【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于变压器，提出一种基于电磁-机械耦合原理的变压器三相不平衡运行绕组振动模-态特征分析方法。
技术介绍
1、
2、当变压器处于三相不平衡模式时，箱体由于振动传递及扩散问题的影响，外壳采集信号很难有效反映变压器内部绕组真实的振动情况。变压器不平衡运行模式对绕组的危害不容忽视，但目前关于不平衡运行状态下绕组电流、内部漏磁及振动特性并未做系统深入的研究。
技术实现思路
1、本专利技术所要解决的技术问题是：提供一种变压器三相不平衡运行绕组振动模-态特征分析方法用于解决现有技术中关于不平衡运行状态下绕组电流、内部漏磁及振动特性均未做过系统深入研究的技术问题。
2、一种变压器三相不平衡运行绕组振动模-态特征分析方法，包括以下步骤，且以下步骤顺次进行，
3、步骤一、变压器三相不平衡模式状态方程计算
4、建立△/y变压器三相不平衡模-态分析状态方程为：
5、
6、式中：x(t,s,α)为系统状态变量，包含电流矩阵i和电感矩阵l；u(t,s,α)为系统输入变量，包括交流电流向量及模-态控制参数矩阵，其中电流向量为正弦激励，模-态控制参数包括不平衡运行模式参数s及不平衡度α；x′(t,s,α)、y(t,s,α)均为输出变量，主要包含电路参量、磁场及机械场量；o(t,s,α)、r(t,s,α)、p(t,s,α)、q(t,s,α)为系数矩阵；
7、定义变压器不平衡度α公式：
8、
9、式中
10、当不平衡相电流增加时α为正，变压器的运行模式为s1；
11、当不平衡相电流减小时α为负，变压器的运行模式为s2；
12、变压器正常运行，三相电流幅值一致，变压器的运行模式为s0；
13、步骤二、电磁-机械耦合模型构建
14、1)建立变压器绕组电磁模型，该模型包括磁场模型和电路模型
15、变压器绕组电磁模型中三维非线性磁场的伽辽金加权余量形式为：
16、
17、式中μ为磁导率，j为电流密度，mp为权函数序列，mq为基函数序列，其中p、q分别为对应的序列编号；已知任意时刻电流ik，将加权余量方程离散形成磁场模型代数方程组，求解可得q序列编号下的磁矢势分量aq，进而求得磁通密度b：
18、b＝▽×a
19、其中，a是总的磁矢势；
20、将变压器绕组电磁模型中的时域电路模型简化为：
21、
22、式中，ia、ib、ic为原边绕组电流，ia、ib、ic为副边绕组电流，r1为原边绕组电阻、r2为副边绕组电阻，la、lb、lc为原边绕组自感，la、lb、lc为副边绕组自感，ua、ub、uc为原边端口电压，ua、ub、uc为副边端口电压，maa、mbb、mcc为各相绕组原副边互感；
23、2)建立绕组轴向振动模型
24、将绕组轴向振动过程模拟为由弹性联系的质量块所组成的绕组质量-弹簧-阻尼系统，建立绕组轴向机械振动动力学模型：
25、
26、式中，n为线饼数量；m为单个线饼质量；c为阻尼系数；kf、ke分别为首、末端垫块刚度系数；g为线饼总重力；f(t)为绕组动态电磁力荷载矢量；g(t)表示绕组节点加速度矢量，为位移矢量二阶导数；v(t)表示绕组节点速度矢量，为位移矢量一阶导数；s(t)表示绕组节点位移矢量；其中c、kf、ke由变压器结构、材料及预紧力决定；
27、计算绕组单元的电磁力f：
28、
29、式中，np为单个线饼绕组总单元数，u为单个线饼绕组体积；
30、根据振动位移s计算轴向振动加速度g：
31、g＝d2s/dt2；
32、式中，d为一次求导符号、t为时间；
33、步骤三、电磁-机械耦合迭代计算过程
34、基于电磁耦合的电磁-机械顺序耦合步骤如下：
35、①仿真绕组受力时域过程并完成电磁计算，提取仿真励磁电流、电压、主磁通、漏磁通、电磁力数据，以时间为标签存储动态信息，形成电磁动态库,通过电磁动态库链接，以时间点为索引，检索tk时刻绕组各单元的电磁信息，并计算得出tk时刻绕组单元的电磁力；
36、②求解绕组振动分布情况
37、将tk时刻绕组单元的电磁力施加到绕组轴向机械振动动力学模型的对应构件位置作为激励，求解此时绕组的振动加速度gk，将gk存储至机械振动数据库，并进入下一时刻gk+1的计算和存储；
38、③通过电磁动态库链接循环检索时间点，直至结束；
39、④根据时间索引合并电磁动态库链接与机械振动数据库，建立动态信息库；
40、进而获得变压器三相不同运行模-态下绕组电流、内部磁密分布、绕组振动特性规律，至此，变压器三相不平衡运行绕组振动模-态特征分析完成。
41、通过上述设计方案，本专利技术可以带来如下有益效果：
42、本专利技术针对变压器三相不平衡问题，提出一种基于电磁耦合原理建立变压器三相不平衡模-态分析数学模型，循环迭代求解三维非线性磁场模型和时域电路模型，实现电磁间接耦合，将电磁耦合计算结果作为绕组振动激励源，实现“电磁-机械”耦合。通过磁场模型计算绕组单元电磁力f，根据振动位移s计算绕组振动加速度，分析绕组振动特性，总结绕组电流、内部磁密分布、绕组振动特性规律。通过搭建模块化动模实验平台对仿真结果及本专利技术所提方法进行验证，验证了本方法正确、科学合理，高效实用，为绕组不平衡运行异常特征的提取与辨识提供了可行方法。
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1.一种变压器三相不平衡运行绕组振动模-态特征分析方法，其特征是：包括以下步骤，且以下步骤顺次进行，
【技术特征摘要】
1.一种变压器三相不平衡运行绕组振动模-态特征分析...
【专利技术属性】
技术研发人员：姜言金，辛鹏，刘大巍，于子章，刘栩霏，安景革，
申请(专利权)人：国网吉林省电力有限公司吉林供电公司，
类型：发明
国别省市：
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