CN114355255A - 一种变压器抗短路能力评估方法 - Google Patents
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Abstract
本公开属于变压器技术领域，提供了一种变压器抗短路能力评估方法，包括以下步骤：获取变压器的电气参数和有限元仿真模型；根据所获取的电气参数，构建变压器短路模型，模拟变压器突发短路故障；基于所述有限元仿真模型和所述变压器短路模型，计算变压器的短路电流、变压器绕组的形变分布和变压器绕组形变量，进行所述变压器短路模型的实时更新，得到变压器的频率响应曲线；根据所得到的频率响应曲线评估变压器抗短路能力。
Description
技术领域
本公开属于变压器技术领域，具体涉及一种变压器抗短路能力评估方法。
背景技术
本部分的陈述仅仅是提供了与本公开相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。
变压器在电力***中占据非常重要的地位，其正常运行对电能的安全传输至关重要，近年来，变压器发生的事故较多，而变压器本身抗短路能力不足是造成设备短路损坏的主要原因，具体表现在绕组绕制较松、换位处理不当、绕组预压力不足、多次冲击累积效应、绕组导线间未固化等。如果在输电线路中一台变压器出现故障而无法稳定运行，将有可能对局部电力***造成严重影响，甚至引发大规模的停电事故，因此准确的检测电力变压器绕组变形情况，评估变压器抗短路能力对电网安全稳定运行意义非凡。
当变压器突然发生短路故障时，绕组中产生巨大的短路电流，短路电流与漏磁场的相互作用会在绕组上产生正比于短路电流平方的短路电动力。在巨大的电动力的作用下，如果变压器的结构件无法支撑，绝缘的强度低，即抗短路能力不足的话，则会造成绕组的损坏。而在变压器发生短路故障时，绕组的变形发生累积。绕组在短路冲击作用下耐受力下降，更易出现弯曲变形现象，甚至使绝缘受损，发生严重的放电和短路现象。目前阶段对变压器绕组变形严重程度的判据只是根据经验并考虑到限制因素而确定的，无法作为标准限值。
发明内容
为解决上述问题，本公开提出了一种变压器抗短路能力评估方法，采用多种判据联合诊断方法判断短路条件下变压器绕组的变形程度，进而判断短路条件下变压器的抗短路能力，为准确评估变压器抗短路能力提供理论依据。
根据一些实施例，本公开的方案提供了一种变压器抗短路能力评估方法，采用如下技术方案：
一种变压器抗短路能力评估方法，包括以下步骤：
获取变压器的电气参数和有限元仿真模型；
根据所获取的电气参数，构建变压器短路模型，模拟变压器突发短路故障；
基于所述有限元仿真模型和所述变压器短路模型，计算变压器的短路电流、变压器绕组的形变分布和变压器绕组形变量，进行所述变压器短路模型的实时更新，得到变压器的频率响应曲线；
根据所得到的频率响应曲线评估变压器抗短路能力。
作为进一步的技术限定，所述有限元仿真模型的获取过程为：以变压器的尺寸参数为基础，在有限元仿真软件中建立变压器三维仿真模型，在所述变压器三维仿真模型的下端部件上施加固定约束，在所述变压器三维仿真模型的上端部件上施加位置约束，对所述变压器三维仿真模型添加指定的加速度。
作为进一步的技术限定，所述电气参数至少包括变压器的电阻和电感。
作为进一步的技术限定，利用MATLAB中的Simulink模块搭建突发短路条件下变压器绕组模型，在Simulink中添加三相接地故障模块，将短路设置在故障相之间或故障相与地之间，模拟变压器突发短路故障。
作为进一步的技术限定，所述根据所得到的频率响应曲线评估变压器抗短路能力的过程中，当频率响应曲线在低频段内的相关系数RLF小于第一阈值(即RLF＜0.6)时，变压器绕组严重变形；当RLF处于第一阈值和第二阈值之间、或频率响应曲线在中频段内的相关系数RMF小于第一阈值(即1.0＞RLF≥0.6或RMF＜0.6)时，变压器绕组明显变形；当RLF处于第二阈值和第三阈值之间、且RMF处于第一阈值和第二阈值之间(即2.0＞RLF≥1.0或0.6≤RMF＜1.0)时，变压器绕组轻度变形；当RLF大于第三阈值、且RMF大于第二阈值、且频率响应曲线在高频段内的相关系数大于第一阈值(即RLF≥2.0且RMF≥1.0且RHF≥0.6)时，变压器绕组正常。
