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。     

电力变压器绕组辐向短路力的计算

计算了电力变压器绕组各线饼的辐向短路力。     

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。     

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。     

换流变压器绕组辐向短路电动力的计算与分析

针对一台530 kV/405.2 MVA单相双绕组换流变压器,根据电磁学原理,以绕组实际结构建立了二维求解模型.在网侧绕组处于+9×1.25％分接与阀侧绕组短路的情况下,应用ANSYS有限元软件,采用“场-路耦合”法求得该模型的短路阻抗与瞬态漏磁分布.以此为基础,提取出线饼单元的轴向平均漏磁密,获得了网、阀侧绕组线饼的辐向力分布和瞬变曲线,并对受辐向短路电动力作用最大的线饼进行了稳定性校核.计算分析结果表明,该模型和计算方法可实现换流变压器绕组辐向短路力的计算及辐向机械强度的核算.     

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。     

电力变压器动稳定破坏的分析和对策

对大型电力变压器绕组在变压器发生外部短路时所受的辐向力和轴向力进行了分析和计算，比较了国内外不同的计算方法和得出的不同结果。     

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。     

电力变压器绕组短路电动力计算

针对短路时电力变压器绕组易发生形变,绝缘受损问题,通过三维磁场对其绕组电感矩阵进行计算以获取短路电流,之后采用绕组电路与变压器三维磁场进行耦合分析,运用分层切片剖分,计算出变压器绕组短路时轴向和辐向的电动力,校核了该电动力对绕组的破坏强度影响。并以一台180 000 kVA的三相五柱式电力变压器为例进行分析。结果表明,低压绕组在辐向受到较大向内的压缩力(辐向电动力),若该力超出临界值时将使绕组绝缘受到损坏,影响变压器使用寿命。同时绕组所受轴向电动力将引起绕组松动,严重时导致绕组坍塌,此电动力呈对称分布。该方法有助于更准确计算变压器绕组内部磁场分布及所受电动力影响,为研究类似问题提供了依据。     

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。     

短路电动力对变压器低压绕组辐向稳定性的研究

针对电力变压器遭遇短路故障时绕组变形问题,采用一种基于有限元的场路耦合研究方法,通过在有限元软件中建模,利用场路耦合方法获取变压器的短路电流、磁场分布,继而计算出绕组短路时辐向电磁力,然后按照绕组的实际参数进行结构屈曲分析,研究绕组辐向稳定性问题。以一台500 k VA的三相铁芯式配电变压器为例进行分析,结果表明,低压绕组在短路时承受较大的辐向电磁力,当该力超出临界屈曲值时绕组发生形变甚至绝缘层破坏,缩短电力变压器使用寿命。研究方法和结果对变压器绕组变形等相关研究具有一定实际意义。     

基于ANSYS的大型电力变压器外绕组辐向稳定性分析

针对大型电力变压器的辐向失稳现象,以一台220 kV/120 MV·A双绕组变压器为例进行分析。运用ANSYS有限元软件对内绕组出口处发生三相对称短路工况下外绕组的辐向短路电磁力进行计算,同时建立外绕组的三维力学模型,用瞬态分析法求取循环载荷下的位移变形量,并对实例变压器外绕组的辐向稳定性进行校核,证实该变压器绕组在辐向短路电磁力的作用下是稳定的。     

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。     

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。     

电力变压器低压螺旋绕组导线换位结构下电流分布特性

在低压螺旋式绕组中采用换位结构未能完全消除绕组内环流,并联导线间的电流仍存在差异。分析换位结构下绕组电流分布特性是计算绕组短路电磁力的基础和前提。以往在计算短路电磁力时,往往忽略短路电流的分布特性。在考虑换位结构的基础上对两种110 k V变压器低压绕组的电流分布特性进行研究,发现低压绕组导线回路间电流差值与峰值电流平均值的比值最大可达8.67%。绕组结构变化引起的导线回路漏感抗差异是导致并联回路电流分布不均的主要原因。同时,计算获得了不同电流分布情况下低压绕组各线饼中导线受到的电磁力分布规律,发现电流分布不均匀程度越大,导线在换位前后电磁力改变量越大,最大可达5.9%。定义导线回路间电流差值与峰值电流平均值的比值为绕组电流分布不均匀系数,发现电流分布不均匀系数随高度hc、导线辐向宽度wc的增大而增大。通过比较了两种类型低压绕组中电磁力分布特点,对螺旋绕组结构设计提出了建议。该研究结果可为变压器设计过程中结构参数的选取和校核绕组短路稳定性提供参考。     

