基于磁-结构耦合场的变压器绕组形变分析方法
【技术领域】
[0001]本发明属于变压器技术领域，尤其是一种基于磁-结构耦合场的变压器绕组形变分析方法。
【背景技术】
[0002]近年来，变压器出口短路故障时有发生，严重影响了电力系统的安全稳定运行。统计资料表明，在变压器损坏的原因中，70%以上是由于变压器出口短路导致低压绕组形变造成。因此，准确分析变压器绕组形变问题，采取切实有效措施以提高绕组强度，对确保变压器的安全稳定运行有重要的意义。
[0003]当前，对变压器绕组形变的分析主要依靠现场绕组变形试验，但是该方法需要将设备停电，且无论采用频响法还是电抗法进行变形测试，试验过程耗时长且需要投入大量的人力。特别是在状态检修模式下，变压器停电周期由设备状态决定，部分变压器甚至5-6年停电一次，在这样的状态下，完全依靠停电试验的手段，显然难以及时判断变压器的绕组形变情况。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种设计合理、准确可靠且方法简便的基于磁-结构耦合场的变压器绕组形变分析方法。
[0005]本发明解决其技术问题是采取以下技术方案实现的:
[0006]一种基于磁-结构耦合场的变压器绕组形变分析方法，包括以下步骤:
[0007]步骤1、搭建包括电磁场模型和结构场模型的变压器磁-结构耦合模型，并设置电磁场模型和结构场模型的属性及约束条件；
[0008]步骤2、在电磁场模型上加载电流，得到电磁场洛伦兹力的分析结果；
[0009]步骤3、提取电磁场洛伦兹力的分析结果，并作为电磁场载荷加载到结构场模型上，观察变压器绕组发生的形变以及所受到的应力大小，从而实现绕组变形分析。
[0010]所述电磁场模型的属性及约束条件为:
[0011](I)不计铁芯的磁滞效应，忽略铁芯的饱和、各向异性；
[0012](2)忽略变压器绕组的各种支架、铁芯、拉板、夹件对漏磁场的影响；
[0013](3)在分析区域的外轮廓线施加通量平行边界条件，对绕组施加电流密度载荷。
[0014]所述结构场模型的属性及约束条件为:
[0015](I)忽略变压器油、油箱壁结构对绕组形变的影响；
[0016](2)假设变压器绕组下底面高度一致，且下底面不发生位移，在绕组上底面施加轴向预应力；
[0017](3)忽略绕组线饼间油道的影响，变压器绕组按照圆柱壳状进行建模；
[0018](4)对绕组上下表面施加位移约束，绕组部分的应力，直接由电磁场分析耦合得到。
[0019]本发明的优点和积极效果是:
[0020]本发明将磁-结构耦合的有限元分析法应用于变压器绕组形变分析，实现了在不停电、不吊罩下对变压器绕组形变状态的分析，避免了现场试验、吊罩检查等工作，在保证分析准确性的前提下，减少了工作量，节约了运维成本。同时，搭建的变压器磁-结构耦合模型为变压器短路情况下绕组形变辅助检测提供了新的方法，能够提前了解绕组的形变情况，也可以与现场试验方法相结合，对绕组形变进行综合分析。
【附图说明】
[0021]图1是本发明的处理流程图；
[0022]图2是变压器磁-结构耦合仿真模型示意图。
【具体实施方式】
[0023]以下结合附图对本发明实施例做进一步详述:
[0024]一种基于磁-结构耦合场的变压器绕组形变分析方法，是通过搭建变压器磁-结构耦合模型，在电磁场模型上加载电流，得到电磁场洛伦兹力的分析结果，然后通过提取这些结果，作为电磁场载荷加载到结构场模型上，观察绕组发生的形变以及所受到的应力的大小，从而实现绕组变形分析。
[0025]下面以ANSYS软件并采用顺序耦合分析中的物理环境分析方法为例，具体说明本发明。如图1所示，本发明的具体实现方法包括以下步骤:
[0026]步骤1、创建变压器磁-结构耦合模型。
[0027]如图2所不，本方法创建的变压器磁-结构親合模型包括电磁场模型和结构场模型，同时需要对电磁场模型和结构场模型设置属性及约束条件。其中:
