一种基于仿真试验的变压器线圈设计方法技术

本发明专利技术提供了一种基于仿真试验的变压器线圈设计方法，涉及风电干式变压器技术领域，本发明专利技术对变压器线圈进行建模得到变压器线圈仿真试验模型；建立温度和热学边界条件，对变压器线圈在所述边界条件下进行仿真试验并得到试验过程中所受的最大应力；将所述最大应力与许用应力进行比较，得到差值参数，根据所述差值参数对变压器线圈的模型参数进行优化，重复试验，最终得到最优变压器线圈模型参数，基于所述最优变压器线圈模型参数优化所述变压器线圈设计，解决了现有技术中存在的针对在恶劣环境的变压器气候等级试验时，试验难度大、成本高、绕组线圈发生失效等技术问题。绕组线圈发生失效等技术问题。

【技术实现步骤摘要】
一种基于仿真试验的变压器线圈设计方法


[0001]本专利技术涉及风电干式变压器
，尤其是涉及一种基于仿真试验的变压器线圈设计方法。

技术介绍

[0002]风电用干式变压器是连接风力发电系统和电网的重要设备，用于将风力发电机发出的电能经过升压变压器变为10kV或35kV等电压，通过埋地电缆或者架空线路输送到风电场升压站，风电用干式变压器一般运行在野外或海上，运行环境恶劣，有些地区还要考虑低温严寒的影响，因此要考虑设备的耐受性，在产品设计上，需要满足相应的气候等级试验。
[0003]现有的气候等级试验是将变压器样机置于试验箱内，将试验箱内的空气温度在规定的时间内逐渐降到贮存环境温度并保持规定时间，然后逐渐上升到通电环境温度并保持规定时间，对被测试绕组施加两倍额定电流以进行热冲击试验，试验完成后经外观检查绕组有无可见的异常现象，如裂缝或开裂。但是对于极端恶劣环境下的变压器气候等级试验，由于测试环境恶劣，例如C4气候等级试验最低温度达
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50℃，需要设计专用的试验箱来进行测试，测试费用较高；并且测试周期较长，在测试失败后，还需要重新修改变压器的绕组线圈设计，制造新设计的样机后再进行测试，多次重复的修改及测试导致测试成本高昂和测试效率低下。另外，在对变压器的绕组线圈进行热冲击试验后，常规的检测方法是通过外观检查绕组有无可见的异常现象，如裂缝或开裂，由于检测精度和误差等影响，有些内部异常不容易被发现，从而造成漏检，并且无法知晓变压器的绕组线圈的安全系数，而风电用干式变压器一般运行在野外或海上，运行环境极端恶劣，一旦变压器的绕组线圈发生失效将对正常生产带来极大影响。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种基于仿真试验的变压器线圈设计方法，以解决现有技术中存在的变压器线圈设计时气候等级试验测试质量低、测试成本高昂、测试效率低下的技术问题。
[0005]本专利技术提供的一种基于仿真试验的变压器线圈设计方法，其特征在于：
[0006]对所述变压器线圈进行建模得到所述变压器线圈的仿真试验模型；
[0007]建立热学边界条件，模拟试验过程温度变化，并对所述变压器线圈的仿真试验模型施加热负荷，并计算环境等级试验时的冷热冲击过程中所述变压器线圈的仿真试验模型所受的最大应力；
[0008]将所述最大应力与许用应力进行比较，得到差值参数，根据所述差值参数对所述变压器线圈的模型参数进行优化；
[0009]重复所述试验过程，得到优化的变压器线圈模型参数，基于所述优化的变压器线圈模型参数优化所述变压器线圈设计。
[0010]进一步的，所述变压器线圈仿真试验模型由内包封、外包封和位于所述内包封和
外包封之间的气道组成。
[0011]进一步的，所述内包封和外包封均由绝缘材料包裹的金属圆环柱体组成。
[0012]进一步的，所述气道的材料为由玻璃纤维和环氧树脂组成的复合材料。
[0013]进一步的，所述变压器线圈仿真试验模型为中心对称模型，在对称面设置对称边界，所述两个圆环柱体上表面设置固定边界，其余表面为自由边界。
[0014]进一步的，所述的热学边界条件为将所述变压器线圈仿真试验模型和空气接触面均设置为热通量边界。
[0015]进一步的，所述模拟试验过程温度变化包括：
[0016]阶段一：在固体传热模块中设置初始温度为第一环境温度，设置第一参考温度，添加稳态分析，模拟所述变压器线圈的仿真试验模型从所述第一环境温度冷却至所述第一参考温度；
[0017]阶段二：在固体传热模块中设置第二环境温度，设置第二参考温度，添加稳态分析，模拟所述变压器线圈的仿真试验模型从所述第二环境温度冷却至所述第二参考温度；
[0018]阶段三：在固体传热模块中设置第三环境温度，设置第三参考温度，对所述变压器线圈的仿真试验模型施加热负荷，添加稳态分析，模拟所述变压器线圈的仿真试验模型从所述第三环境温度加热至所述第三参考温度。
[0019]进一步的，所述第一环境温度的范围为80℃～100℃，所述第一参考温度的范围为0℃～40℃。
[0020]进一步的，所述第二环境温度的范围为0℃～40℃，所述第二参考温度的范围为
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53℃～
