉及电磁
‑
结构耦合场的变压器绕组在经受短路电流冲击过后残余形变研究领域，特别涉及一种变压器短路冲击后绕组残余形变的计算方法。

技术介绍

[0002]电力变压器作为电力系统中不可或缺的设备，对电网的安全稳定运行起着至关重要的作用。近年来随着一大批老旧电力设备的长期使用，电力变压器短路故障时常发生，其绕组在经受短路电流冲击过后，容易发生轻微变形，虽然仍可运行，但为下次短路故障埋下安全隐患。在发生多次短路故障后，绕组因承受多次短路电流的冲击，轻微变形亦会累积为严重变形，甚至发生损坏。现有关于短路电流冲击下电力变压器绕组力累积形变特性的公开资料还多偏重于经验算法与定性分析，在理论层面上对绕组承载变形机理还缺乏足够认知，依靠现有计算方法难以有效预防和控制因绕组形变而引起的变压器故障。

技术实现思路

[0003]专利技术目的
[0004]针对现有技术中电力变压器在短路工况下由于漏磁场和短路电流大大增大而产生巨大的短路电动力，导致变压器绕组累积变形从而危害变压器安全运行的问题，本专利技术提供一种变压器短路冲击后绕组残余形变的计算方法，根据变压器实际的导线尺寸和排布，将导线分匝来建立变压器实际绕组的有限元力学分析模型，对各匝导线的磁场以及短路力进行分析，从而提高绕组形变量及应力分析的准确性。
[0005]一种变压器短路冲击后绕组残余形变的计算方法，包括以下步骤：
[0006]S1：在三维建模软件中输入电力变压器仿真计算的参数；
[0007]S2：根据变压器的实际尺寸，建立三维有限元仿真的几何模型；
[0008]S3：将S2中三维有限元仿真的几何模型导入到ANSYSElectronicsDesktop，输入变压器的铁芯和绕组材料参数；
[0009]S4：根据变压器的仿真计算的参数，搭建电力变压器三相对称短路故障模拟电路；
[0010]S5：将S4中的电力变压器三相对称短路故障模拟电路导入至ANSYSElectronics Desktop中，利用ANSYSElectronicsDesktop软件计算出电力变压器的绕组、铁芯的磁通密度和所受的短路电动力的分布；
[0011]S6：将S5中计算出的电力变压器的绕组、铁芯的磁通密度和所受的短路电动力的分布的结果全部导入到ANSYSWorkbench结构场中，完成有限元仿真前处理，然后进行瞬态动力学分析；
[0012]S7：在上述ANSYSWorkbench结构场中查看他的后处理结果，查看电力变压器绕组的位移变化折线图，并得出绕组经受短路电流冲击过后的残余形变数值。
[0013]作为上述方案的进一步描述，所述步骤S1中的三维建模软件为UgNx或solidworks。
[0014]作为上述方案的进一步描述，所述S2中变压器的三维有限元仿真的几何模型利用UgNx建模软件建立，变压器的铁芯根据硅钢片的叠加情况进行三维建模，所述变压器的中压绕组按照变压器中压绕组的线饼的层数来分层搭建，每层线饼之间的间距为3
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4mm，变压器的高压绕组等效成圆筒状。
[0015]作为上述方案的进一步描述，所述S3中设置ANSYSElectronicsDesktop的计算类型为瞬态场计算，设置变压器的材料，铁芯材料设置为30Q130硅钢片，绕组材料设置为copper，选择绕组的激励形式为外部激励。
[0016]作为上述方案的进一步描述，所述S4中搭建的三相对称短路故障模拟电路，所述三相对称短路故障模拟电路中A相对称短路故障模拟电路的变压器电压源与A相一次侧内阻R1中间加入通断开关s1；所述三相对称短路故障模拟电路中B相对称短路故障模拟电路的变压器电压源与B相一次侧内阻R2中间加入通断开关s2；所述三相对称短路故障模拟电路中C相对称短路故障模拟电路的变压器电压源与C相一次侧内阻R3中间加入通断开关s3。
[0017]作为上述方案的进一步描述，所述S6中在进行瞬态动力学分析前，要将三维有限元仿真的几何模型中导入垫块和撑条用以确定对绕组结构的支撑作用，其中撑条设置有多个，且多个所述撑条在铁芯的外壁沿周向间隔设置有多层；
[0018]所述中压绕组的线饼设置撑条上，形成沿高度方向排布的多层线饼；
[0019]所述撑条上还等距离间隔设置有垫块，所述垫块用以保证相邻上、下两层线饼之间的距离。
[0020]作为上述方案的进一步描述，所述S6中在ANSYSWorkbench中输入绕组材料参数，所述绕组材料参数包括密度、杨氏模量、泊松比和切线模量；接下来输入垫块和撑条的材料属性参数，所述材料属性参数包括密度、杨氏模量和泊松比。
