220kV电力变压器短路动力学性能分析

电力变压器突发三相同时短路时,短路电流对变压器绕组动稳定性影响重大。笔者针对一台220 kV等级电力变压器,基于有限元电磁—结构耦合计算,运用动力学原理,研究短路电磁力作用下的低压绕组机械强度及变形过程。在电磁分析中,计算了各绕组的轴向和辐向电磁力,确定绕组中承受电磁力最大的线饼;在辐向应力应变分析中,以电磁力为激励,对选定绕组进行瞬态动力学计算,得出线圈的辐向动态应力及位移;在绕组轴向振动分析时,考虑线饼间绝缘垫块弹性模量,分析线饼轴向动态力和轴向位移。分析结果为变压器绕组短路强度校核提供参考依据。     

变压器绕组轴向振动模型及固有振动特性影响因素研究

大型电力变压器绕组的固有振动特性影响其在短路冲击电流下的振动响应及抗短路能力。为了弄清楚固有振动特性与绕组机械参数间的关系,文中建立了计及压板和线圈的绕组轴向振动“质量—弹簧—阻尼”模型,提出了等效质量、刚度和固有振动特性的计算方法。在此基础上,分析了一台SFSZ8-40000/110变压器低压绕组的模态频率和振型,研究了垫块弹性模量、数量和端圈垫块厚度等因素对绕组固有振动特性的影响规律。研究结果表明,绕组各阶轴向振动模态频率之间满足倍数关系,各阶频率对应的振型为绕组不同位置线饼沿轴向的同向和反向振动;模态频率随垫块弹性模量、数量的增大而增大,端部振动位移随端圈垫块厚度的增大而增大。研究结论可为进一步计算绕组动态响应和抗短路能力校核提供重要依据。     

不同温度下变压器绕组材料弹性模量及短路轴向力学性能研究

变压器绕组材料弹性模量对其短路轴向力学性能及动稳定性有重要影响。采用动态热机械分析仪测量分析了绕组垫块弹性模量随温度的变化规律,并通过理论计算得到了铜导线弹性模量随温度的变化规律。在此基础上,以一台110kV电压等级的变压器为例,基于有限元电磁-结构耦合计算,研究了短路电流峰值时刻绕组漏磁场分布及轴向力学性能。结果表明:垫块和铜导线的弹性模量均随温度的升高而减小;在轴向短路电磁力的作用下,高、低压绕组同时受到从两端向中部的压缩作用,绕组两端的轴向位移最大,中部线饼的位移较小,应力最大值出现在中部线饼处,且高压绕组的最大位移和最大应力均小于低压绕组;突发短路时绕组的平均温度越高,其最大轴向位移越大,最大应力越小。     

电力变压器绕组短路力三维动态仿真

针对短路时电力变压器绕组易发生形变,绝缘受损问题,通过三维磁场瞬态分析方法对其绕组进行计算以获取每个线饼上的瞬态短路电磁力,之后采用电磁场与结构场耦合的方法对绕组及垫块进行三维结构场瞬态分析以获取每个线饼及垫块在短路过程中的变形及应力分布情况,本文分析了一台电力变压器,建立了由铁心、绕组、垫块、撑条组成的电力变压器器身振动的仿真模型。该方法有助于更准确计算变压器绕组在短路过程中内部磁场分布规律及线饼、垫块在电磁力作用下的变形及应力分布情况,为研究类似问题提供了依据。     

短路条件下变压器器身轴向振动的分析

基于电力变压器绕组轴向振动的质量弹簧系统数学模型并考虑变压器绕组的轴向振动的非线性特点,简化计算模型。本文针对一台型号为DFP1-240MVA/500kV的电力变压器,建立了由铁心、绕组、垫块、夹件和拉板组成的电力变压器器身振动的仿真模型,分别计算了变压器绕组和器身在不同轴向预紧力作用下的固有频率和振动型态,得出了轴向预紧力的变化与其轴向振动固有频率变化之间的关系。同时对短路条件下绕组轴向动态短路力所产生的器身轴向振动进行了分析。分析结果表明:短路时存在以50Hz和100Hz为基频的短路力,如果变压器的固有频率接近这两种频率及其倍频,会发生谐振,使振动位移变大,降低变压器结构的稳定性。     

