一种变压器绕组机械状态分析方法技术

本发明专利技术公开了一种变压器绕组机械状态获取方法，其主要包括以下步骤：根据变压器的机械结构参数，搭建变压器的多物理场耦合绕组物理模型；根据变压器的材料参数，分别设置电场、磁场、机械场的物理属性；分别设置电场、磁场、机械场的约束条件；设置变压器绕组在多物理场耦合作用下受到的洛伦兹力为变压器绕组机械场的变量；根据变压器实际运行状态，在模型上加载电流，根据前述洛伦兹力求解得到相应的变压器绕组机械场结果。本发明专利技术技术方案的方法克服了现有技术不能直接监测变压器绕组状态、检修成本高昂的缺点，其成本低廉、准确可靠、操作方便，可以直接对变压器绕组机械状态进行监测。

A method for analyzing mechanical state of transformer windings

The invention discloses a transformer winding mechanical state acquisition method, which comprises the following steps: according to the mechanical parameters of the transformer, multi field coupling transformer winding physical model is built; according to the material parameters of the transformer, the physical properties are respectively provided with electric and magnetic field and mechanical field; the constraint conditions are set, electric field and magnetic field and mechanical field; setting of transformer winding under multi field coupling under the Lorenz force for transformer winding mechanical field variable; according to the actual operation state of transformer load in the current model, according to the Lorenz force obtained the corresponding results of field winding machine. Methods the technical scheme of the invention overcomes the defects of the existing technology can not be directly monitoring the status of transformer windings, the high cost of maintenance shortcomings, its low cost, reliable and convenient operation, can be directly carried out to monitor the mechanical state of transformer winding.

