一种变压器入口电容计算方法及装置与流程

1.本技术涉及变压器技术领域，尤其涉及一种变压器入口电容计算方法及 装置。


背景技术：

2.特高压输电具有远距离、大容量、低损耗的优势，特高压变压器作为特 高压输电系统的核心设备，其局部放电试验直接关系到整个输电系统的安全。 目前，通过现场的长时交流感应耐压试验能够及时发现变压器运输和生产、 安装导致的绝缘缺陷，对变压器的安全投运具有重要意义。但由于高电压、 大容量变压器，以往运用发电机组进行局部放电试验的方法往往无法达到试 验要求，而以并联谐振法原理设计的变频电源并没有这方面的限制，因而现 场试验往往使用该方法对变压器进行试验。
3.一般高电压大型电力变压器感应耐压(局放)试验中，试品电流呈容性， 由于各绕组之间感应电压不同，同一绕组电压(对地)按匝数分配，绕组之 间及绕组对地电容呈分布参数，所以试品中电容电流分布较复杂；但是从变 压器外部看，电容跨接在变压器励磁端口间，故称之为变压器在励磁状态下 的入口电容，其数值与各绕组之间及绕组对地的几何电容、变压器励磁时各 绕组之间及绕组对地的电压有关，为此，若采取并联谐振的试验方式就必须 知道该变压器的入口电容值。
4.现有技术中通过经典电容能量计算公式计算，应用公式时，对不同电极 间距离、材料参数做了简化，并且无法考虑非经典正对情况下的电容计算， 因此，现有技术仅能实现变压器电容的计算，无法做到准确计算变压器在励 磁状态下的入口电容。


技术实现要素：

5.本技术提供了一种变压器入口电容计算方法及装置，其目的在于，如何 准确计算变压器在励磁状态下的入口电容。
6.为了实现上述目的，本技术提供了以下技术方案：
7.一种变压器入口电容计算方法，包括：
8.基于电磁仿真软件和软件编程联合计算变压器线圈与油箱间的幅向电容 值和变压器线圈与油箱、铁心铁轭间的轴向电容值；
9.将所述幅向电容值和所述轴向电容值进行等效处理，等效为材料的介电 常数；
10.通过预设变压器二维轴对称几何模型，添加材料及等效材料参数，施加 设定工况的激励条件，以计算不同端口间所述变压器的入口电容值。
11.进一步的，所述基于电磁仿真软件和软件编程联合计算变压器线圈与油 箱间的幅向电容值，包括：
12.采用二维有限元电场数值计算方法，得到变压器线圈与油箱间的储能；
13.将所述变压器线圈与油箱间的储能进行转化，得到所述变压器线圈与油 箱间的幅向电容值。
14.进一步的，所述采用二维有限元电场数值计算方法，得到变压器线圈与 油箱间的
储能，包括：
15.根据所述变压器的结构特点，按照所述变压器最外层线圈和油箱内壁的 实际尺寸建立变压器线圈与油箱幅向几何电容及等效介电常数的二维平面计 算模型；
16.将所述变压器的最外层线圈设置为单位电压的激励源，以油箱内壁、旁 柱为接地边界条件，对所述二维平面计算模型进行二维稳态场计算，得到所 述变压器线圈与油箱间的储能。
17.进一步的，所述基于电磁仿真软件和软件编程联合计算变压器线圈与油 箱、铁心铁轭间的轴向电容值，包括：
18.采用二维有限元电场数值计算方法，得到变压器线圈与油箱、铁心铁轭 间的轴向储能；
19.将所述变压器线圈与油箱、铁心铁轭间的轴向储能进行转化，得到所述 变压器线圈与油箱、铁心铁轭间的幅向电容值。
20.进一步的，所述采用二维有限元电场数值计算方法，得到变压器线圈与 与油箱、铁心铁轭间的轴向储能，包括：
21.根据所述变压器的结构特点，按照所述变压器线圈和铁轭的实际尺寸分 别建立变压器线圈与铁心铁轭轴向几何电容及等效介电常数的二维轴对称计 算模型和变压器线圈与油箱轴向几何电容及等效介电常数的二维轴对称计算 模型；
22.将所述变压器线圈设置为单位电压的激励源，以铁心铁轭为接地边界条 件，对所述变压器线圈与铁心铁轭轴向几何电容及等效介电常数的二维轴对 称计算模型和所述变压器线圈与油箱轴向几何电容及等效介电常数的二维轴 对称计算模型进行二维稳态场计算，得到所述变压器线圈与铁心铁轭间的储 能和所述变压器线圈与油箱间的储能；
23.根据所述变压器的铁心铁轭及油箱正对线圈面积的比例，对所述变压器 线圈与铁心铁轭间的储能和所述变压器线圈与油箱间的储能进行加权求和， 得到所述变压器线圈与与油箱、铁心铁轭间的轴向电容储能。
24.进一步的，所述通过预设变压器二维轴对称几何模型，添加材料及等效 材料参数，施加设定工况的激励条件，以计算不同端口间所述变压器的入口 电容值，包括：
25.根据所述变压器的铁心主柱、铁轭尺寸数据，建立所述预设变压器二维 轴对称几何模型；
26.依据试验条件在对应线圈上施加电压激励条件，并依据材料等效介电常 数及材料相关属性，设置不同区域的材料参数；
