[發明專利]一種基于多物理耦合場的變壓器繞組瞬態形變量計算方法

有效

• 申請號: 201911118543.2
• 申請日: 2019-11-15
• 公開（公告）號: CN110955990B
• 公開（公告）日: 2023-03-07
• 發明（設計）人: 陳伯根;吳霆;蘭生
• 申請（專利權）人: 福州天宇電氣股份有限公司;福州許繼電氣有限公司
• 主分類號: G06F30/23
• 分類號: G06F30/23
• 代理公司: 福州元創專利商標代理有限公司 35100
• 代理人: 錢莉;蔡學俊

本發明涉及一種電力變壓器在電力系統發生接地故障的情況下，處于電力系統樞紐作用的電力變壓器的繞組在巨大的短路電動力作用下，利用有限元軟件ANSYS和Matlab計算變壓器繞組瞬態形變量的方法。主要解決了多物理耦合場下，電力變壓器繞組動穩定性分析計算問題，同時可以模擬在復雜電力系統中發生短路故障時，變壓器繞組的形變量、應力響應等其他結構性問題。發明采用了Simulink在電力系統和控制方面的優勢，可以模擬不同條件下短路電流的產生，并結合ANSYS Maxwell在磁場分析優點，把ANSYS Maxwell的短路電動力的計算結果耦合到ANSYS Workbench中，利用ANSYS Workbench在結構場分析的優勢，分析變壓器在短路電動力作用下的結構特性的變化情況，為提高變壓器的抗短路能力，提供參考。

技術領域

本發明涉及電力變壓器繞組的抗短路研究領域，特別是一種基于多物理耦合場的變壓器繞組瞬態形變量計算方法。

背景技術

隨著經濟社會的不斷發展，電力系統的容量不斷加大，作為電力系統重要組成部分的電力變壓器的容量也不斷加大，對于大容量的電力變壓器，往往處于電力系統的樞紐位置，一旦發生故障對整個系統的影響極大，所以加強對電力變壓器在短路情況下的運行狀況的研究，進而提高變壓器的抗短路能力，就顯得十分的重要。

電力系統的短路分為三種情況，三相短路接地故障、兩相接地短路故障以及單相接地短路，其中三相接地故障短路電流最大。在三相短路電流的作用下，變壓器繞組會產生漏磁場，短路電動力增大，變壓器繞組垮塌、凹陷、凸起等不同的形變情況。由于變壓器設備價格昂貴，結構復雜，不宜進行大電流的短路試驗，因此對于研究變壓器的抗短路特性，加強繞組強度變得十分困難。隨著計算機技術的飛速發展，國內外大多數專家學者，開始著手運用有限元等手段研究變壓器短路條件下的形變特性。目前研究繞組變形特性的研究主要集中分析繞組軸向和輻向變形特性，在短路條件下，繞組的軸向主要是根據質量彈簧模型研究軸向振動特性，例如頻率響應和振動幅度，繞組的輻向主要是根據線餅多跨模型，研究繞組單個線餅輻向屈曲特性，例如單個線餅在撐條作用下，繞組在電動力作用下的屈曲形變情況。對于變壓器的結構強度的研究主要集中在磁場計算短路電動的大小，在其他有限元中分析繞組在短路電動力作用下的結構強度變化。大多數單一磁場和結構場的分析計算，對短路電流計算也多數集中于理論推導，求解短路電流，然后在有限元中賦予激勵，求解單一磁場和結構場，較少利用耦合分析計算瞬態繞組形變情況；單一的計算，無法準確計算相應的形變情況。其他一些研究也主要集中在變壓器短路條件下短路故障的設置，僅僅局限于變壓器的高壓或者低壓繞組的出口處，線路阻抗一般是忽略不計。出口處短路的處理方式，與實際情況存在出入，實際大多數故障出現在線路之中，短路電流的計算需要考慮線路阻抗和電力系統不同負荷的運行情況，運用Simulink可以模擬復雜電力系統中某一節點發生接地故障，準確計算出該故障下瞬態短路電流，并作為有限元的激勵，用Simulink模電力系統故障，配合ANSYS有限元對磁場和結構的仿真，使仿真更加接近于真實情況。

發明內容

有鑒于此，本發明的目的是提供一種基于多物理耦合場的變壓器繞組瞬態形變量計算方法，解決了多物理耦合場下，電力變壓器繞組動穩定性分析計算問題，同時能夠模擬在復雜電力系統中發生短路故障時，變壓器繞組的形變量、應力響應等其他結構性問題。

本發明采用以下方案實現：一種基于多物理耦合場的變壓器繞組瞬態形變量計算方法，包括以下步驟：

步驟S1：根據變壓器基本參數，計算出變壓器的電氣參數包括電阻和電感；

步驟S2：利用Simulink模塊搭建雙電源供電的電力系統模型，進行變壓器三相短路故障模擬；

步驟S3：根據變壓器實際尺寸，建立有限元仿真的幾何模型；

步驟S4：設置ANSYS Maxwell的計算類型,設置變壓器的材料，繞組為銅，鐵芯為硅鋼片，設置繞組的激勵為外部激勵；