进一步的，若RLF处于第一阈值和第三阈值之间或RMF小于第二阈值(即2.0＞RLF≥0.6或RMF＜1.0)时，变压器绕组变形不严重，则需通过判断短路后的电感参数与初始参数的变化关系确定变压器的抗短路能力。
进一步的，若短路后的电感参数与初始参数相比变化不超过设定值时，则短路后变压器未失去抗短路能力，继续进行短路仿真分析；若超过设定值，则判断电容参数与初始参数的变化关系；
若电容参数与初始参数相比变化不超过设定值时，则短路后变压器未失去抗短路能力，继续进行短路仿真分析；若超过设定值，则判断环向拉伸应力和环向压缩应力与许用应力的关系。
进一步的，若环向拉伸应力不大于第二应力阈值、且环向压缩应力不大于第一应力阈值(即FCS≤0.9×Fps且FCC≤0.35×Fps)，则变压器在短路之后未失去抗短路能力，继续进行短路仿真分析；若环向拉伸应力大于第二应力阈值、或环向压缩应力大于第一应力阈值(即FCS＞0.9×Fps或FCC＞0.35×Fps)，则需判断撑条间的跨度内的导线辐向弯曲应力与许用应力的关系。
进一步的，若撑条间的跨度内的导线辐向弯曲应力不大于第二应力阈值(即Frf≤0.9×Fps)，则变压器在短路之后未失去抗短路能力，继续进行短路仿真分析；若撑条间的跨度内的导线辐向弯曲应力大于第二应力阈值(即Frf＞0.9×Fps)，则需判断辐向垫块间的跨度内的导线轴向弯曲应力与许用应力的关系；若辐向垫块间的跨度内的导线轴向弯曲应力不大于第二应力阈值(即Faf≤0.9×Fps)，则变压器在短路之后未失去抗短路能力，继续进行短路仿真分析；若辐向垫块间的跨度内的导线轴向弯曲应力大于第二应力阈值(即Faf＞0.9×Fps)，则判断安全系数。
进一步的，若安全系数大于安全系数阈值(即S＞2.5)，则变压器绕组在短路中没有失去稳定性，继续进行短路仿真分析；若安全系数不大于安全系数阈值(即S≤2.5)，则判断辐向垫块压缩应力的数值。
与现有技术相比，本公开的有益效果为：
本公开技术相比，本发明具有以下有益效果：
本公开针对以往对变压器绕组变形严重程度和抗短路能力的判据只是根据经验并考虑限制因素而确定的，无法作为标准限值，从而无法精准判断变压器抗短路能力的缺点，采用多种判据联合诊断方法判断短路条件下变压器的抗短路能力，为准确评估变压器抗短路能力提供理论依据,并针对抗短路能力不足情况提出改善措施。同时，利用Simulink可以精确计算突发短路时变压器绕组短路电流大小的优势，把Simulink的短路电流的计算结果耦合到有限元仿真软件中，分析变压器在短路电动力作用下的结构特性的变化情况。
附图说明
构成本公开的一部分的说明书附图用来提供对本公开的进一步理解，本公开的示意性实施例及其说明用于解释本公开，并不构成对本公开的不当限定。
图1是本公开实施例中的变压器抗短路能力评估方法的流程图；
图2是本公开实施例中的变压器抗短路能力评估的流程图；
图3是本公开实施例中的结合有限元模块的Simulink电力***仿真图；
图4是本公开实施例中的变压器绕组实际计算模型图；
图5是本公开实施例中的低压绕组辐向漏磁磁密结果图；
图6是本公开实施例中的高压绕组辐向漏磁磁密结果图；
图7是本公开实施例中的低压绕组辐向短路力密度结果图；
图8是本公开实施例中的高压绕组辐向短路力密度结果图；
图9是本公开实施例中的低压绕组形变量曲线；
图10是本公开实施例中的高压绕组形变量曲线。
具体实施方式
下面结合附图与实施例对本公开作进一步说明。
