梁振光[1]2001年在《大型变压器场路耦合叁维瞬态涡流场和绕组短路强度的研究》文中研究指明本文结合“大型变压器叁维瞬态涡流场和线圈短路强度的研究”课题和“变压器运行及事故工况仿真技术研究”课题,在总结有关文献的基础上,对大型变压器的瞬态涡流场和绕组短路强度问题进行了深入的研究,取得了一些具有理论意义与工程实际价值的成果,开发了工程实用的计算软件,为提高变压器绕组的抗短路能力提供了参考依据。 全文主要包括叁部分内容。第一部分对叁维瞬态涡流场的场路耦合问题进行研究,考虑叁相变压器绕组的不同联结方式及不对称负载,建立基于T-T_0-Ω法的变压器在运行及事故工况下的三维瞬态涡流场场路耦合模型。应用建立的模型对变压器在电网电压及电网络参数约束下的多种复杂事故工况进行计算、分析,研究变压器的短路电流变化和磁场分布规律,考虑螺旋绕组的结构特点,用近似方法计算其漏磁场。 第二部分对变压器绕组的短路强度问题进行研究。计算变压器在突发短路情况下绕组的轴向振动,分析绕组磁中心不重合对磁场、绕组短路力及绕组轴向振动的影响;用大位移非线性理论计算变压器绕组的辐向稳定性,分析垫块数等因素对绕组稳定性的影响;用梁单元、杆单元建立螺旋绕组整体稳定性的力学模型,计算绕组整体的稳定性;建立变压器绕组动态强度的模型,并进行计算分析。根据分析结果,提出一些保证绕组短路强度的措施,为变压器绕组设计提供参考依据。 第叁部分对电磁场有限元后处理技术进行了研究,针对变压器电磁场有限元数值计算的特点,给出了变压器叁维有限元网格的快速、高质量消隐显示方法。 在上述研究的基础上,开发了基于Windows平台、具有良好的前后处理功能,可用于分析各电压等级、容量及多种结构的大型变压器在运行及事故工况下的叁维瞬态涡流场和绕组短路强度的计算软件。
王胜辉[2]1999年在《大型变压器场路耦合瞬态涡流场及螺旋线圈轴向电流效应研究》文中研究说明本文结合课题“大型电力变压器螺旋绕组轴向电流效应”工作,在全面深入地总结相关文献的基础上,集主要精力于大型变压器叁维瞬态涡流场和螺旋绕组轴向电流效应的问题,针对与课题相关的理论与计算难题,进行了全面、深入、系统地研究,取得了一些具有理论意义与工程实际价值的成果。 全文主要包括叁部分内容。第一部分由第二章组成,在该部分用数值积分的方法对螺旋绕组磁场的分布进行了详细的计算。针对变压器螺旋绕组扭转变形强度问题,就轴向电流分量对辐向磁场的影响进行了分析,从而为进一步进行大型变压器瞬态涡流场的数值计算提供了依据。 第二部分包括第叁章和第四章。该部分深入系统对瞬态涡流场问题及相关技术进行了研究。详细推导给出了适用于电压源约束的二维场路耦合及基于A-V-A法的叁维非线形瞬态涡流场计算的场路耦合数学模型,通过给出电压约束条件,可对变压器各种瞬态过程进行仿真计算。对电磁场图形后处理技术进行了研究,给出了数据预处理画家算法。对数值振荡的抑制、通用ICCG指针存储寻址等相关理论进行了研究。开发了功能齐全、使用方便、适用范围广的场路耦合瞬态涡流场及图形后处理工程软件。 第叁部分由第五章和第六章组成。该部分主要应用上一部分给出的模型算法及所编制的软件,对具有低压螺旋绕组结构的DEPI-240000/500、SEP-720000/500型等大型电力变压器的瞬态涡流场的空间分布规律等进行了分析研究,并对突发短路、非同期并网等电力系统扰动引起的变压器瞬变过程进行了仿真计算。首次对大型变压器低压螺旋绕组的扭转变形问题开展了系统深入的研究。分析计算了变压器结构、材料参数等对扭转电磁力的影响,给出了低压螺旋绕组扭转变形的分布规律,提出了一些结论和抑制螺旋绕组扭转变形的建议,为变压器开发设计人员提供了有价值的参考依据。 本论文的成果对拓宽瞬态电磁场数值计算理论的实际应用和提高大型变压器产品的可靠性起到积极的促进作用。