27.通过所述预设二维轴对称几何模型进行二维轴对称稳态计算，得到所述 变压器的储能；
28.根据所述变压器的储能计算得到不同端口间所述变压器的入口电容值。
29.一种变压器入口电容计算装置，包括：
30.第一处理单元，用于基于电磁仿真软件和软件编程联合计算变压器线圈 与油箱间的幅向电容值和变压器线圈与油箱、铁心铁轭间的轴向电容值；
31.第二处理单元，用于将所述幅向电容值和所述轴向电容值进行等效处理， 等效为材料的介电常数；
32.第三处理单元，用于通过预设变压器二维轴对称几何模型，添加材料及 等效材料
参数，施加设定工况的激励条件，以计算不同端口间所述变压器的 入口电容值。
33.进一步的，所述第一处理单元具体用于：
34.采用二维有限元电场数值计算方法，得到变压器线圈与油箱间的储能；
35.将所述变压器线圈与油箱间的储能进行转化，得到所述变压器线圈与油 箱间的幅向电容值。
36.进一步的，所述第一处理单元具体用于：
37.采用二维有限元电场数值计算方法，得到变压器线圈与油箱、铁心铁轭 间的轴向储能；
38.将所述变压器线圈与油箱、铁心铁轭间的轴向储能进行转化，得到所述 变压器线圈与油箱、铁心铁轭间的幅向电容值。
39.一种存储介质，所述存储介质包括存储的程序，其中，在所述程序运行 时控制所述存储介质所在的设备执行如上述所述的变压器入口电容计算方 法。
40.本技术所述的变压器入口电容计算方法及装置，通过基于电磁仿真软件 和软件编程联合计算变压器线圈与油箱间的幅向电容值和变压器线圈与油 箱、铁心铁轭间的轴向电容值；将所述幅向电容值和所述轴向电容值进行等 效处理，等效为材料的介电常数；通过预设变压器二维轴对称几何模型，添 加材料及等效材料参数，施加设定工况的激励条件，以计算不同端口间所述 变压器的入口电容值。通过本技术可以充分考虑不同结构的位置关系、尺寸 关系以及各种材料参数的不同对电容值的影响，从而准确计算变压器在励磁 状态下的入口电容。
附图说明
41.为了更清楚地说明本技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实 施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面 描述中的附图仅仅是本技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲， 在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
42.图1为本技术实施例公开的一种变压器入口电容计算方法的流程示意图；
43.图2为本技术实施例公开的变压器线圈与油箱间幅向几何电容及等效介 电常数计算模型的示意图；
44.图3为本技术实施例公开的变压器线圈与铁心铁轭间轴向几何电容及等 效介电常数计算模型的示意图；
45.图4为本技术实施例公开的变压器线圈与油箱间轴向几何电容及等效介 电常数计算模型的示意图；
46.图5为本技术实施例公开的一种变压器入口电容计算装置的结构示意图；
47.图6为本技术实施例公开的一种电子设备的结构示意图。
具体实施方式
48.本技术提供一种变压器入口电容计算方法及装置，采用二维有限元电场 数值计算方法，得到线圈与油箱间的储能，进而转化计算为幅向电容值，并 将其等效为材料的介电常数；采用二维有限元电场数值计算方法，得到线圈 与油箱、铁心铁轭间的储能，进而转
化计算为轴向电容值，并将其等效为材 料的介电常数。通过建立变压器二维几何模型，添加材料及等效材料参数， 施加合适工况的激励条件，以计算不同端口间入口电容值。
49.本技术提供的一种变压器入口电容计算方法及装置，其目的在于：如何 准确计算变压器在励磁状态下的入口电容。
50.下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行 清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本技术一部分实施例，而 不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做 出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
51.请参见附图1，为本技术实施例提供的一种变压器入口电容计算方法流程 示意图。如图1所示，本技术实施例提供了一种变压器入口电容计算方法， 该方法包括如下步骤：
