[發明專利]一種三維有限元多物場高壓并聯電抗器振動計算方法

有效

• 申請號: 202010841766.8
• 申請日: 2020-08-20
• 公開（公告）號: CN112131763B
• 公開（公告）日: 2023-08-15
• 發明（設計）人: 高樹國;孟令明;曾四鳴;汲勝昌;黨永亮;劉宏亮;孫路;趙軍
• 申請（專利權）人: 國網河北省電力有限公司電力科學研究院;國家電網有限公司;西安交通大學
• 主分類號: G06F30/23
• 分類號: G06F30/23;G06F30/17;G06F119/14
• 代理公司: 石家莊新世紀專利商標事務所有限公司 13100
• 代理人: 董金國;徐瑞豐

1.一種三維有限元多物場高壓并聯電抗器振動計算方法，其特征在于：包括如下步驟：

S1獲取高壓并聯電抗器結構尺寸，S2獲取高壓并聯電抗器尺寸參數，S3設置物理場，S4根據磁場分布計算磁化強度分布，S5計算各方向的應力，S6計算麥克斯韋應力張量，S7計算繞組的洛倫茲力，S8將應力作為載荷施加于鐵芯和繞組，S9計算網絡輸出的基本概率值，S10計算高壓并聯電抗器箱體振動，S11設置求解器，S12計算仿真結果和測量結果的皮爾遜相關系數；

在S1的步驟中，獲取高壓并聯電抗器實體模型尺寸，在comsol中建立三維幾何模型；具體劃分包括如下步驟：

S101獲取鐵芯尺寸，獲取鐵芯尺寸；

S102獲取繞組尺寸，獲取繞組尺寸；

S103獲取油箱尺寸，獲取油箱尺寸；

在S2的步驟中，獲取部件的電磁學、結構力學和流體力學的參數，在comsol中對每一結構部件賦予相應的材料參數，對于磁場中鐵心的磁化效應采用BH曲線非線性模型，對于鐵心的磁致伸縮效應采用焦耳模型，預應變-磁化強度模型采用非線性模型，獲取硅鋼片的飽和磁致伸縮系數和飽和磁化強度；具體劃分包括如下步驟：

S201獲取鐵芯的電磁學參數和機械參數，鐵心的電磁學參數包括鐵心的B-H曲線、磁致伸縮系數和飽和磁化強度、相對磁導率和填充系數，鐵心的機械參數包括鐵心的楊氏模量和泊松比；

S202獲取繞組的電磁學參數和機械參數，繞組的電磁學參數包括繞組的相對磁導率和電阻率，繞組的機械參數包括繞組的楊氏模量和泊松比；

S203獲取油箱的電磁學參數和機械參數，油箱的電磁學參數包括油箱的相對磁導率和電阻率，油箱的機械參數包括油箱的楊氏模量和泊松比；

S204獲取連接件的電磁學參數和機械參數，連接件的電磁學參數包括連接件的相對磁導率和電阻率，連接件的機械參數包括連接件的楊氏模量和泊松比；

在S3的步驟中，對每一部件設置相應的物理場，添加的模塊有磁場模塊、固體力學模塊、磁致伸縮模塊和聲壓模塊；利用直接場路耦合方法，忽略載流導線中的集膚效應，求解模型瞬態電磁場分布；在S4的步驟中，根據磁場分布計算磁化強度分布；

在S5的步驟中，對鐵心、繞組、油箱和氣隙填充物設置固體力學模塊，在分析時作為線彈性材料進行分析，對鐵心設置磁場和固體力學耦合模塊，磁致伸縮模型中將磁致伸縮效應等效為各向同性的磁致伸縮力；假設磁致伸縮特性為非線性各向同性，計算每一方向的預應變；

在S6的步驟中，計算麥克斯韋應力張量T，只考慮鐵心和氣隙填充物所在交界面所在區域的麥克斯韋應力，

式8中，T為鐵心與氣隙分界面所受麥克斯韋力，單位為牛頓；Bx為磁感應強度B的x方向的分量，單位為特斯拉；By為磁感應強度B的y方向的分量，單位為特斯拉；Bz為磁感應強度B的z方向的分量，單位為特斯拉；Hx為磁場強度H的x方向的分量，單位為安培每米；Hy為磁場強度H的y方向的分量，單位為安培每米；Hz為磁場強度H的z方向的分量，單位為安培每米；

在S8的步驟中，將S5步驟得到的磁致伸縮應力和S7步驟得到的洛倫茲力作為體載荷分別施加在鐵心和繞組上，將S6步驟得到的麥克斯韋力作為面載荷施加在鐵心和氣隙的交界面上，計算電抗器箱體振動；

在S9的步驟中，計算網絡輸出的基本概率值；在S10的步驟中，結合油中的聲-結構耦合效應以及作用在電抗器油箱上油壓的作用，計算高壓并聯電抗器箱體振動；

在S11的步驟中，求解器設置為瞬態求解器，設置求解時間，求解時間和求解步長為[0:1e-5:0.02]s，得到模型在磁場效應作用下的形變量計算結果，分析確認結果合理性；在S12的步驟中，對仿真結果和測量結果進行對比，計算兩者間的皮爾遜相關系數。

2.根據權利要求1所述的一種三維有限元多物場高壓并聯電抗器振動計算方法，其特征在于：在S7的步驟中，計算繞組所受的洛倫茲力，

f_L＝J×B?????????????????????????(9)

式9中，fL為繞組所受洛倫茲力，單位為牛頓；J為電流密度，單位為安培每平方米；B為磁感應強度，單位為特斯拉。