【技术实现步骤摘要】
一种变压器绕组机械状态分析方法
本专利技术属于变压器
，具体涉及一种电力变压器绕组机械状态的分析方法。
技术介绍
电力变压器是电力网络的关键节点，是关系到电力系统安全稳定运行的重要设备。短路事故是电网中常见且破坏性强的故障之一，由短路故障造成的绕组机械损坏严重影响了电力变压器的可靠运行。另外，如果变压器设计不当或者制造工艺不合格，在系统发生外部故障时，会引发严重的绕组损坏。这些损伤在多数情况下可能不是立即使变压器退出运行，但使得变压器机械结构变得脆弱，严重影响到变压器的安全运行。业内对变压器绕组的机械状态密切关注，提出了一系列的检修规程。实现对电力变压器机械状态的实时监测，能够有效地避免大型事故的发生。但是当前关于变压器绕组机械状态的监测都是采用间接的手段，如变形试验、振动试验、返厂吊罩等方法。这些方法费事费力，准确性不高，且无法实现实时监测，经济性差。
技术实现思路
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术提供了一种电力变压器绕组机械状态的分析方法，该分析方法准确可靠、操作方便，可以直接对变压器绕组机械状态进行监测，且成本低廉、准确性高。为实现上述目的，按照本专利技术提供了一种变压器绕组机械状态获取方法，其特征在于，包括以下步骤：S1根据变压器的机械结构参数，搭建变压器的多物理场耦合绕组物理模型，所述多物理场包括电场、磁场和机械场；S2根据变压器的材料参数，设置步骤S1中所述电场、磁场、机械场的物理属性；S3设置步骤S1中所述电场、磁场、机械场的约束条件；S4设置变压器绕组在多物理场耦合作用下受到的洛伦兹力为变压器绕组机械场的变量；S5根据变压器实际运行状态在步骤S1中所述模型上加载电流，根据步骤S4中所述洛伦兹力求解得到相应的变压器绕组机械场结果，获取变压器绕组的机械状态，所述机械状态包括振动情况、应力情况和应变情况。在研究过程中，搭建物理模型，可以在各种仿真软件中模拟变压器的运行状态，根据仿真输出的结果，结合其他参考因素，对变压器的机械状态进行判断。一般来说，对具体的变压器，其机械结构等物理参数是一定的，根据这些参数，可以模拟搭建其多物理场虚拟模型。在变压器影响因素中，电场、磁场、机械场对变压器的机械状态影响是较为突出的，因此在搭建物理模型的时候，优先设置电场、磁场、机械场。仿真模拟的过程是一个虚拟过程，因此需要将一些必要参数和限制条件添加到搭建的物理模型中，也就是对电场、磁场、机械场的物理属性进行一定的设置，并确定电场、磁场、机械场的约束条件。在仿真模拟的过程中，电场、磁场、机械场的相互耦合后施加在绕组上的洛伦兹力可控可检测，因此选择将绕组受到的多物理场耦合洛伦兹力作为变压器绕组机械场的变量。也就是说，对于整个变压器的机械场而言，洛伦兹力是一个变量，其大小变化将会影响整个机械场的状态，即最终的检测结果。每一个洛伦兹力，均对应着一种机械场的状态，机械场的状态是受洛伦兹力的变化而变化的。变压器在工作的过程中，绕组线圈中加载有绕组电流，相应的，在仿真模拟过程中，需要根据变压器的实际运行状态加载运行电流，绕组线圈在耦合场的作用下受到洛伦兹力。绕组线圈受到的洛伦兹力施加在变压器绕组上，会对变压器绕组的物理状态产生影响。在上述物理模型中，可以根据洛伦兹力的大小和方向，通过一定程序，求解得到变压器绕组机械场结果，获取绕组的机械状态，机械状态包括振动情况、应力情况及应变情况。通过这些机械状态，可以有效监测变压器的运行状态，从而避免隐患发生。作为本专利技术的一个优选技术方案，步骤S2中所述物理属性包括固定参数和可变参数，所述固定参数为所述变压器绕组的固有值，所述可变参数为理想值。作为本专利技术的一个优选技术方案，固定参数包括泊松比、杨氏模量、密度、电导率、相对磁导率。作为本专利技术的一个优选技术方案，电场的可变参数包括绕组各线饼之间的匝绝缘为零、电流在绕组中分布均匀和绕组各处的电流面密度相同。作为本专利技术的一个优选技术方案，磁场的可变参数包括各结构件、绕组饼间油道和油纸绝缘结构对变压器绕组磁场的影响为零。作为本专利技术的一个优选技术方案，机械场的可变参数包括各器件的结构和/或材质对变压器机械场的影响为零和各器件为理想器件，不会在洛伦兹力的作用下发生变化，所述器件包括垫块、撑条、端圈。变压器的物理属性包括固定参数和可变参数，其中固定参数属于变压器的固有属性，一般由变压器的材质、结构等决定；可变参数一般受到技术限制，在不同情况下呈现不同的数值大小。本专利技术技术方案中，固定参数包括但不限于绕组的泊松比、杨氏模量、密度、电导率、相对磁导率等，这些参数都是可以根据待测变压器的实际材质和结构获得的，属于变压器绕组的固有参数。而可变参数包括但不限于绕组匝绝缘、电流分布情况以及电流面密度等，这些参数在变压器的实际运行中，可能受到温度、湿度、绕组缠绕方式、均匀程度等影响，以及在使用过程中由于变压器损耗也会带来一些参数变化。在理想仿真模拟模型中，上述可变参数可以取理想值。本专利技术技术方案中，电场、磁场和机械场的可变参量均设置为理想值。具体而言，在本专利技术技术方案的物理模型中，绕组各线饼之间的匝绝缘为零，绕组各处不存在因缠绕方式带来磁场的变化；电流在整个变压器绕组中分布均匀，绕组线圈本身材质均匀，绕组的缠绕也是均匀的；以及对整个变压器绕组而言，各处的电流面密度是均匀的。对于磁场，本专利技术技术方案的理想模型中认为各结构件、绕组饼间油道和油纸绝缘结构对变压器绕组磁场的影响为零。对于机械场，理想模型中忽略耦合场施加在变压器绕组上的洛伦兹力带来的变化，即各器件的结构和/或材质对变压器机械场的影响为零，且各器件为理想器件，不会在洛伦兹力的作用下发生变化，或者说认为各器件可以承受洛伦兹力的作用。前述的器件包括但不限于垫块、撑条、端圈等一系列可能因受到洛伦兹力而发生机械变化的变压器组成器件。作为本专利技术的一个优选技术方案，步骤S3中所述的电场约束条件为：设定绕组为多匝线圈模型，选取电流参考方向，按照选定的电流方向对线圈施加电流面密度载荷。作为本专利技术的一个优选技术方案，步骤S3中所述的磁场约束条件为：设定变压器油箱的外轮廓线，施加磁通量平行约束。作为本专利技术的一个优选技术方案，步骤S3中所述的机械场约束条件为：设定变压器绕组下底面零位移约束，上底面加载预应力约束，绕组体加载重力约束。对于一个变压器仿真物理模型而言，多匝线圈是变压器的必备特征，选取电流的参考方向对于输出结果的绝对值没有影响，只起到标示电流方向的作用。选定的这个方向与电流实际的方向也不尽相同，选取电流的参考方向与选定的变压器电流方向是可以不一致的。添加变压器油箱外轮廓线以及平行约束，是为了尽可能模拟变压器的实际工作状态，将磁场约束在一定的边界条件内，本专利技术技术方案中所利用的磁通量平行约束即为磁场边界条件的一种。此外，由于变压器具有一定的负载和自重，其与其他组件也具有一定的连接关系，设定变压器绕组下底面零位移约束、上底面加载预应力约束、绕组体加载重力约束，也是模拟变压器实际的工作状态。作为本专利技术的一个优选技术方案，步骤S4中所述的洛伦兹力，包括正常运行及短路情况下变压器绕组受到的洛伦兹力。本专利技术技术方案是为了增强变压器运行的可靠性，对于变压器运行的各种状态都需要进行监测，尤其是短路状态。对比正常运行和短路情况本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种变压器绕组机械状态获取方法，其特征在于，包括以下步骤：S1根据变压器的机械结构参数，搭建变压器的多物理场耦合绕组物理模型，其中所述多物理场包括电场、磁场和机械场；S2根据变压器的材料参数，分别设置步骤S1中所述电场、磁场、机械场的物理属性；S3分别设置步骤S1中所述电场、磁场、机械场的约束条件；S4设置变压器绕组在多物理场耦合作用下受到的洛伦兹力为变压器绕组机械场的变量；S5根据变压器实际运行状态，在步骤S1中所述模型上加载电流，根据步骤S4中所述洛伦兹力求解得到相应的变压器绕组机械场结果，从而获取变压器绕组的机械状态，其中所述机械状态包括振动、应力和应变。

