一种三维瞬态电磁场数值模拟分析方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种三维瞬态电磁场数值模拟分析方法及装置。该方法包括：根据油浸式电力变压器的三相绕组、铁芯和油箱的结构参数，构建所述油浸式电力变压器的三维几何模型；采用有限元法对所述三维几何模型进行网格剖分，得到所述油浸式电力变压器的三维几何网格模型；根据分别对所述三维几何网格模型中三相绕组上施加的正弦电流，计算所述油浸式电力变压器各相绕组所受的瞬态电磁力。通过本发明专利技术解决了现有技术中对超特高压油浸式电力变压器进行二维电磁场分析的不足。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及变压器电磁场分析领域，特别是涉及一种特高压油浸式电力变压器短路状态三维瞬态电磁场数值模拟分析方法及装置。
技术介绍
电力系统设备的安全性及可靠性对电力系统的稳定运行起着关键作用，而油浸式电力变压器是电网运行中的一个重要电力设备，它对电网中电能传输的分配性、稳定性及运行的经济性起着重要作用。随着科学技术的发展、生产技术的进步以及新型电工材料的开发应用，油浸式电力变压器的各项性能指标不断刷新，单机容量越来越大。并且伴随着变压器电压等级的大幅提升，作为电力系统主要载体之一的油浸式电力变压器的安全稳定运行，关系着电网的整体抗风险能力。在电力系统发生短路时，瞬态短路电流可能产生巨大的电磁力，从而引发机械结构的振动。在振动的作用下，作为冷却介质的油在密封的邮箱内发生油流涌动。因此，在电力系统发生短路的过程中，电磁力起着至关重要的作用。目前，对于电磁力的计算，比较准确的技术是采用数值模拟分析方法。但是，由于计算机软件和硬件的限制，对于特高压(110KV以上)油浸式电力变压器，由于其外形尺寸较大，模型内部结构复杂，很难直接建立模型进行方针，通常采用简化的方法进行二维电磁场分析。但是，二维电磁场计算得到的结果，对设计大型变压器的参考意义有限，并且由于简化和假设太多，难以对特高压油浸式电力变压器提供定量分析。
技术实现思路
针对于上述问题，本专利技术提供一种三维瞬态电磁场数值模拟分析方法及装置，用以解决现有技术中对超特高压油浸式电力变压器进行二维电磁场分析的不足。为了实现上述目的，根据本专利技术的第一方面，提供了一种三维瞬态电磁场数值模拟分析方法，该方法包括：根据油浸式电力变压器的三相绕组、铁芯和油箱的结构参数，构建所述油浸式电力变压器的三维几何模型；采用有限元法对所述三维几何模型进行网格剖分，得到所述油浸式电力变压器的三维几何网格模型；根据分别对所述三维几何网格模型中三相绕组上施加的正弦电流，计算所述油浸式电力变压器各相绕组所受的瞬态电磁力。优选的，该方法还包括：将所述油浸式电力变压器的单项高中压绕组短路瞬态电流波形存储为图片,采用图像捕捉工具对所述图片进行读取，计算获得述的油浸式电力变压器的三维几何模型中的油浸式电力变压器的材料属性。优选的，该方法还包括：通过所述油浸式电力变压器绕组所受的瞬态电磁力，计算获得所述油浸式电力变压器在短路状态下三维空间中的电磁场分布情况；其中，所述电磁场分布情况包括所述油浸式电力变压器在任意位置或任意路径的场强分布。优选的，该方法还包括：通过所述油浸式电力变压器绕组所受的瞬态电磁力，计算获得所述油浸式电力变压器瞬态电磁损耗量；根据所述油浸式电力变压器瞬态电磁损耗量，对所述油浸式电力变压器进行模拟散热分析，获得所述油浸式电力变压器的热源参考值。优选的，所述根据分别对所述三维几何网格模型中三相绕组上施加的正弦电流，计算所述油浸式电力变压器各相绕组所受的瞬态电磁力，包括：分别对所述三维网格几何模型中三相绕组上施加正弦电流，获得所述油浸式电力变压器的短路瞬态模式；根据预设的边界条件，采用有限元法对麦克斯韦方程组进行数学离散计算，获得所述三维网格几何模型中空间各点的磁通量密度和磁场强度；根据所述磁通量密度和所述磁场强度，计算获得所述油浸式电力变压器各相绕组所受的瞬态电磁力。根据本专利技术的第二方面，提供了一种三维瞬态电磁场数值模拟分析装置，该装置包括：第一建模模块，用于根据油浸式电力变压器的三相绕组、铁芯和油箱的结构参数，构建所述油浸式电力变压器的三维几何模型；第二建模模块，用于采用有限元法对所述三维几何模型进行网格剖分，得到所述油浸式电力变压器的三维几何网格模型；第一计算模块，用于根据分别对所述三维几何网格模型中三相绕组上施加的正弦电流，计算所述油浸式电力变压器各相绕组所受的瞬态电磁力。优选的，该装置还包括：第二计算模块，用于将所述油浸式电力变压器的单项高中压绕组短路瞬态电流波形存储为图片,采用图像捕捉工具对所述图片进行读取，计算获得述的油浸式电力变压器的三维几何模型中的油浸式电力变压器的材料属性。优选的，该装置还包括：第三计算模块，用于通过所述油浸式电力变压器绕组所受的瞬态电磁力，计算获得所述油浸式电力变压器在短路状态下三维空间中的电磁场分布情况；其中，所述电磁场分布情况包括所述油浸式电力变压器在任意位置或任意路径的场强分布。优选的，该装置还包括：第四计算模块，用于通过所述油浸式电力变压器绕组所受的瞬态电磁力，计算获得所述油浸式电力变压器瞬态电磁损耗量；第一分析模块，用于根据所述油浸式电力变压器瞬态电磁损耗量，对所述油浸式电力变压器进行模拟散热分析，获得所述油浸式电力变压器的热源参考值。