【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于电力变压器，具体涉及一种电力变压器绕组匝间短路故障的温度分析方法。
技术介绍
1、目前，电力变压器在实际工程中多采用电流差动保护和过流保护措施。然而，由于匝间短路时主回路相电压和相电流变化甚微，无法触动电力变压器的差动保护和过流保护装置,在长时间的故障工况下，极易引起电力变压器故障位置的温度过高，从而引发绝缘损坏，甚至可能导致爆炸起火。
2、由于匝间短路故障难以有效监测以及电力变压器内部结构复杂，导致难以获取故障时电力变压器内部温度分布特征进行分析的问题，缺乏简单有效地匝间短路故障温度分析方法。加之电力变压器在实际运行中对外壳密封性的严格要求，因此难以使用有效设备对电力变压器的温度分布特征进行检测分析。
3、虽然可以通过在试验中人为设置电力变压器短路环来检测匝间短路时电压和电流变化特征，但是这种方法存在试验成本高、过程复杂、误差较大的问题。此外，试验过程中也无法有效地检测电力变压器各部分温度变化的特征。电力变压器匝间短路故障持续时间较长，对其在发展过程中温度变化特征进行分析显得尤为重要。
技术实现思路
1、根据以上现有技术中的不足，本专利技术提供了一种电力变压器绕组匝间短路故障的温度分析方法，可以通过建立的模型求解获取电力变压器匝间短路故障电流和电磁损耗，并仿真计算电力变压器匝间短路故障时的温度，从而实现了对电力变压器匝间短路故障的温度变化特征的分析。
2、为达到以上目的，本专利技术提供了一种电力变压器绕组匝间短路故障的温度分析方法
3、s1、建立电力变压器匝间短路故障电路模型；
4、s2、构建电力变压器多物理场分析模型；
5、s3、进行电力变压器模型校正；
6、s4、分析电力变压器匝间短路故障温度分布特征。
7、所述的s1中，通过对电力变压器等效电路进行分析，建立包括高低压绕组电压和电流、短路匝绕组电压和电流、高低压绕组之间电感、短路匝电感、正常绕组与短路匝之间电感的电力变压器匝间短路故障电路模型。
8、所述的s1中，电力变压器匝间短路故障电路模型表示为电力变压器匝间短路故障方程：
9、
10、式中，ia、ib、ic分别为故障时高压绕组a相、b相、c相的相电流；ia、ib、ic分别为低压绕组a相、b相、c相的相电流；is为短路环电流；ra1、ra2分别为a相低压侧非短路匝绕组电阻；ras为短路匝电阻；la1、la2分别为a相低压侧非短路匝自感；las为短路匝自感；maa1、maa2、ma1a2为非短路匝绕组之间的互感；maas、ma1s、ma2s为短路匝与其他绕组之间的互感；rs为单匝短路时短路点的接触电阻；za、zb、zc为低压侧三相负载；mbb表示高压绕组b相等效电感lb与低压绕组b相等效电感lb之间的互感；mcc表示高压绕组c相等效电感lc与低压绕组c相等效电感lc之间的互感；rb、rc分别为高压绕组b相、c相的等效电阻；ub、uc分别为b相、c相低压绕组电压，ua1、ua2为非短路匝绕组电压，uza为负载电压。
11、所述的s2中，构建电力变压器多物理场分析模型的过程中，考虑电力变压器的高低压绕组、铁芯、端部绝缘、结构件、变压器油和变压器外壳(包括变压器油箱外壳及散热器外壳)，忽略支撑条、垫块。
12、所述的s2中，构建电力变压器多物理场分析模型的步骤为：
13、s21、引入矢量磁位a和标量电位建立电力变压器电磁场数学模型：
14、
15、
16、式中，μ为磁导率；σ为电导率；t为时间；js为源电流密度；
17、s22、考虑集肤效应的影响，通过式(4)计算趋肤深度，并结合式(5)对变压器外壳和结构件的杂散损耗进行计算：
18、
19、
20、式中，pe为金属导体涡流损耗；δ为趋肤深度；ω为角频率；σ是导体的电导率；σi是单元i的电导率；jei是单元i的涡流密度矢量；jei*是单元i的共轭涡流密度矢量；vi是单元i的体积；n是钢板整体剖分单元的单元数量；
21、s23、变压器内部的传热过程满足质量、动量和能量守恒，如下式所示：
22、
23、式中，v为流体速度矢量；ρ为流体密度，单位kg/m3；p为流体压强，单位pa；f为单位体积流体受到的外力，单位n/m3；η为流体的动力粘度，单位kg/(m·s)；t为流体温度，单位k；cp为流体比热容，单位j/(kg·k)；k为流体热导率，单位w/(m·k)；φ为流体内热源；sh为流体粘性力作用下流体机械能转换为热能的部分；
24、s24、将电磁损耗作为热源，由于变压器油存在粘性，设定固体壁面与附近变压器油相对速度为0，同时设定壁面温度与附近流体温度保持一致；
25、s25、充分考虑电力变压器内部各部分的热传导和热对流，将变压器油箱外壳及散热器外壳简化为光滑平面，即认为变压器外壳散热过程为纵掠平板对流传热，采用对流换热系数等效表达电力变压器与外界的传热过程，因此，在对流换热条件下，通过式(7)求解换热系数：
26、
27、式中hc为对流换热系数，单位w/(m2·k)；l是特征尺寸，单位m；nu为努塞尔数；
28、s26、自然对流换热条件下，竖直壁面的努塞尔数nuv和水平壁面的努塞尔数nuh表示为：
