[發(fā)明專利]一種變壓器線圈動(dòng)穩(wěn)定性校核方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710293534.1
• 申請(qǐng)日: 2017-04-28
• 公開（公告）號(hào): CN107359039A
• 公開（公告）日: 2017-11-17
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 鄭含博
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 國(guó)網(wǎng)河南省電力公司電力科學(xué)研究院;國(guó)家電網(wǎng)公司
• 主分類號(hào): H01F27/28
• 分類號(hào): H01F27/28
• 代理公司: 鄭州知己知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司41132
• 代理人: 季發(fā)軍

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及線圈動(dòng)穩(wěn)定校核技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種變壓器線圈動(dòng)穩(wěn)定性校核方法。

背景技術(shù)

隨著西電東送、南北互供、全國(guó)聯(lián)網(wǎng)的推進(jìn)，保證電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行工作面臨巨大挑戰(zhàn)，電力設(shè)備安全運(yùn)行是電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的基礎(chǔ)，尤其是作為電力系統(tǒng)的關(guān)鍵樞紐設(shè)備，大型電力變壓器的健康水平和運(yùn)行狀況好壞直接關(guān)系到電網(wǎng)運(yùn)行的安全與穩(wěn)定。電力變壓器一旦發(fā)生故障可能會(huì)造成設(shè)備資產(chǎn)和大停電等巨大損失，甚至?xí)a(chǎn)生嚴(yán)重的社會(huì)影響。隨著電網(wǎng)容量和電壓等級(jí)的提高，變壓器短路故障導(dǎo)致的惡性事故不斷增加，這種情況已直接威脅電網(wǎng)安全運(yùn)行。

變壓器發(fā)生突然短路故障時(shí)，線圈內(nèi)流過(guò)很大的短路電流，可能為額定電流的幾倍甚至幾十倍，從而使線圈受到很大的電動(dòng)力，最大電動(dòng)力有可能迅速激增到額定負(fù)載運(yùn)行時(shí)的幾百倍甚至更大。在巨大短路電動(dòng)力作用下，可能會(huì)導(dǎo)致變壓器線圈永久變形、絕緣損壞、機(jī)械強(qiáng)度下降，甚至造成變壓器的損壞。因此，必須研究變壓器線圈的動(dòng)穩(wěn)定性能以及對(duì)線圈等構(gòu)件在短路情況下的機(jī)械強(qiáng)度進(jìn)行評(píng)估校核。

短路試驗(yàn)為特殊試驗(yàn)，受試驗(yàn)條件的限制，變壓器不能保證具備短路試驗(yàn)的條件，因此再加上試驗(yàn)成本等經(jīng)濟(jì)原因，往往很難對(duì)其承受短路的動(dòng)穩(wěn)定能力進(jìn)行校驗(yàn)評(píng)估。

目前，由于國(guó)內(nèi)各變壓器制造廠在動(dòng)穩(wěn)定性能方面的研究發(fā)展很不平衡，尚沒有統(tǒng)一的動(dòng)穩(wěn)定性能評(píng)估和校核方法可以借鑒。另外，考慮到變壓器的內(nèi)線圈是抵抗短路電動(dòng)力的薄弱環(huán)節(jié)，尤其其輻向失穩(wěn)已成為線圈耐受短路的首要問(wèn)題。本發(fā)明在參考大量標(biāo)準(zhǔn)規(guī)程和實(shí)例計(jì)算的基礎(chǔ)上，給出了變壓器線圈短路電動(dòng)力計(jì)算和動(dòng)穩(wěn)定性能的校核評(píng)估方法，并通過(guò)實(shí)例分析提出了提高電力變壓器抗短路能力需要采取的進(jìn)一步措施，具有重要的理論和工程實(shí)際意義。

