基于"场-路"耦合法的电缆变压器轴向短路电磁力的计算

电缆变压器是一种以XLPE电缆作为绕组的新型干式变压器,电磁和短路特性仍是此类变压器的主要特性,考虑到其绕组的特殊结构,建立了电缆变压器漏磁场的"场一路"耦合模型,并针对一台带有调压线匝的电缆变压器的轴向短路电磁力进行计算,计算结果符合变压器短路特性的基本规律,为进一步计算此类变压器的电磁和短路特性打下基础.     

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。     

基于场路耦合法的高阻抗变压器设计与计算分析

针对短路电流过大引起的变压器损坏问题,文中基于一台220 kV三相三绕组有载调压变压器产品,提出了3种提高中—低压侧绕组短路阻抗的设计方案。首先,通过拆分中压绕组、调压绕组中置、高压绕组内置的方法增大中低绕组间的漏磁空道,实现了3种不同绕组结构的高阻抗变压器设计;然后,应用基于场路耦合的有限元法和漏磁阻法分别对不同设计方案的短路阻抗进行计算分析,得出将高压绕组内置的方案对提高短路阻抗最明显,提高了124.56%。同时,通过两种方法计算结果对比验证了计算的正确性;最后,对不同设计方案引起的油箱及夹件的涡流损耗及损耗密度分布进行计算,研究在实现变压器高阻抗过程中对结构件损耗产生的影响。文中对今后高阻抗变压器的设计提供了一些思路。     

三相电力变压器的场路耦合模型及突发短路过程计算

电力变压器在电网中运行,受到电网电压约束,分析其突发短路时的电磁过程,一般需要采用场路耦合的方法。T法具有求解变量少、计算代价小的优点,引入绕组的耦合电压项后,可用于电力变压器的计算。本文建立了三相变压器基于T-T0-W表述的场路耦合三维有限元模型,通过考虑变压器绕组的不同联接方式及多种负载情况,对变压器在不同短路情况进行了计算、分析。结果表明,在复杂短路过程中的短路电流可能超过突发三相短路时的最大电流。     

采用场路耦合的三维有限元法分析变压器突发短路过程

电磁装置（如变压器）的外施激励大多为电压源，用有限元方法求解其电磁场时，一般需要采用场路耦合的方法，虽然A法便于引入耦合电压项，且易于处理多连域问题，但其求解变量较多，计算量大，不适于大型问题的求解；而T法则具有求解变量少，计算代价小的优点，该文解决T法耦合电压项引入比较困难的问题，建立了基于T－T0－Ω表述的场路耦合有限元模型，并用于一台单相变压器突发短路过程中的瞬态电磁场的计算，通过与A法计算结果的比较，验证了该方法有效性，该文也考虑了变压器的不同绕组联接方式及不对称负载情况，建立了三相变压器的计算模型，并得到对称方程，该方法已用于一台三相变压器的计算。     

配电变压器绕组轴向短路电磁力分析

建立了计算短路电流的三维暂态场路耦合模型,对短路电流和轴向短路电磁力进行了比较分析。     

基于漏磁能量法的变压器短路阻抗计算与分析

基于电磁场、有限元及漏磁能量计算分析理论,详细论述了工程上漏磁能量法在短路阻抗计算方面的应用,并对数值计算值与试验数据进行了比较。     

变压器箔式绕组的短路电磁力计算

对箔式绕组的短路电磁力进行了计算与分析,并分析了箔式绕组与饼式绕组电磁力的分布特点。     

大型变压器线圈短路电磁力的数值计算

本文将有限元方法用于大型电力变压器突发短路时瞬态电磁场计算,推导了了轴对称非线性瞬态涡流场的有限元计算公式。针对一台２４０００ＫＶＡ电力变压器线圈短路电磁力进行了计算分析,得出了电磁力的分布曲线和瞬变规律。     

考虑衰减时变压器短路电磁力的数值计算

变压器突然短路时线圈中短路电磁力的计算,已在文献[1]中进行了研究;本文在此基础上进一步考虑了时间衰减对短路电磁力的影响。结果表明,稳态短路时线圈中的电磁力仅有一个恒定分量和一个100Hz分量;一般情况下,最大短路电磁力约为稳态短路电磁力幅值的3.5—6倍,且作用在窗口内部线圈的辐向电磁力比窗口外部的略大;轴向电磁力则略小。     

基于"场-路耦合"分析的超导变压器绕组环流计算

由于超导材料的零电阻特性,绕组各支路间漏电抗微小的不平衡将会引起较大的环流,环流的存在使得磁场分布不均匀,进而影响交流损耗和临界电流。本文应用有限元软件ANSYS,采用“场-路耦合”的方法,计算了低压绕组五种不同情形的环流。研究表明,从减小环流和改善磁场分布考虑,圆筒式绕组较饼式绕组更适合需多根导线并绕的情况。     

三相突然短路时变压器电磁力的数值计算

本文以一台17000kVA三相变压器为模型,用有限单元法计算了在额定电压、不同初相角下突然短路时,变压器内的漏磁场,并由此算出了线圈上的恒定、50Hz和100Hz的轴向和幅向电磁力.研究表明,幅向电磁力用传统的设计公式即可得到满足工程要求的结果;至于轴向力,则必须用数值法才能得到准确值.     

