一种变压器绕组空间电场计算方法与流程

本发明涉及变压器绕组电场计算领域，特别是一种变压器绕组空间电场计算方法。

背景技术：

近年来变压器容量随技术发展越来越大，变压器内部绝缘又和变压器内部电场有密切关系，研究绕组电场对于变压器安全稳定运行有着重要意义，目前尚没有一种易于计算的变压器绕组空间电场的计算方法。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明的目的是提出一种变压器绕组空间电场计算方法，计算简单。

本发明采用以下方案实现：一种变压器绕组空间电场计算方法，包括以下步骤：

步骤s1：取绕组导体截面构建二维模型；

步骤s2：通过有限元划分导体截面模型，将绕组电压简化为从高压端到低压端均匀分布，进而得到各导体上的电压分布；

步骤s3：由导体各部分作用于空间一点的电场叠加积分求得该空间一点的电场，再以此方法求得绕组导体周围电场分布。

进一步地，步骤s1中，所述绕组导体截面构建的二维模型为规则排列的圆。

进一步地，步骤s2中具体包括以下步骤：

步骤s21：将高压端电压减去低压端电压后除以绕组匝数得到电压级差；

步骤s22：根据电压级差得到每一匝电压差大小。

进一步地，步骤s3中，所述由导体各部分作用于空间一点的电场叠加积分求得该空间一点的电场具体为：运用有限元的思想，积分区域由离散法分成若干子单元，而后利用离散的子单元计算多元极值，最后根据方程组的特征，用相应的代数方法求得各点电场。

进一步地，步骤s3中所述由导体各部分作用于空间一点的电场叠加积分求得该空间一点的电场具体包括以下步骤：

步骤s31：计算空间中一点p(x,y,z0)的电场强度，其中z0为截面所在位置，由于绕组导体前后对称，截面所在位置不影响电场大小，故只需计算p(x，y)点电场大小，将截面各个元在该点的电场叠加，所得的叠加电场即为三维电场；

步骤s32：记微元(xi，yj)对空间一点电场为该点电场为各微元在该点的累加，其中n表示绕组编号的纵坐标点总个数；m表示绕组编号的横坐标总个数；

其中，具体为：

步骤s33：利用下式计算点p(x，y)对每一小块绕组导体截面的电位

式中，σ(xi,yi)为绕组导体截面微元此时电荷密度，r为点p(x，y)到某一微元的距离，s表示导体截面的微元面积，ε0表示真空介电常数；

步骤s34：采用有限元法求解空间静电场的电位，利用拉普拉斯方程：

式中，ε为空气的介电常数，为空间某点电位，γ为场域边界，为边界上电位值，表示拉普拉斯算子；采用有限元方法求解上述拉普拉斯偏微分方程，得到绕组导体空间一点p(x，y)的电场分布。

与现有技术相比，本发明有以下有益效果：采用本发明的方法可以简单计算出变压器绕组的空间电场分布。

附图说明

图1为本发明实施例的绕组截面模型示意图。

图2为本发明实施例的电场计算方法示意图。

图3为本发明实施例的方法流程示意图。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明做进一步说明。

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

如图1、图2以及图3所示，本实施例提供了一种变压器绕组空间电场计算方法，包括以下步骤：

步骤s1：取绕组导体截面构建二维模型；

步骤s2：通过有限元划分导体截面模型，将绕组电压简化为从高压端到低压端均匀分布，进而得到各导体上的电压分布；

步骤s3：由导体各部分作用于空间一点的电场叠加积分求得该空间一点的电场，再以此方法求得绕组导体周围电场分布。

如图1所示，在本实施例中，步骤s1中，所述绕组导体截面构建的二维模型为规则排列的圆。

在本实施例中，要确定所加边界条件，则要求出绕组导体上电，步骤s2中具体包括以下步骤：

步骤s21：将高压端电压减去低压端电压后除以绕组匝数得到电压级差；

步骤s22：根据电压级差得到每一匝电压差大小。

例如，高压端和低压端相差38.5kv，总匝数为2292，则可求得电压差为16.8v，从高压端到低压端下一匝电压为上一匝电压减去每匝电压差得到每匝电压，从u(x1，y1)可求u(x2，y1)，以u(x2，y1)求得u(x3,y1),以此类推求得第一列末端u(xn，y1)后下一个可求得第二列的第一行u(x1，y2)，最后求得末端电压u(xn，yn)。

在本实施例中，步骤s3中，所述由导体各部分作用于空间一点的电场叠加积分求得该空间一点的电场具体为：运用有限元的思想，积分区域由离散法分成若干子单元，而后利用离散的子单元计算多元极值，最后根据方程组的特征，用相应的代数方法求得各点电场。

在本实施例中，步骤s3中所述由导体各部分作用于空间一点的电场叠加积分求得该空间一点的电场具体包括以下步骤：

步骤s31：计算空间中一点p(x,y,z0)的电场强度，其中z0为截面所在位置，由于绕组导体前后对称，截面所在位置不影响电场大小，故只需计算p(x，y)点电场大小，将截面各个元在该点的电场叠加，所得的叠加电场即为三维电场；

步骤s32：记微元(xi，yj)对空间一点电场为该点电场为各微元在该点的累加，其中n表示绕组编号的纵坐标点总个数；m表示绕组编号的横坐标总个数；

其中，如图2所示，具体为：

步骤s33：利用下式计算点p(x，y)对每一小块绕组导体截面的电位

式中，σ(xi,yi)为绕组导体截面微元此时电荷密度，r为点p(x，y)到某一微元的距离，s表示导体截面的微元面积，ε0表示真空介电常数；

步骤s34：采用有限元法求解空间静电场的电位，利用拉普拉斯方程：

式中，ε为空气的介电常数，为空间某点电位，γ为场域边界，为边界上电位值，表示拉普拉斯算子；采用有限元方法求解上述拉普拉斯偏微分方程，得到绕组导体空间一点p(x，y)的电场分布。

由于绕组导体截面分布均匀，在满足要求和条件下，运用二维模式的计算可以有效提高计算精度。

在本实施例中，还可以利用有限元方法进行离散化迭代运算，利用计算编程来计算电场的具体步骤如下：

一、分析具体模型和所求问题，做出合理假设，用绘图软件绘制绕组导体模型。

二、添加材料属性分别设定材料的物理参数，查阅设定绕组导体相对介电常数。

三、对导入的模型进行网格划分和离散化，根据绕组电压施加边界条件并进行求解。

四、每个绕组截面积作为一个单元，多个绕组进行迭代运算，并累加求和，得到电场分布。

以上所述仅为本发明的较佳实施例子，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。