52.s101：基于电磁仿真软件和软件编程联合计算变压器线圈与油箱间的幅 向电容值和变压器线圈与油箱、铁心铁轭间的轴向电容值；
53.本技术实施例中，上述所述基于电磁仿真软件和软件编程联合计算变压 器线圈与油箱间的幅向电容值，包括：
54.采用二维有限元电场数值计算方法，得到变压器线圈与油箱间的储能；
55.将所述变压器线圈与油箱间的储能进行转化，得到所述变压器线圈与油 箱间的幅向电容值。
56.进一步的，上述所述采用二维有限元电场数值计算方法，得到变压器线 圈与油箱间的储能，包括：
57.根据所述变压器的结构特点，按照所述变压器最外层线圈和油箱内壁的 实际尺寸建立变压器线圈与油箱幅向几何电容及等效介电常数的二维平面计 算模型；如图2所示，在建立模型时，需通过材料编辑器定义线圈与油箱间 材料。
58.将所述变压器的最外层线圈设置为单位电压的激励源，以油箱内壁、旁 柱为接地边界条件，对所述二维平面计算模型进行二维稳态场计算，得到所 述变压器线圈与油箱间的储能。
59.本技术实施例中，上述所述基于电磁仿真软件和软件编程联合计算变压 器线圈与油箱、铁心铁轭间的轴向电容值，包括：
60.采用二维有限元电场数值计算方法，得到变压器线圈与油箱、铁心铁轭 间的轴向储能；
61.将所述变压器线圈与油箱、铁心铁轭间的轴向储能进行转化，得到所述 变压器线圈与油箱、铁心铁轭间的幅向电容值。
62.进一步的，上述所述采用二维有限元电场数值计算方法，得到变压器线 圈与与油箱、铁心铁轭间的轴向储能，包括：
63.根据所述变压器的结构特点，按照所述变压器线圈和铁轭的实际尺寸分 别建立变压器线圈与铁心铁轭轴向几何电容及等效介电常数的二维轴对称计 算模型和变压器线圈与油箱轴向几何电容及等效介电常数的二维轴对称计算 模型；如图3所示，在建立模型时，需通过材料编辑器定义线圈与油箱间材 料
64.将所述变压器线圈设置为单位电压的激励源，以铁心铁轭为接地边界条 件，对所
述变压器线圈与铁心铁轭轴向几何电容及等效介电常数的二维轴对 称计算模型和所述变压器线圈与油箱轴向几何电容及等效介电常数的二维轴 对称计算模型进行二维稳态场计算，得到所述变压器线圈与铁心铁轭间的储 能和所述变压器线圈与油箱间的储能；
65.根据所述变压器的铁心铁轭及油箱正对线圈面积的比例，对所述变压器 线圈与铁心铁轭间的储能和所述变压器线圈与油箱间的储能进行加权求和， 得到所述变压器线圈与与油箱、铁心铁轭间的轴向电容储能。
66.需要说明的是，通过本步骤可以计算得到变压器线圈上部等效材料介电 常数μ2和下部等效材料介电常数μ3。
67.s102：将所述幅向电容值和所述轴向电容值进行等效处理，等效为材料 的介电常数；
68.需要说明的是，假设最外层线圈与入口电容轴对称计算模型最外侧接地 边界间的距离为l，求得变压器线圈与油箱间幅向等效材料介电常数μ1。
69.进一步的，通过本步骤可以计算得到变压器线圈上部等效材料介电常数 μ2和下部等效材料介电常数μ3。
70.s103：通过预设变压器二维轴对称几何模型，添加材料及等效材料参数， 施加设定工况的激励条件，以计算不同端口间所述变压器的入口电容值。
71.进一步的，上述所述通过预设变压器二维轴对称几何模型，添加材料及 等效材料参数，施加设定工况的激励条件，以计算不同端口间所述变压器的 入口电容值，具体为：
72.根据所述变压器的铁心主柱、铁轭尺寸数据，建立所述预设变压器二维 轴对称几何模型，如图3所示。需要说明的是，本技术实施例中，需要根据 线圈参数，确定线圈在计算模型中的位置、线圈尺寸，并绘制线圈二维轴对 称几何模型，如图3所示。
73.依据试验条件在对应线圈上施加电压激励条件，并依据材料等效介电常 数及材料相关属性，设置不同区域的材料参数；
74.通过所述预设二维轴对称几何模型进行二维轴对称稳态计算，得到所述 变压器的储能；
75.根据所述变压器的储能计算得到不同端口间所述变压器的入口电容值。
76.本技术实施例提供的变压器入口电容计算方法，通过基于电磁仿真软件 和软件编程联合计算变压器线圈与油箱间的幅向电容值和变压器线圈与油 箱、铁心铁轭间的轴向电容值；将所述幅向电容值和所述轴向电容值进行等 效处理，等效为材料的介电常数；通过预设变压器二维轴对称几何模型，添 加材料及等效材料参数，施加设定工况的激励条件，以计算不同端口间所述 变压器的入口电容值。通过本技术实施例可以充分考虑不同结构的位置关系、 尺寸关系以及各种材料参数的不同对电容值的影响，从而准确计算变压器在 励磁状态下的入口电容。
77.请参阅图5，基于上述实施例公开的一种变压器入口电容计算方法，本实 施例对应公开了一种变压器入口电容计算装置，该装置包括：
