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。     

用有限元方法分析电力变压器绕组轴向稳定性

针对电力变压器绕组轴向稳定性的计算方法中,"质量—弹簧—阻尼"集中参数法无法考虑绕组的弯曲变形和垫块的数量、宽度对轴向稳定性影响的问题,采用有限元的方法计算绕组各线饼短路情况下的电动力,以此作为绕组轴向振动的力载荷分析绕组的轴向稳定性,得出了绕组各线饼的位移分布,在绕组轴向振动分析中既考虑了垫块的材料属性,又兼顾了垫块沿周向分布的特点。结果表明,绕组在短路情况下既存在轴向平移,也存在弯曲变形,最大位移出现在绕组上下端部,通过增加绕组周围垫块的数量和宽度可以减小绕组的变形量。     

变压器线圈垫块在不同温度下的力学性能研究

从变压器线圈垫块的结构和力学特性入手,采用具有温控箱的MTS材料试验机对不同温度下的线圈垫块进行压缩试验,研究不同温度下垫块的应力应变特性。结果表明:线圈垫块的弹性模量随温度的升高而降低,在1.5 MPa的应力下,弹性模量近似线性递减。随着温度的升高,线圈垫块在短路冲击电流的作用下更容易产生变形和位移,使绕组的轴向稳定性降低。     

运行温度下变压器自粘换位导线力学特性研究

自粘换位导线在变压器高温运行时,抗短路能力明显下降。为了深入研究高温对自粘换位导线力学性能影响,本文作者对自粘换位导线分别进行了拉伸、剪切以及三点弯曲试验,并建立了导线的三维有限元模型,仿真了自粘换位导线的等效模量与截面的位移与应力。结果表明,铜导线自身屈服强度与弹性模量不随温度变化,自粘漆力学性能与温度显著相关,当温度升高到120℃时,导线粘结强度与抗弯刚度分别下降了83.3%与83.5%,自粘漆等效弹性模量下降了73.9%,绕组截面位移与最大应力增大了135%与300%。研究表明,高温下自粘换位导线力学性能下降明显,为热态下变压器抗短路能力校核提供了依据。     

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。     

多物理场耦合下不同短路与接地故障对变压器绕组状态影响的仿真研究

为研究不同短路与接地故障对变压器多次冲击后绕组状态的影响,基于变压器电、磁、热、力物理场理论,搭建了三相变压器的三维模型,考虑了温度对绕组材料属性的影响,采用迭代方法对电磁-热场进行了双向耦合仿真,然后将各故障类型下的电、磁和温度等物理量导入瞬态结构场,实现了绕组形变位移的仿真计算。结果表明,变压器内部的最大漏磁密对应故障为低压侧三相短路;绕组中部线饼服从整体磁密分布,其余部分线饼呈现一端大,另一端小的分布规律;绕组最高温度对应故障为低压侧三相短路,最高温度为97.36℃,位于A相低压绕组0°处;单次冲击下,位移最大对应故障为低压侧三相短路,其出现在高压绕组-20°～20°范围、高度1/3～2/3范围内;多次冲击后,绕组最大累积位移对应故障为低压侧两相接地,累积位移随冲击次数的增加而增加,直至趋于饱和。研究为变压器的多物理场耦合数值仿真提供参考。     

变压器绕组在低温下的动力学特性研究

变压器绕组的动力学特性对于其抗短路能力和机械稳定性有着非常重要的影响。当绕组的固有频率接近电磁力的频率时,可能会引发绕组的共振,进而使得变压器的抗短路能力下降甚至造成变压器损坏。文中从变压器的轴向固有频率计算模型入手,研究了变压器线圈垫块弹性模量随温度的变化规律,并结合有限元软件研究了极寒条件下某110 kV变压器高压绕组的固有频率。研究结果表明,随着温度的降低,线圈垫块的弹性模量增大,绕组的固有频率升高,可能会与激励频率重合,引起绕组抗短路能力下降。该结论对于低温及极寒状态下变压器的运维和状态检修有重要的意义。     

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.     

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     

计及振动响应的变压器绕组轴向机械强度动态评估方法研究EI北大核心CSCD

变压器线圈在短路电动力的作用下产生强烈的轴向振动,影响线圈强度。为了深入研究线圈的短路振动特性及其对轴向强度的影响规律,该文首先建立绕组轴向的非线性振动模型,提出线圈、垫块、压板动态压缩力以及导线轴向弯曲应力的计算方法;然后,对一台SZ-50000/110kV变压器的动态轴向强度进行评估,并与传统的静态计算结果进行对比;最后,分析电流幅值、压紧力和固有频率对轴向强度的影响规律。研究结果表明,采用动态模型计算的线圈、垫块、压板压缩力和导线的轴向弯曲应力均大于静态计算结果。针对该文所研究的变压器,绕组二阶固有频率接近电动力频率时,线圈压缩力可增加10~25kN,压板最大应力可增加8MPa,轴向弯曲应力可分别增加5~10MPa。所提模型和计算方法对于提升变压器短路强度评估水平非常关键。     

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。     

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。     

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。     

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。     

变压器内绕组短路试验模型的计算与分析

笔者应用有限元软件ANSYS对变压器短路试验模型进行了仿真分析。当撑条取不同弹性模量值时,计算了绕组线饼的变形;通过改变撑条圆周方向尺寸,计算得出了对应4种撑条尺寸的线饼的径向位移;采用短路电流下的载荷对模型进行计算分析,得出的线饼的变形最大值2.62 mm与实测值2.906 mm基本吻合。文中的分析方法可用于大容量变压器的绕组短路强度和径向稳定性分析。     

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。     

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。