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。     

对变压器电动力计算的想法

变压器绕组的载流导体处在漏磁场中,在这些导体上作用着电动力,电动力在变压器绕组中产生机械应力,并部分地传递到变压器结构的其他元件上.在额定电流下,电动力并不大,但是在短路时,电动力将剧增,甚至可以使变压器损坏.到目前为止,在计算变压器机械强度时,通常把绕组看成是固定不变的,而把作用在绕组上的力看作是一个与绕组中最大电流相对应的常数.换言之,把动态问题当作静态问题来处理.近年来的研究工作表明,有必要研究动态过程中的一些复杂的问题.     

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。     

基于有限元法的变压器漏磁场及电动力分析

基于有限元法系统地分析变压器在漏磁场中的短路受力情况。通过采用电磁场有限元法对变压器进行建模,分析变压器绕组的漏磁场分布情况及短路情况下线圈受到的电动力。研究结果表明,变压器在额定运行时的漏磁场分布特点为,绕组的轴向和径向上都有漏磁分量存在,但主要的是轴向漏磁通;在短路情况下,高-低压绕组受到不同方向的径向电动力,轴向和径向电动力在绕组上的分布有一定的规律性。采用有限元法计算的结果揭示了变压器绕组各部位的磁感应强度及电动力分布情况,分析结果为变压器抗短路能力校核提供了理论指导和依据。     

电力变压器绕组轴向短路力的研究

针对一台带独立调压绕组的电力变压器,用ANSYS软件建立了该变压器漏磁场的磁路耦合模型,得出了绕组漏磁场和电动力分布,应用有限元法对其漏磁场和轴向短路电动力进行了计算分析,计算结果符合电力变压器的基本特性.     

大型变压器绕组轴向固有频率振动分布特性与试验分析

为了分析在线运行状态下变压器绕组固有频率的分布特性和在线识别绕组轴向压紧状态,根据圆环电流空间磁场分布,建立了大型变压器漏磁场的解析模型,分析了绕组安培力分布情况;然后对绕组每层线饼作静力分析,考虑预紧力、自身重力和轴向安培力稳定分量对变压器绕组固有频率的影响,分析了负载状态下绕组固有频率的分布特征;最后给出轴向安培力交流分量作用下变压器绕组的轴向受迫振动反应和由振动产生的动生电动势的成分。研究结果表明,轴向安培力稳定分量作用下变压器绕组固有频率分布特征为:绕组两端线饼的固有频率减小、绕组中部线饼的固有频率增大。在变压器绕组100 Hz的轴向振动与50 Hz的漏磁场作用下将产生阻碍磁通变化的150 Hz和50 Hz分量的动生电动势。     

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。     

基于磁-结构场耦合的变压器绕组变形的因素分析

变压器绕组在短路电动力冲击作用下,受多重因素的影响,绕组的形变量发生显著变化.本文采用磁-结构场耦合的有限元仿真方法,建立变压器的三维模型,运用Ansys Maxwell计算出绕组的短路电动力体密度分布,采用顺序耦合的方法把电动力体密度耦合到Ansys Workbench中的结构场,进行绕组的静力学分析;运用相关理论分别分析温度、预紧力等变化对绕组的形变量的影响.结果表明,温度和预紧力均能影响绕组强度,温度对绕组辐向形变量影响更大,预紧力对绕组轴向形变量影响更显著,在电磁力分布较大的区域,二者的影响效果均明显增加.研究结果对变压器抗短路设计有一定参考意义.     

提高220kV级电力变压器抗短路能力的若干措施

在电力系统变压器损坏事故中,由于外部短路引起的占很大比例,破坏程度比较重,对变压器制造商和运行部门而言,提高变压器抗短路能力成为越来越受重视的课题。本文结合我公司SFZ11—120000/220双绕组有载调压电力变压器实例,谈谈提高220kV级电力变压器抗短路能力的有效措施。1短路时电动力分析变压器绕组的载流导体在漏磁场中承受电动力的作用,在额定电流下,电动力并不大。当发生短路时,通过     

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.     

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。     

电力变压器绕组电动力的分析计算

利用有限元算法分析了三相电力变压器绕组各线匝在不同运行模式下电动力引起振动。在“磁—路”耦合模型中 ,电路参数的不同取值对应于变压器的不同运行模式———空载、常态和短路。分析结果表明 ,内绕组在径向受到压力 ,外绕组在径向受到张力 ,内、外绕组轴向电动力比径向力小很多 ,而相邻线饼或线匝间存在相互挤压力。尤其在短路条件下 ,巨大的电动力将使变压器线圈产生变形 ,其局部或整体受到破坏 ,最后导致变压器发生故障。     

电力变压器绕组短路电动力的计算

以一台SFZ11-120000/220型电力变压器为例,利用有限元数值计算方法,计算了变压器在短路情况下的二维瞬态对称场,得出了变压器短路情况下的漏磁场和绕组电动力分布.计算中考虑了调压绕组的加入对磁场分布的影响.这对大型电力变压器绕组的合理设计有一定的参考价值.     

