一种直流偏磁下单相变压器铁芯振动计算方法及系统

本公开涉及电气设备安全计算，具体涉及一种直流偏磁下单相变压器铁芯振动计算方法及系统。

背景技术：

1、本部分的陈述仅仅是提供了与本公开相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。

2、当电力变压器绕组中流入直流电流时，变压器将处于非正常的直流偏磁状态。造成变压器直流偏磁状态的原因主要有两个：一是地磁风暴引起大地表面电位变化，进而出现频率较低(大约在0.001～1hz)的地磁感应电流。二是在高压直流输电线路中，当采用单极性大地回线运行方式，或双极性运行方式出现不对称的情况，也将在大地中产生直流电流。以上两种电流会流入中性点接地的变压器绕组中，产生直流偏磁。

3、直流偏磁会使变压器的铁芯迅速达到饱和状态，对变压器本体及电力系统产生许多不良影响。例如，变压器的励磁电流波形畸变严重；铁芯振动加剧、噪声增大、损耗增加；同时，铁芯的饱和状态也会使漏磁通增大，引起变压器金属结构局部温度的升高；此外，直流偏磁现象还会造成电力系统继电保护装置误动作等。总之，直流偏磁不但影响变压器本体的正常工作，还会危害到整个电力系统的运行安全，因此，变压器的直流偏磁现象不容忽视。而直流偏磁磁场会加剧变压器的振动与噪声，而振动噪声的主要来源是铁芯的磁致伸缩，获取磁致伸缩特性可以通过计算变压器铁芯的振动加速度，但是现有的计算方式中往往忽略了变压器的铁芯的磁滞特性以及变压器的励磁电流等因素的影响，而且计算的误差比较大，速度相对较慢。

技术实现思路

1、本公开为了解决上述问题，提出了一种直流偏磁下单相变压器铁芯振动计算方法及系统，通过建立直流偏磁下单相变压器的传输线模型，采用牛顿-拉夫逊迭代方法对其电磁特性进行计算，得到不同偏磁磁场下的磁致伸缩特性，进一步计算变压器铁芯的振动加速度，最终得到磁致伸缩特性和振动加速度随直流电流的变化规律。

2、根据一些实施例，本公开采用如下技术方案：

3、一种直流偏磁下单相变压器铁芯振动计算方法，包括：

4、根据变压器实际结构参数，构建直流偏磁下的单相变压器电路模型以及直流偏磁下单相变压器的传输线模型；

5、增加附加绕组与一、二次绕组分别互感，并计算三个绕组的自感值以及各绕组之间的互感值；

6、根据非线性电感的传输线理论，将直流偏磁下单相变压器的传输线模型进行等效，获取直流偏磁下单相变压器的传输线模型等效电路；

7、将单相变压器的传输线模型结合jiles-atherton理论，利用牛顿-拉夫逊迭代方法进行求解并仿真。

8、根据一些实施例，本公开采用如下技术方案：

9、一种直流偏磁下单相变压器铁芯振动计算系统，包括：

10、模型构建模块，用于根据变压器实际结构参数，构建直流偏磁下的单相变压器电路模型以及直流偏磁下单相变压器的传输线模型；

11、振动加速度计算模块，用于增加附加绕组与一、二次绕组分别互感，并计算三个绕组的自感值以及各绕组之间的互感值；根据非线性电感的传输线理论，将直流偏磁下单相变压器的传输线模型进行等效，获取直流偏磁下单相变压器的传输线模型等效电路；将单相变压器的传输线模型结合jiles-atherton理论，利用牛顿-拉夫逊迭代方法进行求解并仿真。

12、根据一些实施例，本公开采用如下技术方案：

13、一种计算机可读存储介质，其中存储有多条指令，所述指令适于由终端设备的处理器加载并执行所述的一种直流偏磁下单相变压器铁芯振动计算方法。

14、根据一些实施例，本公开采用如下技术方案：

15、一种终端设备，包括处理器和计算机可读存储介质，处理器用于实现各指令；计算机可读存储介质用于存储多条指令，所述指令适于由处理器加载并执行所述的一种直流偏磁下单相变压器铁芯振动计算方法。

