一种特高压换流变压器缩比模型设计方法
【专利摘要】本发明公开了一种特高压换流变压器缩比模型设计方法，根据相似原理，考虑特高压换流变压器的结构特点及缩比模型应用场合，针对研究目标设定需要控制的典型物理量，设置相应的相似常数，这些相似常数通过控制方程联系，最终得到换流变压器总的缩比公式，根据换流变压器总的缩比公式设计缩比模型，通过仿真及测量缩比模型的电磁场分布，验证缩比模型和原模型的一致性，最终通过缩比模型预测大型原模型的电磁场分布特性。采用本发明所提出的缩比模型设计方法，设计出的缩比模型可以有效的反映原模型的电气特性，可以利用其进行试验研究，降低试验成本，缩短试验周期，对于研究特高压换流变压器等大型设备具有较好的经济效益。
【专利说明】一种特高压换流变压器缩比模型设计方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于特高压直流输电设备试验领域，特别涉及一种用于测试的特压换流变 压器缩比模型设计方法。
【背景技术】
[0002] 特高压换流变压器是特高压直流输电工程中最重要的设备之一，它除了常规变压 器的作用外，还与换流阀共同完成交流电与直流电之间的相互转换并将直流部分与交流系 统互相绝缘隔离。其稳定性和可靠性对整个直流系统的运行有着至关重要的作用。随着电 压等级提高，需要对换流变压器在不同试验电压下的电场和磁场分布特性进行更深入的研 究。
[0003] 现阶段对特高压换流变压器的电磁场分布主要进行数值仿真计算，利用有限元等 仿真方法进行求解，已有成熟的商业软件。过去也采用解析计算方法，但是由于特高压换流 变压器结构复杂，难以进行精确的计算。而且由于实际的变压器价格昂贵，电压等级高，不 仅试验设备成本高，现场试验复杂，也难以在试验中对其内部的电压电流等数据进行测量 采集，难以获得电场分布等。
[0004] 如果对特高压换流变压器进行研究性的试验和测试，代价高甚至难以操作，需要 针对特高压换流变压器设计缩比模型进行试验研究。基于相似理论的缩比模型可用于电磁 场分布的研究，也可用于电磁环境等方面的研究等。通过对缩比模型的试验，来预测大型原 模型的电磁场分布特性。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的在于，提供一种特高压换流变压器缩比模型设计方法，即根据特高 压换流变压器的结构特点，基于缩比理论，设计一种特高压换流变压器缩比模型，可以降低 成本与试验难度，便于进行更深入的试验研究。
[0006] 本发明所采用的技术方案是：一种特高压换流变压器缩比模型设计方法，其特征 在于：根据相似原理，考虑特高压换流变压器的结构特点及缩比模型应用场合，针对研究目 标设定需要控制的典型物理量，设置相应的相似常数，这些相似常数通过控制方程联系，最 终得到换流变压器总的缩比公式，根据换流变压器总的缩比公式设计缩比模型，通过仿真 及测量缩比模型的电磁场分布，验证缩比模型和原模型的一致性，最终通过缩比模型预测 大型原模型的电磁场分布特性。
[0007] 作为优选，所述的得到换流变压器总的缩比公式，其具体实现包括以下步骤：
[0008] 步骤1 :根据相似原理，考虑特高压换流变压器的结构特点及缩比模型应用场合， 针对研究目标设定需要控制的典型物理量；将这些典型物理量、基本电磁场方程以及控制 方程共同组成得到缩比方程 ：
[0009]
【权利要求】
1. 一种特高压换流变压器缩比模型设计方法，其特征在于：根据相似原理，考虑特高 压换流变压器的结构特点及缩比模型应用场合，针对研究目标设定需要控制的典型物理 量，设置相应的相似常数，这些相似常数通过控制方程联系，最终得到换流变压器总的缩比 公式，根据换流变压器总的缩比公式设计缩比模型，通过仿真及测量缩比模型的电磁场分 布，验证缩比模型和原模型的一致性，最终通过缩比模型预测大型原模型的电磁场分布特 性。
2. 根据权利要求1所述的特高压换流变压器缩比模型设计方法，其特征在于：所述的 得到换流变压器总的缩比公式，其具体实现包括以下步骤： 步骤1 :根据相似原理，考虑特高压换流变压器的结构特点及缩比模型应用场合，针对 研究目标设定需要控制的典型物理量；将这些典型物理量、基本电磁场方程以及控制方程 共同组成得到缩比方程：
(式壹） 其中，Η表不磁场强度，J表不电流密度，D表不电位移矢量，E表不电场强度，B表不磁 感应强度，Ρ表不电荷密度，0表不电导率，ε表不介电常数，μ表不磁导率； 假设缩比因子为k，根据相似理论，推导出缩比公式：
(式威） 其中，KH表示磁场强度的缩比因子，&表示电流的缩比因子，&表示尺寸的缩比因子， K。表示电导率的缩比因子，KE表示介电常数的缩比因子，Kw表示磁导率的缩比因子，K D表 示电位移矢量的缩比因子，κρ表示电荷密度的缩比因子，KE表示电场强度的缩比因子，&表 示磁感应强度的缩比因子，Κ τ表示电流密度的缩比因子，Kt表示时间的缩比因子； 步骤2 :推导出包含诸如基本的电容、电感、电阻、电导类基本电气特征量的缩比公式：
(式叁） 其中，Kc表示电容的缩比因子，I表示电感的缩比因子，Ke表示电导的缩比因子，心表 示电阻的缩比因子； 步骤3 :综合式贰和式叁，同时考虑电压与电流的缩比关系，得到换流变压器总的缩比 公式：
(式肆） 其中，&表示电压的缩比因子。
3. 根据权利要求1所述的特高压换流变压器缩比模型设计方法，其特征在于：所述的 缩比模型不仅要考虑工频情况，还需要考虑高频电压作用，对于频率也要进行相应的缩比； 在高频情况下，不同频率的集肤效应深度不同，而且模型的尺寸不相同，其波传播过程也不 相同，为保证原模型和缩比模型电场和磁场特性相同，其激励源频率应变为Ι/k，其中k为 缩比因子。
4. 一种利用权利要求1所述的特高压换流变压器缩比模型设计方法设计的特高压换 流变压器缩比模型，其特征在于：所述的缩比模型的绕组结构为两芯四柱式，网侧绕组在 内，阀侧绕组在外，两芯并联连接。
5. 根据权利要求4所述的特高压换流变压器缩比模型，其特征在于：考虑实际制造因 素，如果长、宽尺寸完全按照缩比因子缩比，如果导线的宽度过小，则不易绕制，甚至没有合 适的导线进行缩比模型的制作，故需适当改变导线的长宽比例，以电流密度一致为参考标 准进行缩比。
6. 根据权利要求4所述的特高压换流变压器缩比模型，其特征在于：所述的缩比模型 的绕组的绕制方式要与原模型相同，其网侧绕组采用内屏蔽绕组，其阀侧绕组采用螺旋绕 组。
7.根据权利要求4所述的特高压换流变压器缩比模型，其特征在于：所述的缩比模型 的选材需保证缩比模型和原模型材料介电常数和磁导率完全相同，以保证缩比模型和原模 型的电气特性一致。
【文档编号】G01R31/00GK104090190SQ201410351728
【公开日】2014年10月8日 申请日期:2014年7月22日 优先权日:2014年7月22日
【发明者】普子恒, 杜志叶, 谢齐家, 汪涛, 张亚东, 李金亮 申请人:武汉大学