【技术特征摘要】
1.一种变压器绕组机械状态获取方法，其特征在于，包括以下步骤：S1根据变压器的机械结构参数，搭建变压器的多物理场耦合绕组物理模型，其中所述多物理场包括电场、磁场和机械场；S2根据变压器的材料参数，分别设置步骤S1中所述电场、磁场、机械场的物理属性；S3分别设置步骤S1中所述电场、磁场、机械场的约束条件；S4设置变压器绕组在多物理场耦合作用下受到的洛伦兹力为变压器绕组机械场的变量；S5根据变压器实际运行状态，在步骤S1中所述模型上加载电流，根据步骤S4中所述洛伦兹力求解得到相应的变压器绕组机械场结果，从而获取变压器绕组的机械状态，其中所述机械状态包括振动、应力和应变。2.根据权利要求1所述的一种变压器绕组机械状态获取方法，其中，步骤S2中设置所述物理属性包括设置固定参数和设置可变参数，其中设置固定参数即为将所述变压器绕组的固定参数设置为固有值，设置可变参数为将所述变压器绕组的可变参数设置为理想值。3.根据权利要求2所述的一种变压器绕组机械状态获取方法，其中，所述固定参数值包括泊松比、杨氏模量、密度、电导率、相对磁导率。4.根据权利要求2或3所述的一种变压器绕组机械状态获取方法，其中，所述电场的可变参数的理想值包括绕组各线饼之间的匝绝缘为零、电流在绕组中分布均匀和绕组各处的电流面密度相同。...

【专利技术属性】
技术研发人员：李德波，臧春艳，李冰阳，许凯，钟俊，冯永新，
申请(专利权)人：广东电网有限责任公司电力科学研究院，武汉智能装备工业技术研究院有限公司，华中科技大学，
类型：发明
国别省市：广东,44