一种变压器零序阻抗计算方法和装置与流程

本发明涉及变压器，尤其涉及一种变压器零序阻抗计算方法和装置。

背景技术：

1、变压器是电力系统中最重要的设备之一，变压器能将电能从一个电压等级转换到另一个电压等级，以满足电力系统中不同电压等级的电力传输需求。电力系统实际运行中可能会出现三相负荷不平衡，此时变压器处于三相不对称运行模式下。变压器零序阻抗是指变压器在零序电流作用下的等效阻抗，它能准确反映变压器的各种三相不对称运行方式。变压器零序阻抗也是电力系统短路电流计算和继电保护整定的重要参数。考虑到零序阻抗的特殊性及其在电力系统继电保护中的重要作用，准确计算各种试验组合下变压器的零序阻抗具有重要意义。

2、变压器零序阻抗主要取决于磁路形式、绕组联结组、绕组相对位置和漏磁通道，还受变压器容量、电压等级和所用材料的影响，用解析法难以计算，需要等待变压器生产完成后通过试验测量获得精确的零序阻抗，效率低下且成本较高。变压器生产厂家往往根据类似结构的产品总结出零序阻抗与正序阻抗之间的关联系数，在变压器电磁计算或招投标阶段，尽管计算值与实测值往往存在一定的偏差，但仍可用于大致估算零序阻抗。对于新结构和新设计的产品，用于计算零序阻抗的经验系数需要进一步的统计分析，如果使用旧设计产品积累的经验系数来估计新结构的零序阻抗，会产生较大误差，同时，变压器产品出厂试验中一般仅会测量额定分接下的零序阻抗，而实际变压器运行中可能处于任意分接状态下，不同分接下的零序阻抗计算结果不同。因此，如何解决现有技术需要等待变压器生产完成后通过试验测量获得精确的零序阻抗，效率低下且成本较高的技术问题，以及现有技术在变压器设计阶段只能参考相近设计的变压器产品的测量值进行零序阻抗估算，一旦新的变压器的设计结构发生较大变化，会造成较大误差的技术问题。

技术实现思路

1、本发明提供了一种变压器零序阻抗计算方法和装置，用于解决现有技术需要等待变压器生产完成后通过试验测量获得精确的零序阻抗，效率低下且成本较高的技术问题，以及现有技术在变压器设计阶段只能参考相近设计的变压器产品的测量值进行零序阻抗估算，一旦新的变压器的设计结构发生较大变化，会造成较大误差的技术问题。

2、有鉴于此，本发明第一方面提供了一种变压器零序阻抗计算方法，包括以下步骤：

3、构建变压器的三维几何模型；

4、建立变压器的三维几何模型的求解域边界，并添加变压器的三维几何模型的各部件材料属性；

5、根据零序阻抗试验电路接线要求，对变压器的三维几何模型进行电路联结，并按指定的零序阻抗试验电路对变压器的三维几何模型施加电源激励；

6、对变压器的三维几何模型的求解域设置边界条件；

7、对已完成边界条件设置的变压器的三维几何模型计算涡流场；

8、根据涡流场计算结果计算变压器的零序阻抗。

9、可选地，构建变压器的三维几何模型之后，建立变压器的三维几何模型的求解域边界，并添加变压器的三维几何模型的各部件材料属性之前，还包括：

10、以变压器的铁心长轴方向的对称面为切面，将变压器的三维几何模型切割为两半，保留变压器的三维几何模型的一半；

11、根据涡流场计算结果计算变压器的零序阻抗，具体包括：根据涡流场计算结果计算变压器的零序阻抗，将计算得到的变压器零序阻抗乘以2，得到最终的变压器零序阻抗。

12、可选地，构建变压器的三维几何模型，包括：

13、根据变压器设计参数，保留对零序阻抗起决定性影响的部件，按1:1的比例构建变压器的三维几何模型，对零序阻抗起决定性影响的部件包括铁心、三相绕组、油箱磁屏蔽和油箱，三相绕组的绕组由内到外为低压绕组、中压绕组、高压绕组和调压绕组。