李洪奎[3]2011年在《大型电力变压器绕组短路强度与稳定性研究》文中认为本文围绕辽宁省重大科技攻关项目“超高压大型电力变压器集成设计与仿真分析系统”课题,在总结有关文献的基础上,对大型电力变压器的暂态电磁场、涌流电磁力、绕组短路强度和多次短路冲击等问题进行了深入的研究,建立了绕组的模态分析模型及多次短路冲击累积形变的弹塑性模型,给出了轴向及辐向稳定性判据,计算了多次短路冲击的累积形变,为提高绕组短路能力的设计提供了理论依据。全文主要包括四部分内容：第一部分用场路耦合的方法对叁维暂态电磁场的磁密分布进行研究。根据大容量变压器的结构特点,在ANSYS有限元软件平台上,应用参数化设计语言进行二次开发,建立了大容量变压器在短路及空载工况下的场路耦合有限元模型。应用此模型对电力变压器的故障工况下的暂态电磁场进行研究,给出了变压器的磁密按单元分布规律。第二部分对变压器空载合闸时,不同磁滞的涌流及绕组涌流应力进行分析和计算。由于变压器铁心磁导率的非线性,变压器空载合闸、次级绕组故障切除重合闸等状态下可能产生与短路电流相比拟的暂态励磁涌流,并由此产生较大的机械力,对变压器绕组的动态稳定性和绕组匝绝缘将造成损坏。所以,建立了空载合闸仿真分析模型,计算了故障工况下绕组的电流,分析了涌流电磁力特点,指出了不同磁滞的涌流和短路电流激励下绕组受力的区别,提出了空载合闸时需要校准稳态载荷的原因及方法。第叁部分对电力变压器绕组的轴向短路电磁力及短路强度、辐向稳定性等问题进行研究。建立了用于绕组轴向动力学分析的试验模态模型,分析了绕组的固有频率和预紧力关系,给出了避免共振的预紧力条件,并结合数值计算方法,计算了轴向短路冲击力作用下的线饼位移,提出了轴向稳定性判据。根据绕组的结构特点、垫块及撑条分布规律、辐向振动和工艺缺陷等复杂因素,建立了辐向振动仿真分析模型,并用于试验模型的辐向稳定性仿真分析,提出了保证绕组辐向短路强度的措施。第四部分对在多次短路冲击工况下电力变压器绕组的累积形变进行研究。建立了分析多次短路冲击累积形变的层合加筋圆柱壳模型,用大挠度弹塑性理论计算了变压器绕组在多次短路冲击下的累积形变,给出了绕组单元的变形规律及塑性形变的临界载荷,计算结果表明,该模型能够用于绕组多次短路冲击下的弹塑性累积形变分析及稳定性判断。
焦立阳[4]2009年在《电力变压器绕组短路电动力的计算》文中研究表明本文以一台叁相五柱式电力变压器为例,对该变压器发生单相短路时的漏磁场、短路电动力和绕组短路强度等问题进行计算和分析。取得了一些具有理论意义与工程实际价值的成果,为提高变压器绕组的抗短路能力提供了参考依据。本文首先介绍了大型电力变压器绕组短路强度计算的意义和目的,论述了变压器漏磁场、短路电动力以及绕组短路强度等问题的国内外研究概况,并对本文所要进行的主要工作做了介绍。在漏磁场计算方面,考虑了铁心硅钢片的饱和影响以及短路电流的非正弦化,利用有限元方法对变压器分别在最大分接、额定分接和最小分接叁种运行条件下的轴对称瞬态电磁场进行计算和分析,得到了各个线饼单元的轴向磁密分布和辐向磁密分布,并分析了调压绕组加入对磁场分布的影响。在电动力计算方面,短路电流和漏磁场相互作用而产生的短路力实际上是动态力,利用洛仑兹力公式,本文对变压器在不同分接运行时各线饼所受的瞬态短路电动力进行了计算,得到了各线饼单元的轴向短路力分布和辐向短路力的分布,并分析了不平衡安匝对短路力分布的影响。在绕组短路强度计算方面,本文以两个垫块之间的一段导体圆环作为研究对象,对变压器在不同分接运行时线饼的静态辐向应力进行了计算,并对内绕组线饼的辐向机械稳定性进行了校核。短路强度计算结果表明,该变压器具有足够的短路强度。本文所采用的方法,可用于计算各电压等级、容量和多种结构的大型变压器在短路事故下的二维瞬态轴对称场、短路力和短路强度等问题。