78.第一处理单元501，用于基于电磁仿真软件和软件编程联合计算变压器线 圈与油箱间的幅向电容值和变压器线圈与油箱、铁心铁轭间的轴向电容值；
79.第二处理单元502，用于将所述幅向电容值和所述轴向电容值进行等效处 理，等效为材料的介电常数；
80.第三处理单元503，用于通过预设变压器二维轴对称几何模型，添加材料 及等效材料参数，施加设定工况的激励条件，以计算不同端口间所述变压器 的入口电容值。
81.进一步的，所述第一处理单元501具体用于：
82.采用二维有限元电场数值计算方法，得到变压器线圈与油箱间的储能；
83.将所述变压器线圈与油箱间的储能进行转化，得到所述变压器线圈与油 箱间的幅向电容值。
84.进一步的，所述第一处理单元501具体用于：
85.采用二维有限元电场数值计算方法，得到变压器线圈与油箱、铁心铁轭 间的轴向储能；
86.将所述变压器线圈与油箱、铁心铁轭间的轴向储能进行转化，得到所述 变压器线圈与油箱、铁心铁轭间的幅向电容值。
87.所述变压器入口电容计算装置包括处理器和存储器，上述各个单元均作 为程序单元存储在存储器中，由处理器执行存储在存储器中的上述程序单元 来实现相应的功能。
88.处理器中包含内核，由内核去存储器中调取相应的程序单元。内核可以 设置一个或以上，通过调整内核参数来达到准确计算变压器在励磁状态下的 入口电容。
89.本技术实施例提供了一种存储介质，其上存储有程序，该程序被处理器 执行时实现所述变压器入口电容计算方法。
90.本技术实施例提供了一种处理器，所述处理器用于运行程序，其中，所 述程序运行时执行所述变压器入口电容计算方法。
91.为了充分保护本技术的发明思想，本技术实施例还提供了一种电子设备， 如图6所示，该电子设备60包括至少一个处理器601、以及与所述处理器连 接的至少一个存储器602、总线603；其中，所述处理器601、所述存储器602 通过所述总线603完成相互间的通信；处理器601用于调用所述存储器602 中的程序指令，以执行上述的所述变压器入口电容计算方法。
92.本文中的电子设备可以是服务器、pc、pad、手机等。
93.本技术还提供了一种计算机程序产品，当在数据处理设备上执行时，适 于执行初始化有如下方法步骤的程序：
94.基于电磁仿真软件和软件编程联合计算变压器线圈与油箱间的幅向电容 值和变压器线圈与油箱、铁心铁轭间的轴向电容值；
95.将所述幅向电容值和所述轴向电容值进行等效处理，等效为材料的介电 常数；
96.通过预设变压器二维轴对称几何模型，添加材料及等效材料参数，施加 设定工况的激励条件，以计算不同端口间所述变压器的入口电容值。
97.进一步的，所述基于电磁仿真软件和软件编程联合计算变压器线圈与油 箱间的幅向电容值，包括：
98.采用二维有限元电场数值计算方法，得到变压器线圈与油箱间的储能；
99.将所述变压器线圈与油箱间的储能进行转化，得到所述变压器线圈与油 箱间的幅向电容值。
100.进一步的，所述采用二维有限元电场数值计算方法，得到变压器线圈与 油箱间的储能，包括：
101.根据所述变压器的结构特点，按照所述变压器最外层线圈和油箱内壁的 实际尺寸建立变压器线圈与油箱幅向几何电容及等效介电常数的二维平面计 算模型；
102.将所述变压器的最外层线圈设置为单位电压的激励源，以油箱内壁、旁 柱为接地边界条件，对所述二维平面计算模型进行二维稳态场计算，得到所 述变压器线圈与油箱间的储能。
103.进一步的，所述基于电磁仿真软件和软件编程联合计算变压器线圈与油 箱、铁心铁轭间的轴向电容值，包括：
104.采用二维有限元电场数值计算方法，得到变压器线圈与油箱、铁心铁轭 间的轴向储能；
105.将所述变压器线圈与油箱、铁心铁轭间的轴向储能进行转化，得到所述 变压器线圈与油箱、铁心铁轭间的幅向电容值。
106.进一步的，所述采用二维有限元电场数值计算方法，得到变压器线圈与 与油箱、铁心铁轭间的轴向储能，包括：
107.根据所述变压器的结构特点，按照所述变压器线圈和铁轭的实际尺寸分 别建立变压器线圈与铁心铁轭轴向几何电容及等效介电常数的二维轴对称计 算模型和变压器线圈与油箱轴向几何电容及等效介电常数的二维轴对称计算 模型；
108.将所述变压器线圈设置为单位电压的激励源，以铁心铁轭为接地边界条 件，对所述变压器线圈与铁心铁轭轴向几何电容及等效介电常数的二维轴对 称计算模型和所述变压器线圈与油箱轴向几何电容及等效介电常数的二维轴 对称计算模型进行二维稳态场计算，得到所述变压器线圈与铁心铁轭间的储 能和所述变压器线圈与油箱间的储能；