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本公开提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本公开所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本公开的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
实施例
如图1所示的一种变压器抗短路能力评估方法，包括以下步骤：
获取变压器的电气参数和有限元仿真模型；
根据所获取的电气参数，构建变压器短路模型，模拟变压器突发短路故障；
基于所述有限元仿真模型和所述变压器短路模型，计算变压器的短路电流、变压器绕组的形变分布和变压器绕组形变量，进行所述变压器短路模型的实时更新，得到变压器的频率响应曲线；
根据所得到的频率响应曲线评估变压器抗短路能力。
针对相关标准《电力变压器绕组变形的电抗法检测判断导则》和《电力变压器第5部分：承受短路的能力》中对变压器绕组变形严重程度的判据无法作为标准限值，只是根据经验并考虑到限制因素而确定的，从而无法精准判断变压器抗短路能力的缺点，采用多种判据联合诊断方法判断短路条件下变压器的抗短路能力，为准确评估变压器抗短路能力提供理论依据，并针对抗短路能力不足情况提出改善措施。
本实施例中的变压器抗短路能力评估方法主要包括以下内容：在Simulink软件中搭建变压器回路，计算出变压器突发短路条件下的短路电流，并导入有限元仿真软件中，在有限元仿真软件中建立三维变压器模型，计算得到变压器绕组漏磁场、辐向和轴向短路电动力分布、绕组形变量、环向拉伸应力FCS和环向压缩应力FCC、撑条间的跨度内的导线辐向弯曲应力Frf、辐向垫块间的跨度内的导线轴向弯曲应力Faf、辐向临界失稳强度Frc、辐向电动力Fre、辐向垫块压缩应力Fpc以及变压器绝缘端圈的压缩应力Fpe以及该次短路后绕组电感参数更新值和频率响应曲线；采用多种判据联合诊断方法判断短路条件下变压器的变形严重程度和抗短路能力。此方法解决了对变压器绕组变形严重程度和抗短路能力的判据只是根据经验并考虑限制因素而确定的，无法作为标准限值，从而无法精准判断变压器抗短路能力的缺点，能够为准确评估变压器抗短路能力提供理论依据,并针对抗短路能力不足情况提出改善措施。
如图2所示，本实施例中的变压器抗短路能力评估方法的具体步骤为：
步骤S01：以实际电力变压器为基础，计算变压器的电阻和电感等电气参数；
步骤S02：在Simulink软件中搭建变压器突发短路的模型，利用短路模块在变压器二次侧施加短路，模拟变压器突发短路故障，具体如图3所示；
步骤S03：以变压器实际尺寸为基础，按步骤S01建立有限元仿真模型，具体如图4所示；
步骤S04：设置有限元仿真软件的物理场和求解类型，设置变压器材料包括软铁、铜和变压器油及相应系数；
步骤S05：利用Simulink模块计算出变压器该次短路条件下的短路电流大小变化；
步骤S06：利用有限元仿真软件，导入Simulink模块计算得到该次短路的短路电流数据；
步骤S07：利用有限元仿真软件进行该次短路的漏磁场和力场的分析计算，低压绕组辐向漏磁磁密和高压绕组辐向漏磁磁密的结果图分别如图5和图6所示，低压绕组辐向短路力密度和高压绕组辐向短路力密度的结果图分别如图7和图8所示；
步骤S08：利用有限元仿真软件中的固体力学部分，得到该次短路下变压器绕组的形变分布以及进行绕组形变量的计算，
低压绕组形变量和高压绕组形变量的曲线图分别如图9和图10所示；
步骤S09：根据变压器绕组受到的轴向力、辐向力和形变量计算得到环向拉伸应力FCS和环向压缩应力FCC、撑条间的跨度内的导线辐向弯曲应力Frf、辐向垫块间的跨度内的导线轴向弯曲应力Faf、辐向临界失稳强度Frc、辐向电动力Fre、辐向垫块压缩应力Fpc以及变压器绝缘端圈的压缩应力Fpe等参数；
步骤S10：根据该次短路后绕组的形变情况更新有限元仿真软件中的变压器模型，利用步骤S05中仿真出的短路电流计算出电流密度，通过电流密度求得绕组的磁矢势，进而求得磁感应强度和磁通量，最后根据磁通量和短路电流，基于更新的变压器模型计算该次短路后绕组的电感参数、电容参数和频率响应曲线；