[0021]作为上述方案的进一步描述，将所述S6中导入垫块和撑条的三维有限元仿真的几何模型导入到S7步骤的ANSYSWorkbench结构场中，给几何模型输入垫块和撑条的约束，并选择自动剖分网格，进行瞬态动力学分析。
[0022]优点及效果
[0023]1.在磁场计算方面，一饼导线中的磁场分布近似为线性分布，本方案采用电场
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磁场
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结构场耦合方式，通过控制开关通断来计算电力变压器绕组经受短路电流冲击过后的电磁力，再将计算的电磁力体积力密度导入到结构场计算软件中，这种电磁
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结构场直接耦合的方式计算较为准确。
[0024]2.本专利技术的变压器短路冲击后绕组残余形变的计算方法只需要观测最后稳定的值，即残余形变值，现有技术因缺少电力变压器一次侧的通断开关，导致电磁力会有波动，这对最后观测残余形变值存在很大影响，需要人为标记电磁力过零时的时刻点，再记录此时的形变值为残余形变值，本技术手段便解决了这个问题，对仿真的步长与步数要求很低，不需要在结构场中将短路电流过零时的时间节点标记，大大的节省了计算机计算资源。
[0025]3.本专利技术的变压器短路冲击后绕组残余形变的计算方法，因最后一次侧开关断开，待稳定后电力变压器设备处于断路状态，这时无短路电流影响，也就没有了短路电动力的波动，形变波动也消失，就可很直观的观测残余形变值。另外，因为只需要观测ANSYSWorkbench结构场中的残余形变值，可直接进行观测，不需要考虑绕组整个形变的过程，结果很直观。
附图说明
[0026]图1为本专利技术的变压器短路冲击后绕组残余形变的计算方法的流程图；
[0027]图2为本专利技术实施例的变压器的电磁场模型示意图；
[0028]图3为本专利技术实施例的搭建三相对称短路故障模拟电路的电路图；
[0029]图4为本专利技术实施例的绕组线饼模型示意图；
[0030]图5为本专利技术实施例的电力变压器在短路冲击后绕组的位移变化折线图。
[0031]附图标记说明
[0032]1‑
铁芯；2
‑
高压绕组；3
‑
中压绕组；4
‑
变压器电压源；5
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种变压器短路冲击后绕组残余形变的计算方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：在三维建模软件中输入电力变压器仿真计算的参数；S2：根据变压器的实际尺寸，建立三维有限元仿真的几何模型；S3：将S2中三维有限元仿真的几何模型导入到ANSYS Electronics Desktop，输入变压器的铁芯(1)和绕组材料参数；S4：根据变压器的仿真计算的参数，搭建电力变压器三相对称短路故障模拟电路；S5：将S4中的电力变压器三相对称短路故障模拟电路导入至ANSYS Electronics Desktop中，利用ANSYS Electronics Desktop软件计算出电力变压器的绕组、铁芯(1)的磁通密度和所受的短路电动力的分布；S6：将S5中计算出的电力变压器的绕组、铁芯(1)的磁通密度和所受的短路电动力的分布的结果全部导入到ANSYS Workbench结构场中，完成有限元仿真前处理，然后进行瞬态动力学分析；S7：在上述ANSYS Workbench结构场中查看他的后处理结果，查看电力变压器绕组的位移变化折线图，并得出绕组经受短路电流冲击过后的残余形变数值。2.根据权利要求1所述的变压器短路冲击后绕组残余形变的计算方法，其特征在于，所述步骤S1中的三维建模软件为Ug Nx或solidworks。3.根据权利要求1所述的变压器短路冲击后绕组残余形变的计算方法，其特征在于，所述S2中变压器的三维有限元仿真的几何模型利用Ug Nx建模软件建立，变压器的铁芯(1)根据硅钢片的叠加情况进行三维建模，所述变压器的中压绕组(3)按照变压器中压绕组的线饼(7)的层数来分层搭建，每层线饼之间的间距为3
‑
4mm，变压器的高压绕组(2)等效成圆筒状。4.根据权利要求1所述的变压器短路冲击后绕组残余形变的计算方法，其特征在于，所述S3中设置ANSYS Electronics Desktop的计算类型为瞬态场计算，设...

【专利技术属性】
技术研发人员：李岩，谢沛楠，于占洋，王雄博，孟天男，
申请(专利权)人：沈阳工业大学，
类型：发明
国别省市：