优选的，所述第一计算模块包括：第一获取单元，用于分别对所述三维网格几何模型中三相绕组上施加正弦电流，获得所述油浸式电力变压器的短路瞬态模式；第一计算单元，用于根据预设的边界条件，采用有限元法对麦克斯韦方程组进行数学离散计算，获得所述三维网格几何模型中空间各点的磁通量密度和磁场强度；第二计算单元，用于根据所述磁通量密度和所述磁场强度，计算获得所述油浸式电力变压器各相绕组所受的瞬态电磁力。相较于现有技术，本专利技术构建了油浸式电力变压器的三维几何模型，并对所述三维几何模型进行分析和计算，获得油浸式电力变压器各相绕组所受的瞬态电磁力，解决了现有技术中对超特高压油浸式电力变压器进行二维电磁场分析的不足。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。图1为本专利技术实施例一提供的一种三维瞬态电磁场数值模拟分析方法的流程示意图；图2为本专利技术实施例一中提供的有限元理论中的二阶四面体网格示意图；图3为为本专利技术实施例一对应的图1所示S13步骤中的具体计算的流程示意图；图4为本专利技术实施例三提供的三维瞬态电磁场数值分析装置的结构示意图。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。本专利技术的说明书和权力要求书及上述附图中的术语“第一”和“第二”等是用于区别不同的对象，而不是用于描述特定的顺序。此外术语“包括”和“具有”以及他们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备没有设定于已列出的步骤或单元，而是可包括没有列出的步骤或单元。实施例一参见图1为本专利技术实施例一提供的一种三维瞬态电磁场数值分析方法的流程示意图，该方法包括一下步骤：S11、根据油浸式电力变压器的三相绕组、铁芯和油箱的结构参数，构建所述油浸式电力变压器的三维几何模型后，执行S12；S12、采用有限元法对所述三维几何模型进行网格剖分，得到所述油浸式电力变压器的三维几何网格模型后，执行S13；S13、根据分别对所述三维几何网格模型中三相绕组上施加的正弦电流，计算所述油浸式电力变压器各相绕组所受本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种三维瞬态电磁场数值模拟分析方法，其特征在于，该方法包括：根据油浸式电力变压器的三相绕组、铁芯和油箱的结构参数，构建所述油浸式电力变压器的三维几何模型；采用有限元法对所述三维几何模型进行网格剖分，得到所述油浸式电力变压器的三维几何网格模型；根据分别对所述三维几何网格模型中三相绕组上施加的正弦电流，计算所述油浸式电力变压器各相绕组所受的瞬态电磁力。

【技术特征摘要】
1.一种三维瞬态电磁场数值模拟分析方法，其特征在于，该方法包括：根据油浸式电力变压器的三相绕组、铁芯和油箱的结构参数，构建所述油浸式电力变压器的三维几何模型；采用有限元法对所述三维几何模型进行网格剖分，得到所述油浸式电力变压器的三维几何网格模型；根据分别对所述三维几何网格模型中三相绕组上施加的正弦电流，计算所述油浸式电力变压器各相绕组所受的瞬态电磁力。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，该方法还包括：将所述油浸式电力变压器的单项高中压绕组短路瞬态电流波形存储为图片,采用图像捕捉工具对所述图片进行读取，计算获得述的油浸式电力变压器的三维几何模型中的油浸式电力变压器的材料属性。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，该方法还包括：通过所述油浸式电力变压器绕组所受的瞬态电磁力，计算获得所述油浸式电力变压器在短路状态下三维空间中的电磁场分布情况；其中，所述电磁场分布情况包括所述油浸式电力变压器在任意位置或任意路径的场强分布。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，该方法还包括：通过所述油浸式电力变压器绕组所受的瞬态电磁力，计算获得所述油浸式电力变压器瞬态电磁损耗量；根据所述油浸式电力变压器瞬态电磁损耗量，对所述油浸式电力变压器进行模拟散热分析，获得所述油浸式电力变压器的热源参考值。5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据分别对所述三维几何网格模型中三相绕组上施加的正弦电流，计算所述油浸式电力变压器各相绕组所受的瞬态电磁力，包括：分别对所述三维网格几何模型中三相绕组上施加正弦电流，获得所述油浸式电力变压器的短路瞬态模式；根据预设的边界条件，采用有限元法对麦克斯韦方程组进行数学离散计算，获得所述三维网格几何模型中空间各点的磁通量密度和磁场强度；根据所述磁通量密度和所述磁场强度，计算获得所述油浸式电力变压器各相绕组所受的瞬态电磁力。6.一种三维瞬态电磁场数值模拟分析装置，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：李德波，许凯，钟俊，冯永新，孟源源，杨贤，周丹，柯春俊，饶章权，
申请(专利权)人：广东电网有限责任公司电力科学研究院，
类型：发明
国别省市：广东;44