步骤S11：将步骤S10中得到的更新参数导入更新的变压器模型中，重复步骤S05-S10，得到变压器短路条件下绕组的辐向和轴向电动力、形变量、环向拉伸应力FCS和环向压缩应力FCC、撑条间的跨度内的导线辐向弯曲应力Frf、辐向垫块间的跨度内的导线轴向弯曲应力Faf、辐向临界失稳强度Frc、辐向电动力Fre、辐向垫块压缩应力Fpc以及变压器绝缘端圈的压缩应力Fpe、短路后的电感参数、电容参数以及频率响应曲线；
步骤S12：根据短路后的频率响应曲线判断变压器抗短路能力情况，若RLF＜0.6，此时绕组严重变形，变压器抗短路能力不足，应立刻停止短路仿真分析，并输出短路累积形变。
步骤S13：若2.0＞RLF≥0.6或RMF＜1.0，此时绕组变形不严重，应进一步判断该次短路后的电感参数与初始参数的变化关系，具体的：
步骤S1301：若该次短路后的电感参数与初始参数相比变化不超过±2.0％，认为该次短路后变压器尚未失去抗短路能力，重复步骤11，继续进行短路仿真分析；若超过±2.0％，应进一步判断电容参数与初始参数的变化关系；
步骤S1302：若电容参数与初始参数相比变化不超过±2.0％，认为该次短路后变压器尚未失去抗短路能力，重复步骤11，继续进行短路仿真分析；若超过±2.0％，应进一步判断环向拉伸应力和环向压缩应力与许用应力的关系；
步骤S14：若FCS≤0.9×Fps(其中，Fps是指当负荷持续增加到按非比例拉伸达到计量长度的0.2％时的拉伸应力，该拉伸应力与绕组的材料属性有关，根据选用材料取值)且FCC≤0.35×Fps，认为该次短路后变压器尚未失去抗短路能力，重复步骤S11，继续进行短路仿真分析；若FCS＞0.9×Fps或FCC＞0.35×Fps，应进一步判断撑条间的跨度内的导线辐向弯曲应力与许用应力的关系，具体的：
步骤S1401：若Frf≤0.9×Fps,认为该次短路后变压器尚未失去抗短路能力，重复步骤S11，继续进行短路仿真分析；若Frf＞0.9×Fps，应进一步判断辐向垫块间的跨度内的导线轴向弯曲应力与许用应力的关系；
步骤S1402：若Faf≤0.9×Fps,认为该次短路后变压器尚未失去抗短路能力，重复步骤S11，继续进行短路仿真分析；若Faf＞0.9×Fps，应进一步判断安全系数S；
步骤S15：若S＞2.5，认为变压器绕组在该次短路中没有失去稳定性，重复步骤S11，继续进行短路仿真分析；若S≤2.5，应进一步判断辐向垫块压缩应力的数值，具体的：
步骤S1501：若Fpc≤80MPa，认为变压器绕组在该次短路中没有失去稳定性，重复步骤S11，继续进行短路仿真分析；若Fpc＞80MPa，应进一步判断变压器绝缘端圈的压缩应力。
步骤S1502：若Fpe≤80MPa，认为变压器绕组在该次短路中没有失去稳定性，重复步骤S11，继续进行短路仿真分析；若Fpe＞80MPa，认为变压器绕组在该次短路中失去稳定性，变压器抗短路能力不足，应立刻停止短路仿真分析，并输出短路累积形变。
步骤S16：若RLF≥2.0且RMF≥1.0且RHF≥0.6，则绕组未形变，重复步骤S11，继续进行短路仿真分析；
步骤S17：针对变压器抗短路能力不足的情况，提出了提高变压器抗短路能力的方法措施：
步骤S1701：从变压器自身来看：加强辐向抗短路能力：适当增加绕组之间撑条和垫块的数量，使绕组得到多点支撑，从而加强绕组辐向的支撑强度；用高强度的环氧玻璃钢筒或硬纸筒来替换强度较弱的软纸筒，减少绕组间可能存在的空隙；绕组严重变形之后需考虑更换整个绕组，使用抗短路能力强的导线，例如可以考虑增大导线的截面积来提高绕组的端部应力，在更换之前进行导线抗短路能力的测试，并且综合考量成本问题进行选择，另外也可以使用导线张紧装置，来提高绕组的紧度。加强轴向抗短路能力：同辐向一样，加强导线的强度，也可以提高轴向的抗短路能力；要注意尽量使高、低压绕组的高度一致，可以考虑使用紧固装置来使绕组的高度限制在高度误差允许的范围内，尽量避免因绕组安匝不平衡而使短路时对绕组的冲击更大；采用轴向压紧装置，减小绕组轴向间的空隙；整体来看，可以适当增加变压器的短路阻抗以减小短路电流，一方面可以增加变压器绕组自身的阻抗，另一方面可以在变压器出口处加设电抗器；