14、可选地，求解域为真空域或空气域。

15、可选地，对保留的变压器的三维几何模型的求解域设置边界条件，包括：

16、将对称面设置为奇对称边界，将保留的变压器的三维几何模型的其余求解域边界设置为自由边界。

17、可选地，采用伏安法计算变压器的零序阻抗，当采用伏安法计算变压器的零序阻抗时，零序阻抗的计算公式为：

18、

19、其中，zzero为零序阻抗，us为施加电源激励的电压有效值，is为激励电源输出电流的有效值。

20、可选地，采用能量法计算变压器的零序阻抗，当采用能量法计算变压器的零序阻抗时，零序阻抗的计算公式为：

21、

22、其中，zzero为零序阻抗，ω为施加电源激励的角频率，e为磁场能量，is为激励电源输出电流的有效值。

23、可选地，采用电感矩阵法计算变压器的零序阻抗，当采用电感矩阵法计算变压器的零序阻抗时，零序阻抗的计算公式为：

24、

25、其中，zzero(1-2)为绕组3开路、绕组1施加电源激励、绕组2短路时的零序阻抗，ω为施加电源激励的角频率，l11为绕组1的自感，l12为绕组1与绕组2的互感，l21为绕组2与绕组1的互感，l22为绕组2的自感，绕组1、绕组2和绕组3分别与低压绕组、中压绕组和高压绕组以一对一的方式任意对应。

26、可选地，当采用电感矩阵法计算变压器的零序阻抗时，零序阻抗的计算公式为：

27、

28、

29、其中，zzero(h-ml)为高压绕组对中压绕组/低压绕组的零序阻抗，zzero(m-hl)为中压绕组对高压绕组/低压绕组的零序阻抗，ω为施加电源激励的角频率，lhh为高压绕组的自感，lhm为高压绕组和中压绕组的互感，lml为中压绕组和低压绕组的互感，lmm为中压绕组的自感，lll为低压绕组的自感，lhl为高压绕组和低压绕组的互感。

30、本发明第二方面提供了一种变压器零序阻抗计算装置，包括以下模块：

31、三维模型构建模块，用于构建变压器的三维几何模型；

32、参数设置模块，用于建立变压器的三维几何模型的求解域边界，并添加变压器的三维几何模型的各部件材料属性；

33、电路联结模块，用于根据零序阻抗试验电路接线要求，对变压器的三维几何模型进行电路联结，并按指定的零序阻抗试验电路对变压器的三维几何模型施加电源激励；

34、边界设置模块，用于对变压器的三维几何模型的求解域设置边界条件；

35、涡流场计算模块，用于对已完成边界条件设置的变压器的三维几何模型计算涡流场；

36、零序阻抗计算模块，用于根据涡流场计算结果计算变压器的零序阻抗。

37、可选地，还包括：模型切割模块；

38、模型切割模块，用于以变压器的铁心长轴方向的对称面为切面，将变压器的三维几何模型切割为两半，保留变压器的三维几何模型的一半；

39、零序阻抗计算模块具体用于根据涡流场计算结果计算变压器的零序阻抗，将计算得到的变压器零序阻抗乘以2，得到最终的变压器零序阻抗。

40、可选地，三维模型构建模块具体用于：

41、根据变压器设计参数，保留对零序阻抗起决定性影响的部件，按1:1的比例构建变压器的三维几何模型，对零序阻抗起决定性影响的部件包括铁心、三相绕组、油箱磁屏蔽和油箱，三相绕组的绕组由内到外为低压绕组、中压绕组、高压绕组和调压绕组。

42、本发明第三方面提供了一种计算机设备，所述设备包括处理器以及存储器：

43、所述存储器用于存储程序代码，并将所述程序代码传输给所述处理器；

44、所述处理器用于根据所述程序代码中的指令执行第一方面任一种所述的变压器零序阻抗计算方法。

45、本发明第四方面提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质用于存储程序代码，所述程序代码用于执行第一方面任一种所述的变压器零序阻抗计算方法。

46、本发明第五方面提供了一种包括指令的计算机程序产品，当其在计算机上运行时，使得所述计算机执行第一方面任一种所述的变压器零序阻抗计算方法。

47、从以上技术方案可以看出，本发明提供的变压器零序阻抗计算方法具有以下优点：

48、本发明提供的变压器零序阻抗计算方法，首先构建变压器的三维几何模型并添加模型的部件材料属性，然后通过实际零序阻抗试验接线对变压器的三维几何模型进行电路联结和激励源施加，在求解域设置边界条件之后，对变压器的三维几何模型计算涡流场，根据涡流场计算结果计算变压器的零序阻抗。既保留了计算的精确度，又不需要等待变压器实际产品生产完成，可以方便地实现变压器的零序阻抗计算，解决了现有技术需要等待变压器生产完成后通过试验测量获得精确的零序阻抗，效率低下且成本较高的技术问题，以及现有技术在变压器设计阶段只能参考相近设计的变压器产品的测量值进行零序阻抗估算，一旦新的变压器的设计结构发生较大变化，会造成较大误差的技术问题。