[發明專利]在變壓器設計階段計算變壓器短路阻抗和繞組環流的方法

有效

• 申請號: 202010514879.7
• 申請日: 2020-06-08
• 公開（公告）號: CN111626014B
• 公開（公告）日: 2022-12-09
• 發明（設計）人: 黨昊煒;席保鋒
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: G06F30/367
• 分類號: G06F30/367
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 姚詠華

本發明公開了一種在變壓器設計階段計算變壓器短路阻抗和繞組環流的方法，包括以下步驟：步驟1、確定研究的變壓器對象，獲取相關參數；步驟2、計算變壓器的短路阻抗；步驟3、計算變壓器的漏磁通峰值；步驟4、計算變壓器的繞組環流。將三種變壓器電磁參數計算聯系在一起，通過公式推導得出其三者的聯系和與變壓器繞組設計參數的聯系。不但可以快速計算得出這些參數，同時可以根據推導的公式中所示關系，通過調整繞組設計，對不滿足設計要求的變壓器電磁參數進行調整。這些公式對電磁參數的調整具有指導意義。

技術領域

本發明屬于變壓器設計技術領域，具體涉及一種在變壓器設計階段計算變壓器短路阻抗和繞組環流的方法。

背景技術

在變壓器設計階段，設計人員選擇變壓器鐵芯和并且設計繞組參數之后，需要驗證設計出的變壓器是否能夠滿足設計指標和是否能在工程條件下穩定運行。這時候需要一些工具進行有效驗證，通過驗證后便可進行下一步設計或者投入生產。

在變壓器中，由于軸向漏磁場會在繞組線圈中感生出感生電勢。在不同位置繞組線圈感生電勢的電勢差作用下，在繞組內部形成只在繞組導線中流過的繞組環流且這部分電能將全部損耗在導線中。這部分漏磁通產生環流的損耗稱為環流損耗。若設計參數不盡合理，可能會導致環流損耗過大從而加速變壓器油等的老化，降低變壓器運行壽命。

在繞組位置、匝數等參數和并聯接線方式確定之后，在變壓器投入標準情況下運行中產生的環流大小基本已經確定，同時，有了上述參數，變壓器短路阻抗也可以計算獲得。所以在變壓器設計階段，確定實際運行時短路阻抗大小和環流大小對變壓器的進一步設計具有明顯價值和指導意義。一般來說要得到變壓器電磁參數如漏磁通分布等需要進行變壓器建模仿真，通常需要數十分鐘以上來進行建模、仿真，這一過程非常耗時。

發明內容

本發明提供了一種在變壓器設計階段計算變壓器短路阻抗和繞組環流的方法，不需要建模或者仿真，使得變壓器設計人員能夠在變壓器設計階段快速地進行電磁參數計算同時驗證變壓器繞組設計是否滿足設計需要。

為達到上述目的，本發明所述一種在變壓器設計階段計算變壓器短路阻抗和繞組環流的方法，包括以下步驟：

步驟1、獲取變壓器參數，所述變壓器參數包括：幾何尺寸參數、繞組參數以及運行參數；所述幾何尺寸參數包括：高壓繞組平均半徑r₁，低壓繞組平均半徑r₂和高低壓繞組間隙平均半徑r₁₂；所述繞組參數包括：高壓繞組線圈厚度a₁，低壓繞組線圈厚度a₂、高低壓間隙厚度a₁₂，繞組高度L，高壓繞組線圈匝數N₁以及低壓繞組線圈匝數N₂；運行參數包括：高壓繞組額定電流I₁，低壓繞組額定電流I₂，高壓繞組額定電壓U₁以及低壓繞組額定電壓U₂；

步驟2、根據步驟1獲取的變壓器參數計算變壓器的短路阻抗U_k％；

步驟3、根據步驟1獲取的變壓器參數和步驟2得到的變壓器的短路阻抗U_k％，計算變壓器的漏磁通峰值Φ_k；

步驟4、根據步驟3得到的變壓器的漏磁通峰值Φ_k，計算變壓器的繞組環流I_k(n₁)。

進一步的，步驟2包括以下步驟：

步驟2.1、計算變壓器高低壓繞組間隙中的漏磁勢F(x)；

步驟2.2、計算漏磁場的磁感應強度B(x)：其中，μ為變壓器中介質的磁導率，H(x)為x處的磁場強度；