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22℃，所述第三环境温度的范围为
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53℃～
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22℃，所述第三参考温度的范围为137℃～168℃。
[0021]进一步的，对所述变压器线圈的仿真试验模型施加热负荷包括：
[0022]所述内包封上施加的热负荷Q1与所述外包封上设置的热负荷Q2的比值范围为0.8～1.2。
[0023]本专利技术提供的一种基于仿真试验的变压器线圈设计方法，在模拟环境中对变压器的线圈进行仿真试验，模拟现实环境的不同气候条件，对变压器线圈在不同的温度和热负荷条件下进行试验，试验过程中得到的变压器线圈承受的最大应力值，将该最大应力值与许用应力进行比较，找出偏差值，再根据偏差值对变压器线圈的设计参数进行修正优化，进而得到最优的变压器线圈设计参数，最终制造得到最优设计的变压器线圈；本专利技术所使用的变压器线圈仿真实验设计方法，只需要建立变压器线圈模型进行试验，不用专用的试验箱，节省了高昂的试验费用，成本低；试验周期短，可根据试验结果随时调整变压器线圈的设计参数以适应实际的气候环境，随时对变压器线圈的绕组设计进行修正优化，验证效率高；热冲击试验可以通过试验结果对变压器线圈是否异常进行跟踪观察，与模拟件测试方法相比，提高了验证效率，降低了验证成本，并能保证变压器线圈的安全系数。
附图说明
[0024]为了更清楚地说明本专利技术具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式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，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施方式，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0025]图1为本专利技术实施例提供的设计方法逻辑流程框图；
[0026]图2为本专利技术实施例1仿真试验结果图；
[0027]图3为本专利技术实施例2仿真试验结果图。
具体实施方式
[0028]下面将结合实施例对本专利技术的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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。
[0029]本专利技术的具体实施方式提供的一种基于仿真试验的变压器线圈设计方法，如图1所示，为本专利技术的逻辑流程图，首先，对变压器线圈按照一比一的比例进行仿真模型构建，所述仿真模型用于模拟变压器线圈在外界气候环境变化过程中，其能承受的最大应力的能力，建立温度场的边界条件，模拟试验过程温度变化，并对所述变压器线圈的仿真试验模型施加热负荷，对变压器线圈仿真模型在设定好的边界条件下进行仿真试验，试验结束后得到相应的变压器线圈能承本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于仿真试验的变压器线圈设计方法，其特征在于：对所述变压器线圈进行建模得到所述变压器线圈的仿真试验模型；建立热学边界条件，模拟试验过程温度变化，并对所述变压器线圈的仿真试验模型施加热负荷，并计算环境等级试验时的冷热冲击过程中所述变压器线圈的仿真试验模型所受的最大应力；将所述最大应力与许用应力进行比较，得到差值参数，根据所述差值参数对所述变压器线圈的模型参数进行优化；重复所述试验过程，得到优化的变压器线圈模型参数，基于所述优化的变压器线圈模型参数优化所述变压器线圈设计。2.根据权利要求1所述的一种基于仿真试验的变压器线圈设计方法，其特征在于：所述变压器线圈仿真试验模型由内包封、外包封和位于所述内包封和外包封之间的气道组成。3.根据权利要求2所述的一种基于仿真试验的变压器线圈设计方法，其特征在于：所述内包封和外包封均由绝缘材料包裹的金属圆环柱体组成。4.根据权利要求2所述的一种基于仿真试验的变压器线圈设计方法，其特征在于：所述气道的材料为由玻璃纤维和环氧树脂组成的复合材料。5.根据权利要求2所述的一种基于仿真试验的变压器线圈设计方法，其特征在于：所述变压器线圈仿真试验模型为中心对称模型，在对称面设置对称边界，所述两个圆环柱体上表面设置固定边界，其余表面为自由边界。6.根据权利要求1所述的一种基于仿真试验的变压器线圈设计方法，其特征在于：所述的热学边界条件为将所述变压器线圈仿真试验模型和空气接触面均设置为热通量边界。7.根据权利要求2所述的一种基于仿真试验的变压...

【专利技术属性】
技术研发人员：李霞，刘燕，易吉良，肖勋，
申请(专利权)人：顺特电气设备有限公司，
类型：发明
国别省市：