【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出口短路电动力暂态分析模型。
技术介绍
1、电力变压器是电力系统中关键的电力设备，其稳定运行对于保障电网的安全和稳定具有重要意义。随着现代经济的发展，电力变压器数量和容量的不断提升满足了人们持续增长的用电需求。
2、出口短路是电力变压器在运行过程中可能遭遇的一种严重故障情况，因此抗短路能力是制约电力变压器容量增长的一个重要因素，电力变压器短路故障占变压器总故障比例较高，短路时故障电流突增，会产生强大的电动力，对电力变压器造成严重损伤。由于故障发生突然，短路持续时间较短，难以对电力变压器短路时的电动力进行测量和分析。
3、此外，电力变压器价格昂贵，如果进行出口短路试验会对设备造成损伤，试验成本较大，且试验测量设备安装繁琐复杂，准确性受周围环境影响较大，因此目前仍然缺乏经济有效地用于电力变压器出口短路暂态电动力分析的方法，难以对实际电力变压器出口短路故障进行准确模拟和还原。
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出口短路电动力暂态分析模型，全面考虑了电力变压器的电气特性和机械特性，能够有效模拟电力变压器出口短路时暂态电流和电动力变化特点。
2、为达到以上目的，本专利技术提供了一种电力变压器出口短路电动力暂态分析模型，建模包括以下步骤：
3、s1、构建几何模型：几何模型由变压器中影响电磁场分析的部件组成，包括高低压绕组、铁芯、垫块、撑条、铁扼、端部绝缘；p>
4、s2、设置计算条件：将无限远处磁场强度定义为0，将三相变压器看作三个单相变压器，对高压绕组分别施加幅值相等相位相差120°的正弦电压源；同时，考虑高低压绕组线圈的实际电阻，忽略绕组电抗；
5、s3、进行短路特征计算，包括：
6、s31、短路电流计算；
7、s32、漏磁场计算；
8、s33、磁通密度计算；
9、s34、静态电动力计算；
10、s35、动态电动力计算；
11、s4、进行电动力分析，得到出口短路任意时刻电动力、轴向电动力及辐向电动力。
12、所述的s31中，短路电流计算的步骤为：
13、s311、在由一次侧电压u1、短路等值电阻rd、短路等值电感ld组成的简化电路中，当发生短路故障时表示为：
14、
15、式中，u1m为一次侧电压峰值，φ0为短路故障时的电源电压初相角，i为短路电流，t为时间，ω为角频率，单位rad/s；
16、s312、对式(1)求解得到：
17、
18、式中，zd为短路阻抗，其大小为φd为短路阻抗相位角，其计算公式为
19、e即为数学常数，就是自然对数的底数，近似等于2.718281828。下述公式中，是偏微分符号，d是微分符号，▽是哈密顿算子，均为含义明确的公知符号。
20、s313、对i进行分解得到：
21、i＝i′+i″ (3)
22、其中：
23、
24、
25、式(4)为对称短路电流，式(5)为非对称短路电流；
26、s314、由于rd<<ωld，所以式(2)写为：
27、
28、s315、由式(6)可得短路电流i最大值im：
29、
30、式中，i为对称短路电流有效值。
31、所述的s32中，漏磁场计算的步骤为：
32、s321、漏磁场计算以麦克斯韦方程组为基础，其微分形式为：
33、
34、式中，h为磁场强度，单位a/m；b为磁通密度；e为电场强度，单位v/m；d为电位移矢量，单位c/m2；
35、s322、为了使方程组具有定解，给定特性方程为：
36、
37、式中，j为电流密度，单位a/m2；σ为电导率，单位s/m；ε为介电常数，单位f/m；μ为磁导率，单位h/m；
38、s323、设定双绕组变压器近似为轴对称模型，在圆柱坐标系下，矢量磁位a(＝aθθ)的非线性涡流场边值问题表示为：
39、
40、式中，s′、l′1为磁场求解区域和边界条件；r、z为坐标分量，单位m；js为绕组电流密度，单位a/m2；j为虚数单位；
41、s324、令raθ＝u,μr＝μ′，σ/r＝σ′，将式(10)写为：
42、
43、将坐标转换成笛卡尔坐标，即将z和r分别改为x和y，将式(11)写为：
44、
45、式中，ν为泊松比；对应的有限元方程为：
46、kt+qt-p＝0(13)；
47、式中，k、q、t、p为复数矩阵；其中k、q为n0×n0的对称系数阵，t、p为n0×1阶列阵；