16、与现有技术相比，本公开的有益效果为：

17、本公开充分考虑了一、二次绕组的漏感效应、铜耗以及铁芯饱和、磁滞效应与涡流损耗，建立了直流偏磁下单相变压器的传输线模型，该模型将微分形式的变压器数学模型离散为代数形式，利用该模型可以准确、快速地得到直流偏磁下变压器铁芯的磁致伸缩特性，进一步计算其振动加速度，该方法比传统的变压器计算方法误差更小、计算更精确、计算速度更快，从而能够准确分析由直流偏磁引起的变压器磁致伸缩特性和铁芯振动问题。

技术特征：

1.一种直流偏磁下单相变压器铁芯振动计算方法，其特征在于，包括：

2.如权利要求1所述的一种直流偏磁下单相变压器铁芯振动计算方法，其特征在于，所述直流偏磁下单相变压器模型中考虑了一、二次绕组的漏感效应、铜耗以及铁芯饱和、磁滞效应与涡流损耗。

3.如权利要求2所述的一种直流偏磁下单相变压器铁芯振动计算方法，其特征在于，所述涡流损耗通过增加一个含有电阻的单匝线圈的附加绕组替代。

4.如权利要求1所述的一种直流偏磁下单相变压器铁芯振动计算方法，其特征在于，计算三个绕组的自感值以及各绕组之间的互感值时包括：计算电阻的大小，根据直流偏磁下单相变压器的电路方程式，分别计算三个绕组的自感值以及各个绕组之间的互感值。

5.如权利要求1所述的一种直流偏磁下单相变压器铁芯振动计算方法，其特征在于，根据非线性电感的传输线理论，将直流偏磁下单相变压器的传输线模型进行等效的过程为：根据非线性电感的传输线理论模型，将电路方程式中的微分项进行离散，获得直流偏磁下单相变压器的传输线模型等效电路。

6.如权利要求1所述的一种直流偏磁下单相变压器铁芯振动计算方法，其特征在于，将单相变压器的传输线模型结合jiles-atherton理论，利用牛顿-拉夫逊迭代方法进行求解并仿真的过程为：考虑单相变压器铁芯的磁滞特性，结合jiles-atherton模型，通过jacobean矩阵迭代求出电流，然后计算磁场强度以及磁感应强度，求解由于铁芯磁致伸缩引起的形变，根据磁致伸缩形变获得铁芯振动加速度。

7.一种直流偏磁下单相变压器铁芯振动计算系统，其特征在于，包括：

8.如权利要求7所述的一种直流偏磁下单相变压器铁芯振动计算系统，其特征在于，求解直流偏磁下单相变压器磁致伸缩特性和振动加速度，获得磁致伸缩特性和振动加速度随直流电流的变化规律。

9.一种计算机可读存储介质，其特征在于，其中存储有多条指令，所述指令适于由终端设备的处理器加载并执行权利要求1-6中任一项所述的一种直流偏磁下单相变压器铁芯振动计算方法。

10.一种终端设备，其特征在于，包括处理器和计算机可读存储介质，处理器用于实现各指令；计算机可读存储介质用于存储多条指令，所述指令适于由处理器加载并执行如权利要求1-7中任一项所述的一种直流偏磁下单相变压器铁芯振动计算方法。

技术总结
本公开提供了一种直流偏磁下单相变压器铁芯振动计算方法及系统，包括根据变压器实际结构参数，构建直流偏磁下的单相变压器模型以及直流偏磁下单相变压器的传输线模型；增加附加绕组与一、二次绕组分别互感，并计算三个绕组的自感值以及各绕组之间的互感值；根据非线性电感的传输线理论，将直流偏磁下单相变压器的传输线模型进行等效，获取直流偏磁下单相变压器的传输线模型等效电路；将单相变压器的传输线模型结合Jiles‑Atherton理论，利用牛顿‑拉夫逊迭代方法进行求解并仿真。该计算方法误差更小、计算更精确、计算速度更快，从而能够准确地分析由直流偏磁引起的变压器磁致伸缩特性和铁芯振动问题。

技术研发人员：董霞,俞晓冬,马凤英,张金烽,卞朋,李鹏,王立云
受保护的技术使用者：齐鲁工业大学（山东省科学院）
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13