轴向预紧力对特大型变压器绕组振动的影响

建立了变压器绕组轴向振动模型,计算分析了不同轴向预紧力条件下绕组对压板作用力及线饼位移分布的变化规律。     

变压器短路损坏的主要形式

正(1)轴向失稳。这种损坏主要是在辐向漏磁产生的轴向电磁力作用下,导致变压器绕组轴向变形。(2)线饼上下弯曲变形。这种损坏是由于两个轴向垫块间的导线在轴向电磁力作用下,因弯矩过大产生永久性变形,通常两饼间的变形是对称的。(3)绕组或线饼倒塌。这种损坏是由于导线在轴向力作     

重合闸短路冲击下变压器绕组轴向强度计算与分析

本文中作者以一台型号为SSZ11-50MVA/110kV电力变压器为研究对象,首先搭建了变压器短路故障模型,计算其在初次短路及重合闸后短路电流瞬变过程,研究不同重合闸初相角、剩磁下变压器短路电流瞬变特点;然后,基于有限元法,对其漏磁场进行分析与计算,得到绕组轴向力变化规律;最后,通过模态分析,计算变压器绕组固有频率,给出变压器可作静态校核的依据,进一步计算短路及重合闸后绕组线饼在轴向力分别作用下的位移分布特点。计算结果表明,初次短路和重合闸短路下,高压绕组最大轴向位移分别为1.56mm和3.32mm,中压绕组的最大轴向位移分别为2.37mm和3.14mm,在重合闸短路冲击下变压器绕组稳定性有所降低,其位移形变量更大,易发生轴向失稳。     

短路条件下电力变压器绕组轴向振动分析

近年来电力变压器损坏的事故呈上升趋势,部分短路事故表现为绕组在短路轴向力作用下出现松动和变形。本文对变压器短路时绕组的轴向稳定性进行了理论上的研究,建立了绕组轴向振动多自由度数学模型,计算分析了绕组轴向振动动态响应特性,讨论了绕组轴向稳定性的影响因素,提出了增强绕组轴向稳定性的措施方法。     

计及磁—机耦合效应的变压器绕组短路振动特性研究

变压器短路过程中线圈位置的变化可影响漏磁场和绕组受力。为研究绕组电磁力和振动之间的耦合作用,文中基于镜像法,建立了变压器绕组漏磁场和电磁力的计算模型,计算了短路冲击下漏磁场和电动力分布。基于绕组弹簧—阻尼轴向振动模型,研究线饼的位移对绕组受力的影响,构建了变压器短路振动的电—磁—机械耦合模型。最后分析了短路电流和压紧力对振动响应的影响。计算结果表明,考虑耦合后,振动信号在频域上表现出较高的分散性,相较于静态计算,动态计算短路力修正系数为1.196。文中提及的短路振动分析模型,有助于形成变压器抗短路能力的动态评估方法,有效提升在运变压器的运行可靠性。     

基于“场-路”耦合有限元分析法的变压器短路电抗仿真的研究

短路电抗法是检测电力变压器绕组变形的有效方法之一,开展变压器短路电抗的仿真计算研究,对于获取各种绕组变形故障时的特征信息具有重要意义。基于实验室中一台模型变压器的结构参数,分别建立了绕组正常及存在匝间短路故障时的有限元仿真模型,利用"磁-路"耦合的方法对变压器的漏磁场和漏感参数进行了计算,分析了绕组变形位置与变压器漏磁场之间的关系,并与在模型变压器上的实验结果进行了对比,结果表明:绕组内部发生匝间短路故障时,在径向中部的匝间短路对漏磁场的影响较大,而在轴向中层绕组的匝间短路对漏磁场的影响较小。研究成果对于指导短路电抗法的现场应用和绕组故障的检测提供了一定的理论依据。     

新型换流变压器绕组电磁力的分析计算

为充分了解新型换流变压器的内部漏磁场分布和各绕组受力情况,基于边单元法建立了新型换流变压器的三维有限元模型,采用非线性求解,精确分析了变压器在稳态和短路条件下的三维漏磁场分布,并获得各绕组两种工况下的轴向和径向漏磁感应强度的分布情况;采用电磁力计算方法分析计算了新型换流变压器在稳态和短路条件下的各绕组的电磁力。该方法可完全避开传统电磁力计算方法的局限性,适用于同心式、交错式和矩形等多种绕组结构,可为变压器的绕组及垫块设计和制造、绕组承受短路的稳态、动态特性分析和绕组故障分析提供科学数据,具有一定的理论和工程应用价值。     