步骤S1702：从外部因素来看：应注意变压器在移动、运输过程中可能存在的碰撞问题；另外要保持变压器应用环境的干燥，尽量减少因外部因素地影响而造成变压器的短路问题。
作为一种或多种实施方式，步骤S01的具体内容为：计算变压器的电阻和电感等电气参数。
其中，Ue和Ie为额定电压和额定电流，Zk为短路阻抗百分比，额定电压、额定电流和短路阻抗百分比均通过变压器铭牌参数获得。
根据公式(1)计算出变压器阻抗值，代入公式(2)中求得L1+L2的取值：
根据公式(3)取得变压器一次侧的电感值L1，根据公式(4)计算出电感L2的取值。
作为一种或多种实施方式，步骤S02的具体内容为：利用MATLAB中的Simulink模块搭建突发短路条件下变压器绕组模型，在Simulink中添加三相接地故障模块，并将短路设置在故障相之间或故障相与地之间，以此模拟短路故障类型；
作为一种或多种实施方式，步骤S03的具体内容为：以变压器的尺寸参数为基础，在有限元仿真软件中建立变压器三维仿真模型，并结合实际，在模型的下端部部件上施加固定约束，在模型的上端部部件上施加位置约束，并对整个模型添加指定加速度为重力加速度-g_const。
作为一种或多种实施方式，步骤S04的具体内容为：在有限元仿真软件中的材料节点下设置低压和高压绕组为铜材料，设置磁芯为无损耗软铁；添加物理场为磁场，在物理场节点下添加安培定律，对应域为磁芯，在本构关系的磁化模型列表中选择B-H曲线；在磁场节点下添加线圈1和线圈2节点，设置线圈1为高压绕组，绕组匝数为508匝，线圈2为低压绕组，绕组匝数为32匝；在研究1中添加研究类型为瞬态，时间单位为s，时间步为range(0,0.002,0.2)，表示有限元仿真软件计算开始时间为0s，每步步长为0.002s，在0.2s结束仿真；根据研究重点定义网格大小，定制绕组部分的最大单元大小为50mm，预定义磁芯部分为超粗化。
作为一种或多种实施方式，步骤S05的具体内容为：设置Simulink仿真开始时间为0s，短路电流开始时间为0.02s,仿真结束时间为0.2s，保持Simulink开始时间、仿真步长、结束时间与有限元仿真软件一致，仿真结束后，得到短路电流波形。
作为一种或多种实施方式，步骤S06的具体内容为：将Simulink计算出的短路电流数据导出生成excel表格，再在有限元仿真软件文件中定义插值函数对应短路电流数据进行耦合，实现联合仿真。仿真结束后，有限元仿真软件计算出变压器绕组和铁芯所受的短路瞬态体电动力大小分布。
作为一种或多种实施方式，步骤S07的具体内容为：利用有限元仿真软件磁场模块中的绘图功能，选择一维绘图组，绘制磁场节点下的磁模块中的磁通密度分量，对应辐向和轴向的漏磁磁通密度曲线。绘制磁场节点下的力学模块中的洛伦兹力贡献分量，对应绕组辐向和轴向受到的短路电动力曲线。
作为一种或多种实施方式，步骤S08的具体内容为：利用有限元仿真软件固体力学模块中的绘图功能，选择一维绘图组，绘制固体力学节点下的位移模块中的总位移，得到高压、低压绕组的形变量曲线。
作为一种或多种实施方式，步骤S09的具体内容为：根据变压器绕组受到的轴向力、辐向力和形变量计算得到环向拉伸应力FCS和环向压缩应力FCC、撑条间的跨度内的导线辐向弯曲应力Frf、辐向垫块间的跨度内的导线轴向弯曲应力Faf、辐向临界失稳强度Frc、辐向电动力Fre、辐向垫块压缩应力Fpc以及变压器绝缘端圈的压缩应力Fpe等参数。
作为一种或多种实施方式，步骤S10的具体内容为：根据该次短路后绕组的形变情况更新有限元仿真软件中的变压器模型，首先利用步骤S05中仿真出的短路电流计算出电流密度，通过电流密度求得绕组的磁矢势。
其中，c为电导率，ρ为磁导率，Is为导体内的电流密度。
根据公式(5)计算出绕组中的磁矢势A后，对磁矢势A求旋度得到磁感应强度B。