[0028]在电磁场仿真过程中作以下基本假设和边界设定:
[0029](I)不计铁芯的磁滞效应，忽略铁芯的饱和、各向异性；
[0030](2)忽略变压器绕组的各种支架、铁芯、拉板、夹件等对漏磁场的影响；
[0031](3)在分析区域的外轮廓线施加通量平行边界条件，对绕组施加电流密度载荷。
[0032]在结构场仿真过程中的假设、等效和边界条件设置如下:
[0033](I)忽略变压器油、油箱壁等结构对绕组形变的影响，只考虑绕组；
[0034](2)假设变压器绕组下底面高度一致，且下底面不发生位移，在绕组上底面施加轴向预应力；
[0035](3)忽略绕组线饼间油道的影响，变压器绕组按照圆柱壳状进行建模；
[0036](4)对绕组上下表面施加位移约束，绕组部分的应力，直接由电磁场分析耦合得到。
[0037]步骤2、建立环境文件:包括分配电磁场属性并保存至电磁场环境文件；分配结构场属性并保存至结构场环境文件。
[0038]步骤3、读入环境文件并使用电磁场模型求解电磁场环境，得到电磁场分析结果，该电磁场分析结果即为电磁场洛伦兹力的分析结果。
[0039]步骤4、根据电磁场分析结果，读入电磁场环境文件及电磁场耦合载荷并加载到结构场模型上。
[0040]步骤5、使用结构场模型求解结构场环境，得到耦合场分析结果，从而实现绕组变形分析。
[0041]需要强调的是，本发明所述的实施例是说明性的，而不是限定性的，因此本发明包括并不限于【具体实施方式】中所述的实施例，凡是由本领域技术人员根据本发明的技术方案得出的其他实施方式，同样属于本发明保护的范围。
【主权项】
1.一种基于磁-结构耦合场的变压器绕组形变分析方法，其特征在于包括以下步骤: 步骤1、搭建包括电磁场模型和结构场模型的变压器磁-结构耦合模型，并设置电磁场模型和结构场模型的属性及约束条件； 步骤2、在电磁场模型上加载电流，得到电磁场洛伦兹力的分析结果； 步骤3、提取电磁场洛伦兹力的分析结果，并作为电磁场载荷加载到结构场模型上，观察变压器绕组发生的形变以及所受到的应力大小，从而实现绕组变形分析。2.根据权利要求1所述的基于磁-结构耦合场的变压器绕组形变分析方法，其特征在于:所述电磁场模型的属性及约束条件为: (1)不计铁芯的磁滞效应，忽略铁芯的饱和、各向异性； (2)忽略变压器绕组的各种支架、铁芯、拉板、夹件对漏磁场的影响； (3)在分析区域的外轮廓线施加通量平行边界条件，对绕组施加电流密度载荷。3.根据权利要求1所述的基于磁-结构耦合场的变压器绕组形变分析方法，其特征在于:所述结构场模型的属性及约束条件为: (1)忽略变压器油、油箱壁结构对绕组形变的影响； (2)假设变压器绕组下底面高度一致，且下底面不发生位移，在绕组上底面施加轴向预应力； (3)忽略绕组线饼间油道的影响，变压器绕组按照圆柱壳状进行建模； (4)对绕组上下表面施加位移约束，绕组部分的应力，直接由电磁场分析耦合得到。
【专利摘要】本发明涉及一种基于磁-结构耦合场的变压器绕组形变分析方法，其技术特点是包括以下步骤：搭建包括电磁场模型和结构场模型的变压器磁-结构耦合模型，并设置电磁场模型和结构场模型的属性及约束条件；在电磁场模型上加载电流，得到电磁场洛伦兹力的分析结果；提取电磁场洛伦兹力的分析结果，并作为电磁场载荷加载到结构场模型上，观察变压器绕组发生的形变以及所受到的应力大小，从而实现绕组变形分析。本发明将磁-结构耦合的有限元分析法应用于变压器绕组形变分析，实现了在不停电、不吊罩下对变压器绕组形变状态的分析，避免了现场试验、吊罩检查等工作，在保证分析准确性的前提下，减少了工作量，节约了运维成本。
【IPC分类】G06F17/50, H01F27/28
【公开号】CN105046036
【申请号】CN201510590498
【发明人】王楠, 臧春艳, 李冰阳, 王伟, 孟铮铮, 张春晖
【申请人】国网天津市电力公司, 国家电网公司
【公开日】2015年11月11日
【申请日】2015年9月17日