孙昕[5]2015年在《短路与重合闸工况下大容量电力变压器绕组强度研究》文中进行了进一步梳理本文以“国家自然科学基金项目”为课题背景,在总结有关文献的基础上,研究了大容量电力变压器在突发短路后系统不能及时排除故障,断路器发生快速重合闸动作下变压器绕组受到的冲击电流的计算方法,同时考虑重合闸动作的时间、相角和变压器铁心剩磁等因素进行瞬态电流仿真;引用J-A磁滞数学模型对变压器铁心剩磁进行分析和计算,考虑电力变压器绕组结构和设计特点,应用数值计算方法分析该电流冲击下的电磁场和绕组静态电磁力分布,并计算绕组线饼强度;应用动态分析方法计算绕组受到的动态电磁力,以此作为绕组的受力载荷,研究重合闸后变压器绕组在多次短路电磁力冲击下的绕组机械特性和稳定性。分析了变压器重合闸后冲击电流的瞬变过程,指出剩磁对电力变压器绕组重合闸后短路电流的影响;通过分析现有变压器磁滞模型的特点,提出应用J-A磁滞模型对变压器初次短路后的剩磁进行计算,同时对现有的各种J-A磁滞模型能量表达式和微分方程进行甄别和分析,得出J-A磁滞模型数学的表达式,并对该模型进行试验验证和分析。将得出的J-A磁滞模型引用到变压器剩磁计算中,最终得出铁心剩磁的大小。以此作为已知条件,对变压器重合闸后的瞬态短路电流进行仿真和计算。分析了不同绕组形式下变压器漏磁场的分布,重点分析了螺旋式绕组的周向磁场与辐向磁场和轴向磁场的区别,以及电流密度和螺旋角对这叁种磁场的影响。通过计算出的变压器重合闸后的短路电流值,得出重合闸工况下变压器高低压绕组的磁场分布情况,对比了变压器在初次短路和重合闸后的轴向磁密和辐向磁密不同,最后计算出绕组线饼重合闸后短路电磁力的大小及其分布。对电力变压器绕组重合闸后的轴向和辐向短路电磁力进行计算,通过对绕组固有频率的分析,计算了线饼的轴向及辐向短路强度,给出了绕组线饼在轴向力和辐向力分别作用下的位移分布特点,对比了初次短路和重合闸后线饼位移的分布情况。分析了温度对绕组弹性模量的影响,给出了该影响下的绕组强度计算结果。通过分析线饼辐向极限力的变化情况,给出了其辐向极限位移在重合闸后短路工况下的变化情况。对变压器重合闸后的瞬态过程进行分析,建立了轴向动力学分析计算模型,给出了重合闸工况下线饼在轴向短路电磁力作用下的线饼位移的瞬变过程,根据绕组的结构特点和垫块、撑条的分布,建立了辐向振动分析模型,并应用短路实验模型对计算结果进行分析和验证,提出了保证重合闸绕组动态稳定性的措施。
郝庆凯[6]2017年在《基于有限元方法的变压器外部短路工况电磁场仿真》文中指出变压器作为电力系统的关键元件,其安全运行对电力系统稳定具有重大意义。短路作为威胁变压器运行的主要问题,短路故障发生时变压器是受短路冲击影响最大的电气设备,面临着巨大的安全风险。因此,对短路问题进行研究有着重要的意义。本文介绍了大型电力变压器绕组短路计算的背景和意义,论述了变压器漏磁场、短路电动力等问题的国内外研究现状,然后结合广东电网公司一台开展短路试验的叁相五柱式变压器结构参数,在ANSYS Maxwell软件中建立了变压器叁维等比例仿真模型。仿真激励采用了场路耦合理论,模拟了变压器A相、B相高对中单相外部短路过程。不同于以往先通过电路仿真软件求得短路电流,后将短路电流作为有限元仿真激励加载的方式。场路耦合更符合变压器实际工作原理,因此仿真结果更具有可靠性。本文仿真变压器短路过程总时长为250ms,为了使仿真兼顾计算精度与效率,选定仿真时间步长为2.5ms。通过将仿真获得的短路电流与试验获取的短路电流进行对比,分析了瞬时短路电流峰值和对称短路电流有效值两个主要参数,验证了本文采用的场路耦合模型的可行性与正确性。同时,求解得到了非短路相绕组感应电势,铁芯磁密,漏磁场和绕组受力等参数。对试验未测量或不易测量的物理量,如非短路相绕组感应电势,铁芯磁密,漏磁场和绕组受力等参数进行了理论分析,均有较高的准确性。从而为进一步研究变压器外部短路问题,如短路过程中绕组稳定性问题、短路导致油流涌动等问题提供可靠的数据基础。