根据公式(7)高斯磁场定律求得磁通量
根据公式(8)，完成该次短路后电感的更新计算。
作为一种或多种实施方式，步骤S11的具体内容为：将步骤S10中得到的更新参数导入更新的变压器模型中，重复步骤S05-步骤S10，得到变压器短路条件下绕组的辐向和轴向电动力、形变量、环向拉伸应力FCS和环向压缩应力FCC、撑条间的跨度内的导线辐向弯曲应力Frf、辐向垫块间的跨度内的导线轴向弯曲应力Faf、辐向临界失稳强度Frc、辐向电动力Fre、辐向垫块压缩应力Fpc以及变压器绝缘端圈的压缩应力Fpe、短路后的电感参数、电容参数以及频率响应曲线。
作为一种或多种实施方式，步骤S12的具体内容为：根据DL/T911-2016《电力变压器绕组变形的频率响应分析法》中对电力变压器绕组变形情况的规定，当RLF＜0.6时，绕组严重变形；当1.0＞RLF≥0.6或RMF＜0.6时，绕组明显变形；当2.0＞RLF≥1.0或0.6≤RMF＜1.0时，绕组轻度变形；当RLF≥2.0且RMF≥1.0且RHF≥0.6时，绕组正常。当绕组严重变形时，变压器抗短路能力不足，应立刻停止短路仿真分析，并输出短路累积形变。
作为一种或多种实施方式，步骤S13的具体内容为：若2.0＞RLF≥0.6或RMF＜1.0，此时绕组变形不严重，应进一步判断该次短路后的电感参数与初始参数的变化关系。
进一步地，所述步骤S13包括步骤S1301，步骤S1301的具体内容为：根据DL/T1093-2018《电力变压器绕组变形的电抗法检测判断导则》中对电力变压器绕组参数相对变化的规定，容量100MVA及以下且电压220kV及以下的电力变压器绕组参数的相对变化纵比不应大于±2.0％，即绕组的电感和电容参数与初始参数相比变化不应超过±2.0％，若未超过±2.0％，认为变压器尚未失去抗短路能力，重复步骤S11，继续进行短路仿真分析；若超过±2.0％，应结合补充性判断结果综合分析绕组变形的严重程度。因此，若该次短路后的电感参数与初始参数相比变化不超过±2.0％，认为该次短路后变压器尚未失去抗短路能力，重复步骤S11，继续进行短路仿真分析；若超过±2.0％，应进一步判断电容参数与初始参数的变化关系。
所述步骤S13还包括步骤S1302，步骤S1302的具体内容为：若电容参数与初始参数相比变化不超过±2.0％，认为该次短路后变压器尚未失去抗短路能力，重复步骤11，继续进行短路仿真分析；若超过±2.0％，应进一步判断环向拉伸应力和环向压缩应力与许用应力的关系。
作为一种或多种实施方式，步骤S14的具体内容为：根据GB1094.5-2018《电力变压器第5部分：承受短路的能力》中对电力变压器绕组力学参数的规定，若FCS≤0.9×Fps且FCC≤0.35×Fps，认为变压器能承受住该次短路的动稳定性效应；否则，应结合补充性结果综合分析。其中Fps是指当负荷持续增加到按非比例拉伸达到计量长度的0.2％时的拉伸应力，该拉伸应力与绕组的材料属性有关，根据选用材料取值。因此，若FCS≤0.9×Fps且FCC≤0.35×Fps，认为该次短路后变压器尚未失去抗短路能力，重复步骤S11，继续进行短路仿真分析；若FCS＞0.9×Fps或FCC＞0.35×Fps，应进一步判断撑条间的跨度内的导线辐向弯曲应力与许用应力的关系。
所述步骤S14还包括步骤S1401，步骤S1401的具体内容为：若Frf≤0.9×Fps,认为该次短路后变压器尚未失去抗短路能力，重复步骤S11，继续进行短路仿真分析；若Frf＞0.9×Fps，应进一步判断辐向垫块间的跨度内的导线轴向弯曲应力与许用应力的关系。
所述步骤S14还包括步骤S1402，步骤S1402的具体内容为：若Faf≤0.9×Fps,认为该次短路后变压器尚未失去抗短路能力，重复步骤S11，继续进行短路仿真分析；若Faf＞0.9×Fps，应进一步判断安全系数S。