变压器绕组变形在线监测算法的改进

国内外的研究和统计表明,变压器绕组变形是电力系统安全运行的一大隐患,通过测量变压器绕组短路电抗来判断变压器绕组是否变形是一种有效方法。利用在线测量变压器原、次边的电压和电流量,采用递推最小二乘法(RLS)辨识变压器的短路阻抗的方法来进行变压器绕组变形在线监测。通过仿真测试结果表明,该方法能有效监测变压器绕组变形。     

基于有限元法电力变压器绕组的短路电动力分析

当电力变压器遭受短路故障时,短路瞬变电流导致绕组承受巨大的电动力,可能会造成绕组的变形,甚至使变压器发生绝缘和机械故障,因此计算短路电动力大小、探究其分布特点有助于预测短路后变压器绕组的变形情况,对变压器设计具有参考价值。文章通过有限元软件ANSYS Maxell建立三相变压器的二维和三维模型,并利用该模型分析三相短路后绕组轴向和辐向电动力。利用有限元法仿真得到的短路电流结果与公式计算的电流结果具有高度一致性,这充分说明有限元模型及其计算方法的可靠性。仿真结果表明,绕组两端受轴向力最大,辐向力最小;中部受辐向力最大,轴向力最小。     

变压器绕组轴向预紧力对绕组轴向振动特性的影响

根据变压器绕组的实际结构特点,建立了绕组轴向振动数学模型,研究了变压器适中时绕组轴向振动的非线性特性,分析了不同绕组预紧力下线饼轴向位移量、绕组对端压板的作用力随 适中电流、绕组分接区大小的变化规律。     

电力变压器绕组状态实时监测算法

为及时发现电力变压器绕组变形等潜伏性故障,需要实时监测变压器绕组的状态。建立了变压器绕组的数学模型,利用变压器原、次边的电压、电流信号对变压器的短路阻抗进行在线辨识。其方法是:实时采集模型变压器原、次边的电压、电流信号后,针对电压、电流传感器采集信号的特点,应用小波变换除去噪声,再利用基于离散傅里叶变换的高精度相位识别法辨识各正弦量间的相位差,得到各负载情况下变压器绕组等效电路的短路阻抗。利用模型三相变压器搭建的变压器绕组状态监测平台进行实验,结果表明,变压器绕组未发生状态改变时,不同负载情况下短路阻抗的辨识差别不超过0.64%;若变压器绕组发生变形及匝间短路等故障,短路阻抗的变化量达到5.6%以上,证明所提出的监测算法是有效的。     

大型电力变压器绕组轴向非线性振动研究

建立了变压器绕组安匝不平衡时轴向非线性振动数学模型 ,计算分析了短路条件下绕组轴向振动位移、振幅、相位随时间的变化规律 ,讨论了轴向预紧力等因素对绕组轴向动态特性的影响。说明保持绕组轴向压紧可以增强绕组的轴向稳定性和对短路的承受力。     

定子错位型混合励磁轴向磁通切换电机容错控制策略研究

定子错位型混合励磁轴向磁通切换(twisted-stator hybrid axial field flux-switching,TS-HAFFS)电机,具有轴向尺寸短、转矩密度大、调节范围宽、容错能力强等优点,适用于电动汽车驱动系统。为提高电驱动在系统故障状态下的运行性能,基于一台三相6/10极TS-HAFFS电机,提出一种基于恒定磁动势法的励磁绕组容错控制策略,并分别对电枢绕组容错策略和励磁绕组容错策略下TS-HAFFS电机控制系统进行仿真研究与实验验证。仿真与实验结果表明,单相绕组开路故障时2种方法均可维持电机转速、转矩基本不变,保证系统带故障运行的稳定性。相比于电枢绕组容错策略,采用励磁绕组容错控制的TS-HAFFS电机容错控制系统具有更广泛的应用场景和更好的系统性能,适用于电动汽车调速控制。     

漏电抗的参数辨识技术在线监测变压器绕组变形的研究

短路电抗法是检测电力变压器绕组变形的有效方法之一,在线检测变压器短路电抗变化对随时获取绕组的健康状况具有重要意义。为了实现变压器绕组的在线监测,基于一台模型变压器,以变压器回路方程作为参数辨识模型,利用递推的最小二乘算法对绕组漏电感参数进行实时辨识。分析和计算了测量系统产生的误差,提出了采用类似模糊神经网络的方法对PT和CT进行补偿。通过对比在线测量值与离线测量值的结果,表明该测量系统具有良好的准确性与稳定性,变压器的运行状态对测量结果影响很小,能够为实际运行中的变压器的绕组状况提供实时准确的指示。