29、nuh＝0.27ra1/4 (8)；
30、
31、ra＝gr·pr (10)；
32、
33、
34、式中pr为普朗特数；gr为格拉晓夫数；ra为瑞利数；g是重力加速度，单位m/s2；β是对应流体的膨胀系数；θ是壁面与外流体的温差，单位k；μl为粘性系数；
35、s27、在强迫对流换热条件下，水平壁面的努塞尔数nu1和竖直壁面的努塞尔数nu2可表示为：
36、nu1＝0.037re0.8pr1/3 (13)；
37、nu2＝0.228re0.731pr1/3 (14)；
38、式中，re为雷诺数；
39、s28、不考虑变压器内部各部分的辐射，认为变压器仅通过外壳向周围环境辐射能量，利用辐射换热系数等效表达传热过程，即：
40、
41、式中ε为变压器外壳表面发射率；σb为斯忒藩-玻尔兹曼常数；tw为变压器外壳温度；ta为环境温度；
42、s29、变压器外壳的散热强度h可以表示为对流换热系数hc与辐射换热系数hr之和，即：
43、h＝hc+hr(16)。
44、
45、所述的s2中，在电力变压器多物理场分析模型中，由于变压器油的流速度较慢，通过对瑞利数ra计算发现其远小于1×109，因此认为变压器为层流模型。
46、所述的s2中，在电力变压器多物理场分析模型中，考虑重力的影响，设置重力加速度g本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种电力变压器绕组匝间短路故障的温度分析方法，其特征在于包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种电力变压器绕组匝间短路故障的温度分析方法，其特征在于：所述的S1中，通过对电力变压器等效电路进行分析，建立包括高低压绕组电压和电流、短路匝绕组电压和电流、高低压绕组之间电感、短路匝电感、正常绕组与短路匝之间电感的电力变压器匝间短路故障电路模型。
3.根据权利要求2所述的一种电力变压器绕组匝间短路故障的温度分析方法，其特征在于：所述的S1中，电力变压器匝间短路故障电路模型表示为电力变压器匝间短路故障方程：
4.根据权利要求3所述的一种电力变压器绕组匝间短路故障的温度分析方法，其特征在于：所述的S2中，构建电力变压器多物理场分析模型的过程中，考虑电力变压器的高低压绕组、铁芯、端部绝缘、结构件、变压器油和变压器外壳，忽略支撑条、垫块。
5.根据权利要求4所述的一种电力变压器绕组匝间短路故障的温度分析方法，其特征在于：所述的S2中，构建电力变压器多物理场分析模型的步骤为：
6.根据权利要求5所述的一种电力变压器绕组匝间短路故障
7.根据权利要求5所述的一种电力变压器绕组匝间短路故障的温度分析方法，其特征在于：所述的S2中，在电力变压器多物理场分析模型中，考虑重力的影响，设置重力加速度g为9.8m/s2，方向沿Z轴负方向。
8.根据权利要求5所述的一种电力变压器绕组匝间短路故障的温度分析方法，其特征在于：所述的S3中，利用短路法进行电力变压器温升试验，对额定工况下的电力变压器多物理场模型进行校正。
9.根据权利要求8所述的一种电力变压器绕组匝间短路故障的温度分析方法，其特征在于：所述的S4中，电力变压器匝间短路故障温度分布特征包括高低压绕组温度、匝间短路位置温度、电力变压器油温度以及电力变压器外壳温度分布。
10.根据权利要求9所述的一种电力变压器绕组匝间短路故障的温度分析方法，其特征在于：所述的S4中，电力变压器匝间短路故障温度分布特征的分析过程为：
...【技术特征摘要】
1.一种电力变压器绕组匝间短路故障的温度分析方法，其特征在于包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种电力变压器绕组匝间短路故障的温度分析方法，其特征在于：所述的s1中，通过对电力变压器等效电路进行分析，建立包括高低压绕组电压和电流、短路匝绕组电压和电流、高低压绕组之间电感、短路匝电感、正常绕组与短路匝之间电感的电力变压器匝间短路故障电路模型。
3.根据权利要求2所述的一种电力变压器绕组匝间短路故障的温度分析方法，其特征在于：所述的s1中，电力变压器匝间短路故障电路模型表示为电力变压器匝间短路故障方程：
4.根据权利要求3所述的一种电力变压器绕组匝间短路故障的温度分析方法，其特征在于：所述的s2中，构建电力变压器多物理场分析模型的过程中，考虑电力变压器的高低压绕组、铁芯、端部绝缘、结构件、变压器油和变压器外壳，忽略支撑条、垫块。
5.根据权利要求4所述的一种电力变压器绕组匝间短路故障的温度分析方法，其特征在于：所述的s2中，构建电力变压器多物理场分析模型的步骤为：
6.根据权利要求5所述的一种电力变压...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘兴华，杨学杰，姜晓东，李飞，乔恒，韩旭，
申请(专利权)人：国网山东省电力公司淄博供电公司，
类型：发明
国别省市：
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