作为一种或多种实施方式，步骤S15的具体内容为：若绕组的辐向临界失稳强度Frc大于短路时辐向电动力Fre，证明绕组机械强度可以承受本次短路产生的力，即绕组在本次短路中未失去机械稳定性。但由于套装工艺限制，装配变压器器身绝缘时存在一定间隙，部分撑条无法发挥支撑作用，导致临界失稳强度比计算值小，因此选取安全系数S:
S的取值取决于导线的材料和结构属性，选取S的阈值为2.5。因此若S＞2.5，认为变压器绕组在该次短路中没有失去稳定性，重复步骤S11，继续进行短路仿真分析；若S≤2.5，应进一步判断辐向垫块压缩应力的数值。
所述步骤S15还包括步骤S1501，步骤S1501的具体内容为：若Fpc≤80MPa，认为变压器绕组在该次短路中没有失去稳定性，重复步骤S11，继续进行短路仿真分析；若Fpc＞80MPa，应进一步判断变压器绝缘端圈的压缩应力。
所述步骤S15还包括步骤S1502，步骤S1502的具体内容为：若Fpe≤80MPa，认为变压器绕组在该次短路中没有失去稳定性，重复步骤S11，继续进行短路仿真分析；若Fpe＞80MPa，认为变压器绕组在该次短路中失去稳定性，变压器抗短路能力不足，应立刻停止短路仿真分析，并输出短路累积形变。
作为一种或多种实施方式，步骤S16的具体内容为：当RLF≥2.0且RMF≥1.0且RHF≥0.6时，绕组正常未形变，重复步骤S11，继续进行短路仿真分析。
本实施例针对以往对变压器绕组变形严重程度和抗短路能力的判据只是根据经验并考虑限制因素而确定的，无法作为标准限值，从而无法精准判断变压器抗短路能力的缺点，采用多种判据联合诊断方法判断短路条件下变压器的抗短路能力，为准确评估变压器抗短路能力提供理论依据,并针对抗短路能力不足情况提出改善措施。同时，利用Simulink可以精确计算突发短路时变压器绕组短路电流大小的优势，把Simulink的短路电流的计算结果耦合到有限元仿真软件中，分析变压器在短路电动力作用下的结构特性的变化情况。
上述虽然结合附图对本公开的具体实施方式进行了描述，但并非对本公开保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本公开的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本公开的保护范围以内。
Claims (10)
1.一种变压器抗短路能力评估方法，其特征在于，包括以下步骤：
获取变压器的电气参数和有限元仿真模型；
根据所获取的电气参数，构建变压器短路模型，模拟变压器突发短路故障；
基于所述有限元仿真模型和所述变压器短路模型，计算变压器的短路电流、变压器绕组的形变分布和变压器绕组形变量，进行所述变压器短路模型的实时更新，得到变压器的频率响应曲线；
根据所得到的频率响应曲线评估变压器抗短路能力。
2.如权利要求1中所述的一种变压器抗短路能力评估方法，其特征在于，所述有限元仿真模型的获取过程为：以变压器的尺寸参数为基础，在有限元仿真软件中建立变压器三维仿真模型，在所述变压器三维仿真模型的下端部件上施加固定约束，在所述变压器三维仿真模型的上端部件上施加位置约束，对所述变压器三维仿真模型添加指定的加速度。
3.如权利要求1中所述的一种变压器抗短路能力评估方法，其特征在于，所述电气参数至少包括变压器的电阻和电感。
4.如权利要求1中所述的一种变压器抗短路能力评估方法，其特征在于，利用MATLAB中的Simulink模块搭建突发短路条件下变压器绕组模型，在Simulink中添加三相接地故障模块，将短路设置在故障相之间或故障相与地之间，模拟变压器突发短路故障。
5.如权利要求1中所述的一种变压器抗短路能力评估方法，其特征在于，所述根据所得到的频率响应曲线评估变压器抗短路能力的过程中，当频率响应曲线在低频段内的相关系数小于第一阈值时，变压器绕组严重变形；当频率响应曲线在低频段内的相关系数处于第一阈值和第二阈值之间、或频率响应曲线在中频段内的相关系数小于第一阈值时，变压器绕组明显变形；当频率响应曲线在低频段内的相关系数处于第二阈值和第三阈值之间、且频率响应曲线在中频段内的相关系数处于第一阈值和第二阈值之间时，变压器绕组轻度变形；当频率响应曲线在低频段内的相关系数大于第三阈值、且频率响应曲线在中频段内的相关系数大于第二阈值、且频率响应曲线在高频段内的相关系数大于第一阈值时，变压器绕组正常。