张博[7]2016年在《多次短路冲击条件下的大型变压器绕组强度与稳定性研究》文中研究表明随着国家智能电网战略的推进,确保网架坚强可靠已成为现代电网发展的关键性需求,大型变压器作为电网架构中的重要组成部分,应具备足够的抗短路能力,应对不同类型的短路冲击。多次短路工况对变压器稳定运行带来了严重危害,但现有变压器抗短路强度与稳定性设计还没有对多次短路工况进行相关研究。本文对多次短路工况下变压器短路电磁特性和内绕组辐向稳定性进行了仿真计算和研究,考虑了短路相角、剩磁、绕组计算尺寸、支撑结构跨度的变化及初始缺陷、残余应力的不利影响。主要研究内容如下:结合单相变压器单次短路等值电路模型和非线性电感模型,建立了不同接线方式的叁相变压器等值电路模型,提出了一种适用于多次短路工况研究的叁相变压器短路电流计算模型,与现有变压器等值电路模型相比,本文提出的模型考虑了短路相角、剩磁、接线方式对叁相变压器短路电流峰值的影响,为叁相变压器短路电流计算提供了新思路,同时为多次短路工况下变压器短路电磁特性研究提供了理论依据。结合改进J-A磁滞模型和变压器等值电路模型,提出了一种多次短路工况下变压器短路电磁特性研究方法,采用对比励磁涌流的分析方法,给出了多次短路工况下变压器电磁转换的机理描述,系统地分析了多次短路工况下变压器励磁特性,填补了多次短路工况下变压器励磁特性研究的空白。比较得出了多次短路电流峰值规律,为多次短路工况变压器绕组稳定性计算载荷提供了理论依据。结合有限元模型和变压器短路电流计算模型,比较得出了多次短路工况下变压器绕组轴向漏磁分布规律,与现有轴向漏磁分布的研究相比,多次短路工况下变压器绕组轴向漏磁分布规律考虑了相邻绕组的相间影响,为变压器绕组辐向稳定性研究提供了理论依据。指出了IEC标准和国家标准推荐采用变压器内绕组稳定性计算模型的不足,推导出一种变压器内绕组辐向失稳载荷的解析表达式,提出了适用于变压器内绕组辐向稳定性计算的屈曲系数,分析了变压器内绕组辐向稳定性能,与现有的失稳载荷计算模型相比,本文提出的载荷模型适用范围更广,同时考虑了绕组计算尺寸、支撑结构跨度对变压器内绕组辐向稳定性能的影响,为变压器内绕组辐向稳定性能研究提供了理论依据。结合有限元模型和变压器内绕组辐向稳定性计算模型,给出了变压器内绕组辐向失稳破坏机理描述,比较得出了一种多次短路工况下变压器内绕组辐向稳定性研究方法,系统分析了变压器内绕组辐向弹塑性稳定性能,与现有变压器绕组稳定性的研究方法相比,本文提出的研究方法考虑了缺陷模式对变压器绕组稳定承载能力的影响,为多次短路工况下变压器内绕组辐向稳定性研究提供了新思路,填补了多次短路工况下变压器绕组稳定性研究的空白。为解决变压器内绕组辐向稳定承载力设计问题,结合有限元模型和变压器绕组承载力计算模型,提出了一种变压器内绕组辐向稳定承载力计算方法,本文提出的计算方法考虑了初始缺陷、残余应力对变压器内绕组辐向稳定承载力的影响,为变压器绕组承载力设计提供了新思路。提出了适用于变压器绕组承载力计算的稳定系数曲线,给出了考虑变压器绕组计算尺寸的稳定系数解析表达式,填补了变压器内绕组辐向稳定承载力研究的空白。
刘爽[8]2007年在《大型电力变压器绕组短路强度计算与分析》文中指出本文在总结有关文献的基础上，对大型变压器的二维瞬态轴对称场和绕组短路强度问题进行了深入的研究，取得了一些具有理论意义与工程实际价值的成果，开发了工程实用的计算软件，为提高变压器绕组的抗短路能力提供了参考依据。文中首先介绍了大型电力变压器绕组短路强度计算的意义和目的，并论述了变压器漏磁场、绕组短路强度和稳定性问题的国内外研究概况。在变压器漏磁场计算方面，本文采用有限元方法，考虑了变压器铁心硅钢片和钢结构件的饱和影响以及短路电流的非正弦变化，计算了变压器短路情况下二维瞬态轴对称场，得出了线饼单元(每两饼为一个线饼单元)电磁场分布。在电磁力方面，根据洛仑兹力公式计算线饼单元辐向力和轴向力；在短路的过渡过程中，短路电流和漏磁场都是不断变化着的，因此，由短路电流和漏磁场相互作用而产生的短路力实际上是动态力。本文的动态力计算考虑了各种绝缘材料的机械性能、惯性力、弹力和绕组各部件位移时作用在其上面的摩擦力等多种因素，也结合数值计算方法计算了轴向冲击力作用下的线饼位移。