公開號(hào)為1811474的專利公開了一種變壓器動(dòng)穩(wěn)定狀態(tài)參數(shù)測(cè)試儀及診斷軟件，屬光機(jī)電一體化技術(shù)領(lǐng)域之電力系統(tǒng)信息與自動(dòng)化、數(shù)字化狀態(tài)檢測(cè)儀表和電力設(shè)備狀態(tài)檢修軟件。該產(chǎn)品由測(cè)試儀和診斷軟件組成,傳統(tǒng)的測(cè)試方法存在缺點(diǎn)是:操作煩瑣、抗干擾性差,測(cè)量數(shù)據(jù)重復(fù)性差、誤差大、不具有自動(dòng)診斷功能；該產(chǎn)品研制出一套使用輕便、精度高、功能全并具備有自動(dòng)檢測(cè)變壓器動(dòng)穩(wěn)定狀態(tài)及系統(tǒng)診斷軟件。創(chuàng)新點(diǎn)是用低電壓電抗法在現(xiàn)場(chǎng)診斷電力變壓器繞組變形、鐵心松動(dòng)的變化程度,創(chuàng)立了一套完整高效的檢測(cè)與診斷方法, 檢測(cè)精度達(dá)0.2級(jí)。技術(shù)屬國(guó)內(nèi)領(lǐng)先,填補(bǔ)國(guó)內(nèi)空白。用于電力、鐵路、石油、冶金等行業(yè)電力變壓器的檢測(cè)與維修。但是其不能解決根本性問(wèn)題，且不能夠?qū)崿F(xiàn)。

公開號(hào)為102253304A的專利公開了一種電力變壓器動(dòng)穩(wěn)定狀態(tài)故障診斷方法,本發(fā)明采用頻率響應(yīng)法和阻抗法的結(jié)合共同對(duì)電力變壓器繞組的變形情況進(jìn)行分析,利用頻率相應(yīng)法得到型號(hào)相同、編號(hào)不同電力變壓器、不同相的相同繞組,動(dòng)穩(wěn)定狀態(tài)頻率曲線相關(guān)程度的指標(biāo)。本明綜合頻率響應(yīng)技術(shù)和阻抗法的優(yōu)點(diǎn),提出首先根據(jù)相關(guān)系數(shù)對(duì)電力變壓器動(dòng)穩(wěn)定狀態(tài)進(jìn)行分析,當(dāng)相關(guān)系數(shù)超過(guò)允許值時(shí),再利用阻抗法對(duì)相關(guān)參數(shù)進(jìn)行判斷,當(dāng)參數(shù)的數(shù)值也超過(guò)允許值時(shí),可判斷電力變壓器動(dòng)穩(wěn)定狀態(tài)出現(xiàn)故障。其不足在于：本發(fā)明校核的是未使用的變壓器；而上述對(duì)比文件針對(duì)的是安裝中正在使用的變壓器，對(duì)變壓器動(dòng)穩(wěn)定性進(jìn)行測(cè)試，兩者現(xiàn)場(chǎng)條件相差甚遠(yuǎn)，且技術(shù)原理完全不同。

發(fā)明內(nèi)容

有鑒于此，本發(fā)明的目的是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種變壓器線圈動(dòng)穩(wěn)定性校核方法，能夠?qū)ψ儔浩鞯膭?dòng)穩(wěn)定性能從力學(xué)角度進(jìn)行快速校核評(píng)估。

為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明所采取的技術(shù)方案是：

一種變壓器線圈動(dòng)穩(wěn)定性校核方法，包括如下步驟：

1)考慮到電力變壓器結(jié)構(gòu)、磁場(chǎng)和短路力的分布特點(diǎn)，工程中研究繞組電動(dòng)力問(wèn)題忽略不同相繞組間的相互影響；因此，可用單相變壓器等值電路來(lái)簡(jiǎn)化分析突發(fā)短路時(shí)短路電流的瞬變過(guò)程；

工頻下，當(dāng)變壓器二次側(cè)突發(fā)短路時(shí)，一次側(cè)電路的微分方程為

其中，α為系統(tǒng)電壓的初相角，Ls為短路電感，Rs為短路電阻。

求解上式的微分方程，可得短路電流的通解為

由上式，短路電流的峰值與初相角α有關(guān)，當(dāng)α＝0時(shí)，短路電流的瞬時(shí)值在ωt＝π時(shí)達(dá)到最大值Im，則，最大短路電流的峰值為

其中，K為沖擊系數(shù)，根據(jù)IEC 60076-5:2006和GB 1094.5-2008[7-8]，對(duì)容量為100000kVA及其以上的變壓器，取K＝1.9。I_k為線圈的額定電流(A)，Zk 為短路阻抗(％)。

2)最大漏磁通密度密度：