基于场路耦合的变压器绕组匝间短路电磁谐响应分析方法

变压器绕组匝间短路会造成绕组结构严重变形甚至烧毁,从而影响到设备乃至系统的安全稳定运行。基于场路耦合原理建立单相变压器三维有限元模型,研究变压器空载运行绕组匝间短路问题,通过分析绕组不同位置匝间短路时的电流、磁通以及受力情况,研究变压器励磁与绕组受力的对应关系,并总结其变化规律。在此基础上,搭建变压器绕组匝间短路动模实验平台,测试短路绕组振动加速度,通过对比仿真结果与实验数据,验证了本文方法的正确性与有效性。     

三绕组变压器中压绕组短路电动力的计算方法

针对220 kV/180 MVA三绕组电力变压器出口短路时短路电流的计算问题,从磁势平衡原理出发,建立了在中压绕组短路工况下中压绕组短路力的计算模型,利用"场-路耦合"有限元方法计算了该模型的二维瞬态漏磁场,获得了中压绕组线饼的受力分布和瞬变曲线,并对受轴向短路电动力作用最大线饼的轴向稳定性进行了校核。计算结果表明,利用有限元软件ANSYS对三绕组变压器中压短路工况下中压绕组短路电动力的计算方法,省去了传统计算电动力复杂的计算过程及一些计算假设,提高了计算精度,变压器的中压绕组具有足够的轴向机械强度,对变压器设计和运行人员有一定的参考价值。     

“磁场-电路”耦合法计算变压器短路阻抗

为提高短路阻抗计算精度,采用“磁场—电路”耦合法建立了电力变压器2D轴对称磁场有限元模型以方便得到输入、输出间的对应关系。原边采用载压线圈,选择矢量磁位和线圈电流为自由度;副边与负载相连,选择矢量磁位、线圈电流、感应电动势和端电压为自由度;空气或油介质区域仅选择矢量磁位为自由度。在分析漏磁场的基础上,调节负载使变压器运行于空载、额定及短路状态并在短路时,由线圈中流过电流和额定电流计算变压器的阻抗电压和短路阻抗。对3种结构电缆绕组变压器的计算表明,该耦合法计算精度高、使用方便,为变压器及其它电力设备电磁场的仿真提供了一条途径。     

电缆绕组变压器短路时线圈轴向稳定性的研究

建立了电缆绕组变压器轴向振动的集中参数模型，采用广义坐标形式下的Langrage方程，得到多自由度的微振动方程。以各线匝的瞬态短路力为激励，利用4阶Runge-Kutta法求取了各线匝的响应——位移、加速度和振动力。计算得到了该类变压器的一些振动规律——短路历程中线圈表现出振动性和波动性，最大加速度出现的时刻滞后于最大短路电流出现的时刻，线圈在轴向振动时存在“波腹”和“波节”两种不同性质的区域。同时，也讨论了预紧压强、撑条根数对轴向振动规律的影响。最后，对振动加速度频谱进行了分析，该频谱的特性有别于短路电流的频谱。     

三绕组电力变压器单相接地短路电流及绕组强度计算

本文针对三绕组电力变压器中压绕组单相接地短路问题,首先建立了三维有限元模型,利用场路耦合有限元方法对该模型进行三维瞬态分析;其次计算得到中压绕组单相接地时的短路电流、绕组漏磁场及电磁力分布情况;最后将计算得到的电磁力结果导入到结构场计算模型中,对变压器遭受该短路工况时线饼位移及应力变化进行瞬态动力学分析。计算结果表明,利用该方法对该工况下的电流电动力的计算较为合理且提高了计算精度,对分析变压器绕组短路强度有一定的参考价值。     

基于棱边有限元的变压器场路耦合瞬态模型

提出了一种新的基于棱边有限元法的变压器场路耦合瞬态模型。为讨论节点有限元法与棱边有限元法的计算区别,根据实际变压器参数建立模型,利用Ansys二维轴对称单元、三维节点单元和棱边单元,研究铁心磁场分布和磁通连续性,并得出结论,节点有限元法在变压器电磁场计算中存在较大的误差,棱边有限元法可以显著提高计算精度。基于棱边有限元法建立场路耦合瞬态模型,在电路模型中利用动态电感参数,建立瞬态电路偏微分方程数学模型,用四阶龙格库塔法求解;根据能量扰动原理,在磁场计算中根据能量增量计算动态电感;代入瞬态电路方程,实现场路耦合。分析线圈电流、电感参数和铁心漏磁情况,并说明瞬态耦合模型的有效性与合理性。