在短路强度计算方面，辐向失稳考虑了绕组的结构形式、支撑数、轴向振动和制造工艺等复杂因素；对于采用非自粘换位导线的绕组，进行绕组轴向机械稳定性的计算，即校核了导线在轴向短路力的作用下，是否有压倾斜的可能。本文以SZ11-31500／66型和SFSZ11-31500型电力变压器为例，计算和分析了多种方案下的绕组磁通密度和电磁力，短路强度以及在轴向冲击力作用下的线饼单元位移和动态力，结果表明这两台变压器绕组强度都满足要求。在上述研究的基础上，开发了基于Windows平台、具有良好的前后处理功能，可用于分析各电压等级、容量及多种结构的大型变压器在运行及事故工况下的二维瞬态轴对称场和绕组短路强度的计算软件。
梁振光, 唐任远[9]2003年在《大型变压器叁维瞬态涡流场场路耦合模型》文中研究表明为分析变压器在端口电压约束下的电磁过程 ,本文研究了叁维电磁场的场路耦合问题。根据A法和T法的各自特点 ,考虑变压器绕组的结构特点 ,引入外施电压的耦合 ,分别建立基于A法和基于T法的变压器叁维场路耦合模型。将两种方法用于变压器绕组突发短路过程的计算 ,计算结果一致 ,但采用基于T法的叁维场路耦合模型计算量小 ,非常适于涡流区所占比例较小的电磁设备的求解
张明丽[10]2012年在《大型变压器抗短路能力校核研究》文中指出变压器是电网中的关键设备之一，其安全可靠运行是保证电网安全稳定的重要环节。近年来，短路损坏已成为引起变压器事故的首要原因，为减小变压器短路损坏造成损失，必须防止和减少变压器故障和事故。因此对变压器的承受短路能力进行校核，提高其抗短路能力势在必行。本文首先采用阻抗网络法，考虑系统阻抗的影响，对变压器的叁相对称短路及单相对地短路电流进行计算。并采用Matlab软件建立短路电流仿真模型，对双绕组变压器的叁相对称短路和单相短路电流波形进行了仿真。其次，本文利用Ansys软件建立了变压器的二维轴对称和叁维仿真模型对变压器的漏磁进行仿真，其中二维模型包括简单的绕组模型、线饼模型和实际安匝分区模型。同时，本文在仿真中考虑了变压器铁心硅钢片的饱和影响。通过对不同模型仿真结果的对比分析，得到采用变压器不同绕组对应的安匝分区建立的二维轴对称仿真模型是比较简单且相对有效的仿真模型。最后，本文根据漏磁计算结果对双绕组变压器和叁相叁柱式叁绕组变压器各绕组线饼上的轴向和辐向短路力进行了计算，并对变压器的动稳定临界强度进行计算。同时结合变压器承受短路的耐热能力，从动稳定和热稳定两个方面对所计算的变压器的抗短路能力进行综合判断。最后，本文提出几点提高变压器抗短路能力的措施。
参考文献：
[1]. 大型变压器场路耦合叁维瞬态涡流场和绕组短路强度的研究[D]. 梁振光. 沈阳工业大学. 2001
[2]. 大型变压器场路耦合瞬态涡流场及螺旋线圈轴向电流效应研究[D]. 王胜辉. 沈阳工业大学. 1999
[3]. 大型电力变压器绕组短路强度与稳定性研究[D]. 李洪奎. 沈阳工业大学. 2011
[4]. 电力变压器绕组短路电动力的计算[D]. 焦立阳. 沈阳工业大学. 2009
[5]. 短路与重合闸工况下大容量电力变压器绕组强度研究[D]. 孙昕. 沈阳工业大学. 2015
[6]. 基于有限元方法的变压器外部短路工况电磁场仿真[D]. 郝庆凯. 东北电力大学. 2017
[7]. 多次短路冲击条件下的大型变压器绕组强度与稳定性研究[D]. 张博. 沈阳工业大学. 2016
[8]. 大型电力变压器绕组短路强度计算与分析[D]. 刘爽. 沈阳工业大学. 2007
[9]. 大型变压器叁维瞬态涡流场场路耦合模型[J]. 梁振光, 唐任远. 电工技术学报. 2003
[10]. 大型变压器抗短路能力校核研究[D]. 张明丽. 华中科技大学. 2012
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