109.根据所述变压器的铁心铁轭及油箱正对线圈面积的比例，对所述变压器 线圈与铁心铁轭间的储能和所述变压器线圈与油箱间的储能进行加权求和， 得到所述变压器线圈与与油箱、铁心铁轭间的轴向电容储能。
110.进一步的，所述通过预设变压器二维轴对称几何模型，添加材料及等效 材料参数，施加设定工况的激励条件，以计算不同端口间所述变压器的入口 电容值，包括：
111.根据所述变压器的铁心主柱、铁轭尺寸数据，建立所述预设变压器二维 轴对称几何模型；
112.依据试验条件在对应线圈上施加电压激励条件，并依据材料等效介电常 数及材料相关属性，设置不同区域的材料参数；
113.通过所述预设二维轴对称几何模型进行二维轴对称稳态计算，得到所述 变压器的储能；
114.根据所述变压器的储能计算得到不同端口间所述变压器的入口电容值。
115.本技术是根据本技术实施例的方法、设备(系统)、计算机程序产品的流 程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或 方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或 方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入 式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计 算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图 一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装 置。
116.在一个典型的配置中，设备包括一个或多个处理器(cpu)、存储器和总 线。设备还可以包括输入/输出接口、网络接口等。
117.存储器可能包括计算机可读介质中的非永久性存储器，随机存取存储器 (ram)和/或非易失性内存等形式，如只读存储器(rom)或闪存(flash ram)， 存储器包括至少一个存储芯片。存储器是计算机可读介质的示例。
118.计算机可读介质包括永久性和非永久性、可移动和非可移动媒体可以由 任何方法或技术来实现信息存储。信息可以是计算机可读指令、数据结构、 程序的模块或其他数据。计算机的存储介质的例子包括，但不限于相变内存 (pram)、静态随机存取存储器(sram)、动态随机存取存储器(dram)、 其他类型的随机存取存储器(ram)、只读存储器(rom)、电可擦除可编程 只读存储器(eeprom)、快闪记忆体或其他内存技术、只读光盘只读存储器 (cd
‑
rom)、数字多功能光盘(dvd)或其他光学存储、磁盒式磁带，磁带 磁磁盘存储或其他磁性存储设备或任何其他非传输介质，可用于存储可以被 计算设备访问的信息。按照本文中的界定，计算机可读介质不包括暂存电脑 可读媒体(transitory media)，如调制的数据信号和载波。
119.还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖 非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、商品或者设备不 仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这 种过程、方法、商品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由 语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括要素的过程、方法、商 品或者设备中还存在另外的相同要素。
120.本领域技术人员应明白，本技术的实施例可提供为方法、系统或计算机 程序产品。因此，本技术可采用完全硬件实施例、完全软件实施例或结合软 件和硬件方面的实施例的形式。而且，本技术可采用在一个或多个其中包含 有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、 cd
‑
rom、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
121.以上仅为本技术的实施例而已，并不用于限制本技术。对于本领域技术 人员来说，本技术可以有各种更改和变化。凡在本技术的精神和原理之内所 作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本技术的权利要求范围之内。