48、s325、矩阵k、q中的元素如下：
49、
50、
51、
52、式中，r、s＝1,2,3,…，n0；n0为节点总数；表示在单元e中节点r和节点s之间的刚度；δe为单元e的体积；br、bs为形函数的导数；cr、cs为形函数；表示在单元e中节点r和节点s之间的耗散相；ai表示面积(即为其计算结果表示一个面积)；bi、ci分别是y和x方向的长度。
53、所述的式(15)中，r＝s，γrs＝1；r≠s，γrs＝0。
54、所述的s33中，磁通密度计算的方法为，求解式(13)，得到矢量磁位a，再利用公式即可得到任意位置磁通密度为：
55、
56、式中，bex为磁场密度在x方向的分量，bey为磁场密度在y方向的分量，ux为x方向的单位向量，uy为y方向的单位向量。
57、所述的s34中，静态电动力计算的步骤为：
58、s341、绕组导体上所受的电动力计算为：
59、fi＝kfbi2πrijdisi (18)；
60、式中，kf为非对称短路电流冲击系数；bi为第i个单元导体内的磁通密度；ri为第i个单元导体的重心到铁芯中心线的距离，单位m；jdi为第i个单元导体内的对称短路电流密度，单位a/m2；si为第i个单元的面积；
61、s342、对每个单元所受的电动力求和，得到整个绕组的电动力，即：
62、
63、式中，fi为作用在绕组各单元上的力，ne是绕组的单元数量。
64、所述的s35中，动态电动力计算的步骤为：
65、s351、将绕组看成一个具有分布质量单元的弹性机械系统，其质量运动方程表示为：
66、mz”+cz′+ktz＝fi+mg (20)；
67、式中，z”、z′和z分别是绕组各单元振动位移的二阶、一阶偏导数矩阵和振动位移矩阵；m为单元质量矩阵；c为摩擦系数矩阵；kt为弹性系本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种电力变压器出口短路电动力暂态分析模型，其特征在于建模包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种电力变压器出口短路电动力暂态分析模型，其特征在于：所述的S31中，短路电流计算的步骤为：
3.根据权利要求2所述的一种电力变压器出口短路电动力暂态分析模型，其特征在于：所述的S32中，漏磁场计算的步骤为：
4.根据权利要求3所述的一种电力变压器出口短路电动力暂态分析模型，其特征在于：所述的式(15)中，r＝s，Γrs＝1；r≠s，Γrs＝0。
5.根据权利要求3所述的一种电力变压器出口短路电动力暂态分析模型，其特征在于：所述的S33中，磁通密度计算的方法为，求解式(13)，得到矢量磁位A，再利用公式即可得到任意位置磁通密度为：
6.根据权利要求5所述的一种电力变压器出口短路电动力暂态分析模型，其特征在于：所述的S34中，静态电动力计算的步骤为：
7.根据权利要求6所述的一种电力变压器出口短路电动力暂态分析模型，其特征在于：所述的S35中，动态电动力计算的步骤为：
8.根据权利要求7所述的一种电力
...【技术特征摘要】
1.一种电力变压器出口短路电动力暂态分析模型，其特征在于建模包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种电力变压器出口短路电动力暂态分析模型，其特征在于：所述的s31中，短路电流计算的步骤为：
3.根据权利要求2所述的一种电力变压器出口短路电动力暂态分析模型，其特征在于：所述的s32中，漏磁场计算的步骤为：
4.根据权利要求3所述的一种电力变压器出口短路电动力暂态分析模型，其特征在于：所述的式(15)中，r＝s，γrs＝1；r≠s，γrs＝0。
5.根据权利要求3所述的一种电力变压器出口短路电动力暂态分析模型，其特征在于：所述的s33中，磁通密度计算的方法为，求解式(13)，得到矢量磁位a，再利用公式即可得到任意位置磁通密度为：
【专利技术属性】
技术研发人员：刘兴华，崔川，孙磊，李飞，姜晓东，王磊磊，于洋，孔雪城，
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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