基于镜像磁场和动力学模型的变压器负载振动噪声数字孪生模型研究

负载电流引起的绕组振动是运行中变压器噪声的主要来源之一。为了深入研究变压器绕组的负载振动特性,文中首先提出了基于镜像法的绕组漏磁场和绕组电动力计算模型,然后建立了绕组轴向振动的动力学模型,结合电动力计算了绕组振动特性,最后建立了绕组声辐射的有限元模型分析了绕组的声场分布。对一台50 kVA变压器的计算结果表明,镜像法计算的绕组电动力与有限元法的误差小于5%,额定电流下绕组的振动加速度约为0.065 m/s²,绕组辐射噪声最大达到43 dB。文中提出的模型可支撑变压器振动噪声数字孪生技术的研究及应用。     

变压器短路冲击状态监测系统的应用

为了实时监测电力变压器受短路冲击后的状态，与上海电力学院共同研发了一套监测系统。对电力变压器受短路冲击时，绕组受径向、周向以及轴向电动力情况进行了分析。由于短路时电动力对绕组的作用是一个相当复杂的动态过程，为了简化分析计算过程，只考虑轴向电动力对绕组的累积效应并建立了轴向力的动态特性模型，还介绍了变压器短路冲击监测系统的实际应用情况及需改进和优化的建议。     

大型变压器绕组结构对漏磁场及短路电动力的影响

以具体计算实例分析了不同绕组结构对漏磁场及短路电动力的影响 ,提出了在大型变压器设计时改善漏磁场、提高机械强度的几点建议。     

变阻抗节能变压器的动热稳定性能研究

以110/38.5/10.5 kV,63 000 kVA三绕组变压器为例,提出将限流电抗器与快速开关并联后串入变压器高压绕组的变阻抗变压器。建立Pscad短路仿真模型,发生短路故障时通过快速开关控制限流电抗器的投切实现限流;分析了变压器中压绕组出口三相对称短路时限流电抗器的限流效果。建立了变压器绕组轴向振动的"质量弹簧系统",用以分析变压器绕组在轴向短路力作用下的轴向动态过程,可得绕组的动态位移、动态力、弯曲应力。基于二维轴对称磁—热—流耦合场有限元模型,计算变压器绕组温升。对比分析限流电抗器投入与否2种情况下短路动、热性能,结果表明:投入限流电抗器变压器可降低短路电动力冲击和短路温升,变阻抗变压器的动热性能均优于传统的变压器。     

220kV变压器短路状态绕组受力数值模拟

发现受外部短路电流冲击时的变压器绕组受力规律一直是工程上需要解决的技术难题。以一台型号为SFPSZ7-150000/220的三相三绕组油浸式电力变压器为例,在Maxwell软件中建立变压器三维有限元计算模型,采用瞬态磁场求解器仿真发生单相外部短路时该变压器绕组所受电磁力,计算并得到了0.25 s短路时间内各相绕组、各个线饼在各方向所受电磁力的幅值和动态规律。数值模拟结果表明:高压绕组各线饼受力规律大致相同,大致关于绕组中部对称;变压器绕组端部主要受到轴向力的作用,变压器绕组中部主要是受到辐向力的作用;高压绕组所受辐向力使得高压绕组内径增大,中压绕组所受辐向力使得中压绕组内径缩小。     

基于频率响应法的变压器绕组变形分析

变压器作为电力系统中极为重要的电气设备,在经受各种电动力及机械力作用后,会发生不同程度的绕组变形。本文主要介绍了集中参数检测法和网络分析技术及其优缺点,重点讲解了网络分析技术中的频率响应法,并举例说明了如何正确用频率响应对变压器绕组变形进行分析。     

油浸式变压器漏磁场及绕组短路振动分析

变压器是保障电网安全可靠运行的关键电磁设备，而短路电流引起的电动力和振动对变压器具有巨大的潜在危害。本文作者针对一台三相双绕组油浸式变压器，基于COMSOL软件计算了漏磁场分布以及绕组短路电动力；构建了高压绕组“质量块-弹簧-阻尼”模型，并采用Newmark-β法对绕组振动进行了计算。研究结果表明，高压绕组在高度1/4和3/4处的轴向振动最为剧烈，此位置是高压绕组发生短路时最容易受到损坏的位置，设计时应加强机械强度。