三绕组变压器低压绕组幅向短路力的计算方法

阐述了低-中-高结构的三绕组电力变压器低压绕组幅向短路力的计算方法,即从磁势平衡原理出发,导出了求解该变压器最严重短路情况下低压绕组幅向力的计算模型,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,获得了低压绕组线饼的受力分布和瞬变曲线,并对受力最大的线饼进行了抗幅向失稳能力校核.该计算方法简化了传统计算电磁...     

大型电力变压器内绕组辐向失稳过程分析

低压绕组的辐向失稳是导致变压器绕组损坏的主要原因,为了准确地分析变压器短路工况下绕组的辐向稳定性,利用扁拱理论提出了内绕组在辐向失稳过程中可能经历的四个过程。在失稳阶段运用MAGNET有限元软件,建立变压器实际结构的三维有限元模型,计算出低压绕组的辐向短路电磁力;并应用ANSYS有限元软件建立多弹支模型,分别采用线性和非线性屈曲分析的方法对变压器内绕组在承受短路电磁力时辐向屈曲临界载荷值进行了对比分析,并提出了跳跃失稳的概念以及可能发生跳跃失稳的条件,为分析大容量变压器内绕组稳定性提供了一定的参考依据。     

短路电动力作用下变压器低压绕组变形研究

电力变压器短路时会产生巨大的短路电动力,当短路电动力过大时会导致变压器绕组变形.为研究三相三绕组变压器短路时的电动力分布和绕组变形情况,本文以一台50MV·A/110kV的三相三绕组变压器为例,计算变压器发生短路时的短路电流,将该短路电流作为激励,通过有限元软件计算绕组的短路电动力,采用磁-结构耦合的方式计算在最大短路电动力作用下的绕组变形和应力分布.结果表明,短路时低压绕组受到向内压缩的辐向电动力和向中间压缩的轴向电动力,绕组中间部分受到的短路电动力大于两端,导致绕组中部的变形程度大于两端.研究结果对研究变压器绕组变形具有一定实际意义.     

电力变压器绕组短路瞬态受力分析

以型号为SFPSZ7-150000/220的变压器为例,建立三维三相磁—结构耦合模型,在三相短路的情况下,利用Ansys Maxwell软件进行瞬态电磁场仿真分析,分析绕组的单匝线圈的瞬态轴向力和辐向力,得出了绕组线圈随时间变化的瞬态轴向力和辐向力曲线,并总结了对应的规律:在A、B、C三相的高压绕组当中,位于A相第10分区的单匝线圈所受到的辐向合力为最大;在A、B、C三相的低压绕组当中,位于第7分区的三相绕组线圈中,B相绕组线圈受到的辐向力最小等这些结论。这将为对变压器在短路冲击下的累积效应、提高变压器的抗短路强度等相关研究提供有力的依据。     

大型电力变压器内绕组辐向抗短路能力评估

随着电网容量和电压等级的提高,大型电力变压器短路导致的恶性事故不断增加,这种情况已直接威胁电网安全运行。通过对大型电力变压器漏磁通及短路电动力分析,指出变压器内绕组的辐向失稳已成为绕组耐受短路的首要问题。研究了电力变压器内绕组辐向电动力计算和抗短路能力校核评估方法,并给出了变压器绕组线饼的临界失稳强度和抗短路能力评估计算流程。最后通过具体实例并依据四种改进措施进行对比分析,提出提高变压器抗短路能力具体的改进措施。