[發明專利]一種考慮溫度梯度的換流變壓器復合電場計算方法

在審

• 申請號: 201710757401.5
• 申請日: 2017-08-29
• 公開（公告）號: CN107563042A
• 公開（公告）日: 2018-01-09
• 發明（設計）人: 劉剛;池騁;靳艷嬌;孫立鵬;馬永強;李琳
• 申請（專利權）人: 華北電力大學（保定）
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50;G06F17/14;G06Q50/06
• 代理公司: 北京眾合誠成知識產權代理有限公司11246
• 代理人: 朱琨

技術領域

本發明屬于換流變壓器多物理場耦合計算技術領域，尤其涉及一種考慮溫度梯度的換流變壓器復合電場計算方法。

背景技術

換流變壓器是特高壓直流輸電工程中最重要的部件之一，具有傳輸功率和轉換電能的作用。在實際工況中換流變壓器處于復合電場中，此刻網側處于基頻正弦電壓，閥側包含直流電壓、基頻正弦電壓、高次諧波電壓，換流變壓器網側與閥側的工作環境比較復雜，并且換流變壓器的內部結構也較為復雜，復雜的工作環境和內部結構使換流變壓器的絕緣成為比較薄弱的環節。而絕緣油、油浸紙板可改善強迫油循環的油道，使熱源對流散熱，也使絕緣性能提高，因此研究換流變壓器的絕緣問題至關重要，絕緣是否優良直接影響直流輸電系統的性能。換流變壓器的電場計算可以為絕緣分析提供指導。然而大多數學者在研究電場時，假設內部絕緣介質電導率恒定，卻不考慮電導率與溫度正相關。這樣的假設雖然給電場仿真帶來了方便，但是這種電導率為常數的處理，可能會使仿真得到的電場與實際電場產生偏差，直接影響對絕緣性能的判斷，難以滿足換流變壓器的實際設計需要。近年來發展運用的導向式油道能使冷卻油沿指定路徑通過繞組內部，使變壓器油流速更大冷卻效率更高。然而隨著導向式油循環的興起，相關分析并沒有考慮縱絕緣因素，忽略油道的精細建模，這樣的模型在分析溫度分布時誤差較大。

發明內容

針對上述問題，本發明在考慮溫度梯度的情況下，根據內部絕緣介質電導率的不均勻分布，提出一種考慮溫度梯度的換流變壓器復合電場計算方法，使得計算結果更符合實際情況，該方法包括以下步驟：

步驟1：計算換流變壓器的鐵芯損耗與繞組損耗；

步驟2：精細換流變壓器網側、閥側繞組的內部油道，按實際換流變壓器分布及油道狀態建立換流變壓器二維流體-溫度場模型；

步驟3：根據流體場和溫度場特征，將換流變壓器流體-溫度場模型離散為三角形-四邊形的混合網格，根據層流理論，采用有限體積法計算流體場和溫度場；

步驟4：根據電場特征，建立換流變壓器二維電場模型，并將換流變壓器電場模型離散為三角形有限元網格，采用有限元方法計算電場；

步驟5：根據異構網格節點數據快速映射算法，利用插值將溫度場中每個節點的數據映射到步驟4離散得到的電場三角形單元節點中；

步驟6：將換流變壓器內部的絕緣油、油浸油紙按要求干燥、脫水，采用三電極法測量在不同溫度下絕緣油、油浸油紙的電導率，并擬合得到絕緣油、油浸油紙的溫度-電導率變化曲線；

步驟7：搭建輸電系統模型，得到對地電壓波形；

步驟8：采用快速傅里葉變換將對地電壓波形變換到頻域，在頻域使用有限元方法求解后再采用快速傅里葉反變換得到原時域的周期非正弦穩態結果，即換流變壓器內部電場分布。

所述繞組損耗包括換流變壓器網側、閥側的歐姆損耗和渦流損耗。

所述步驟2還包括按照換流變壓器的實際ODAF散熱通道，建立繞組內部精細油道，添加絕緣紙板。

所述步驟5還包括采用層流模型對換流變壓器的溫度場進行分析，控制導向式油循環油路通道以及繞組流道的入口速度，使內部最大速度控制在規定范圍內。

所述步驟6中通過濕溫交變箱改變測試環境溫度。

所述對地電壓波形考慮了高次諧波的影響。

所述步驟8中使用有限元方法求解時，采用實際電場模型中各三角形節點溫度的平均值作為每個單元的溫度，根據電導率-溫度擬合曲線得到各個單元電導率。

本發明的有益效果在于：

相比于現有的換流變壓器電場分析方法，本發明考慮了溫度梯度的存在，根據內部絕緣介質電導率的不均勻分布來計算電場，在換流變壓器溫度場計算時，精細建立繞組內部油道模擬對流換熱，合理處理油浸紙板；在將溫度場數據映射到電場時，采用異構網格節點數據快速映射算法，實現了換流變壓器內部的不同物理場中不同類型網格之間的數據準確傳遞；本方法提高了計算準確度，使得計算結果更符合實際情況；同時為其它電氣設備中的多物理場間接耦合奠定了基礎。

附圖說明

附圖1為一種基于溫度梯度的換流變壓器電場計算方法流程圖；

附圖2為溫度數據映射前后云圖對比；

附圖3為同一時刻換流變壓器中均勻溫度和考慮溫度梯度的電位云圖對比；

具體實施方式

下面結合附圖和實施例對本發明進行詳細說明。應該說明的是，下述說明僅僅是示例性的，而不是為了限制本發明的范圍及其應用。

以二維問題為例，對本發明技術方案做詳細描述。方法流程如圖1所示：