6.如权利要求5中所述的一种变压器抗短路能力评估方法，其特征在于，若频率响应曲线在低频段内的相关系数处于第一阈值和第三阈值之间或频率响应曲线在中频段内的相关系数小于第二阈值时，变压器绕组变形不严重，则需通过判断短路后的电感参数与初始参数的变化关系确定变压器的抗短路能力。
7.如权利要求6中所述的一种变压器抗短路能力评估方法，其特征在于，若短路后的电感参数与初始参数相比变化不超过设定值时，则短路后变压器未失去抗短路能力，继续进行短路仿真分析；若超过设定值，则判断电容参数与初始参数的变化关系；
若电容参数与初始参数相比变化不超过设定值时，则短路后变压器未失去抗短路能力，继续进行短路仿真分析；若超过设定值，则判断环向拉伸应力和环向压缩应力与许用应力的关系。
8.如权利要求7中所述的一种变压器抗短路能力评估方法，其特征在于，若环向拉伸应力不大于第二应力阈值、且环向压缩应力不大于第一应力阈值时，则变压器在短路之后未失去抗短路能力，继续进行短路仿真分析；若环向拉伸应力大于第二应力阈值、或环向压缩应力大于第一应力阈值，则需判断撑条间的跨度内的导线辐向弯曲应力与许用应力的关系。
9.如权利要求8中所述的一种变压器抗短路能力评估方法，其特征在于，若撑条间的跨度内的导线辐向弯曲应力不大于第二应力阈值，则变压器在短路之后未失去抗短路能力，继续进行短路仿真分析；若撑条间的跨度内的导线辐向弯曲应力大于第二应力阈值，则需判断辐向垫块间的跨度内的导线轴向弯曲应力与许用应力的关系；若辐向垫块间的跨度内的导线轴向弯曲应力不大于第二应力阈值，则变压器在短路之后未失去抗短路能力，继续进行短路仿真分析；若辐向垫块间的跨度内的导线轴向弯曲应力大于第二应力阈值，则判断安全系数。
10.如权利要求9中所述的一种变压器抗短路能力评估方法，其特征在于，若安全系数大于安全系数阈值，则变压器绕组在短路中没有失去稳定性，继续进行短路仿真分析；若安全系数不大于安全系数阈值，则判断辐向垫块压缩应力的数值。
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|---|---|---|---|
| CN202210095394.8A CN114355255A (zh) | 2022-01-26 | 2022-01-26 | 一种变压器抗短路能力评估方法 |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN114355255A true CN114355255A (zh) | 2022-04-15 |
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|---|---|
| CN (1) | CN114355255A (zh) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115453419A (zh) * | 2022-07-28 | 2022-12-09 | 国网福建省电力有限公司电力科学研究院 | 一种基于变压器绕组检测的变压器抗短路能力评价方法 |
| CN116626417A (zh) * | 2023-05-17 | 2023-08-22 | 三科调压电源(深圳)有限公司 | 调压整流变压器的抗短路能力测试***及方法 |
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2022
- 2022-01-26 CN CN202210095394.8A patent/CN114355255A/zh active Pending
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