一种变压器抗短路校核位移分析方法及系统与流程

本发明涉及变压器，尤其涉及一种变压器抗短路校核位移分析方法及系统。

背景技术：

1、变压器作为电力系统中的重要电气设备，变压器能否长期维持在安全稳定的运行状态将直接影响供电可靠性。变压器在短路工况下，线圈上的电流最大值可达到其稳定运行时的几十倍，由于线圈处于强大漏磁场中，与电流相互作用会产生电磁力，其值与电流的平方成正比。在实际运行中，当大容量变压器发生短路故障时，所产生的短路电流并非是稳态值，而是瞬时变化的短路电流，进而产生作用于绕组瞬时变化且不均匀的轴向和辐向短路电动力。在反复短路冲击后，变压器的线圈会由于出现累积形变，从而可能导致线圈导线发生明显弯曲或者断裂，或因绝缘层被破坏而使得绝缘强度不足等，进而造成变压器设备故障，影响电路系统的可靠性和稳定性。

2、然而，在现有的电力变压器抗短路能力校核方法中，通常只考虑最大电流所产生的短路力计算，实现电力变压器在电流作用下的结构强度校核，或是考虑多次最大电流作用下短路力累积冲击下的影响开展分析。但由于短路冲击电流是随时间进行变化的，这导致难以对电力变压器短路冲击的位移形变过程进行准确分析。

技术实现思路

1、本发明提供了一种变压器抗短路校核位移分析方法及系统，通过考虑短路冲击电流是随时间进行变化，解决了现有的电力变压器抗短路能力校核方法难以对电力变压器短路冲击的位移形变过程进行准确分析的技术问题。

2、有鉴于此，本发明第一方面提供了一种变压器抗短路校核位移分析方法，包括：

3、根据变压器的几何结构和电气参数进行有限元建模，得到变压器的有限元模型，所述变压器的有限元模型包括各个线饼以及各个线饼的线圈绕组；

4、根据变压器短路故障发生时的各个线饼的线圈绕组的短路电流值确定短路冲击过程中的短路电流曲线；

5、根据所述短路电流曲线确定短路冲击过程中各短路时刻的短路电流值作为激励，并将多个所述激励分别施加至所述变压器的有限元模型的各个线饼的线圈绕组内，得到各个短路时刻的变压器的短路仿真模型；

6、根据各个短路时刻的变压器的短路仿真模型进行有限元分析，得到变压器内各个线饼的线圈绕组的磁感应强度分布；

7、根据变压器内各个线饼的线圈绕组的磁感应强度分布确定各个短路时刻的各个线饼的线圈绕组所受的轴向电磁力和辐向电磁力；

8、根据各个短路时刻的各个线饼的线圈绕组所受的轴向电磁力和辐向电磁力确定各个短路时刻的各个线饼的线圈绕组的轴向位移和辐向位移。

9、优选地，所述根据变压器的几何结构和电气参数进行有限元建模，得到变压器的有限元模型的步骤，包括：

10、对变压器的几何结构进行几何建模，得到变压器的二维轴对称的几何模型，所述变压器的二维轴对称的几何模型包括铁芯的几何模型、油箱的几何模型、磁屏蔽的几何模型以及线饼级的线圈绕组的几何模型；

11、对所述变压器的二维轴对称的几何模型进行网格剖分；

12、根据变压器的电气参数对所述变压器的二维轴对称的几何模型内的各结构进行添加材料属性；

13、设置所述变压器的二维轴对称的几何模型的外部空气为磁力线垂直边界条件，并设定各线饼面为激励源面，得到变压器的有限元模型。

14、优选地，所述短路电流值由预设的短路工况下的短路电流的周期分量与短路电流的非周期分量进行叠加得到，其中，所述短路电流的周期分量是通过系统电压与短路阻抗比值得到的，所述短路电流的非周期分量是通过短路故障前的电流和合闸角确定的。

15、优选地，所述根据变压器内各个线饼的线圈绕组的磁感应强度分布确定各个短路时刻的各个线饼的线圈绕组所受的轴向电磁力和辐向电磁力的步骤，包括：

16、根据线饼的导线匝数对变压器内的每个线饼的线圈绕组等效分割为多根导线，并获取每根所述导线的中心点坐标；

17、根据变压器内各个线饼的线圈绕组的磁感应强度分布确定磁感应强度分布云图；

18、根据每根所述导线的中心点坐标在所述磁感应强度分布云图中进行匹配，并确定每根所述导线的轴向磁感应强度和辐向磁感应强度；

19、根据每根所述导线的轴向磁感应强度和辐向磁感应强度确定每根所述导线的轴向电磁力和辐向电磁力；

20、按照线饼的导线匝数对每根所述导线的轴向电磁力和辐向电磁力进行累加，确定各个线饼的线圈绕组所受的轴向电磁力和辐向电磁力。

21、优选地，所述根据各个短路时刻的各个线饼的线圈绕组所受的轴向电磁力和辐向电磁力确定各个短路时刻的各个线饼的线圈绕组的轴向位移和辐向位移的步骤，包括：

22、根据各个短路时刻的各个线饼的线圈绕组所受的轴向电磁力和辐向电磁力确定各个短路时刻的各个线饼的线圈绕组所受的轴向应力和辐向应力；

23、根据各个短路时刻的各个线饼的线圈绕组所受的轴向应力和辐向应力确定各个短路时刻的各个线饼的线圈绕组的轴向位移和辐向位移。

24、优选地，本方法还包括：

25、根据各个短路时刻的各个线饼的线圈绕组的轴向位移和辐向位移分别进行差分运算，利用轴向位移和辐向位移的差分运算结果对变压器的抗短路能力进行校核。

26、第二方面，本发明还提供了一种变压器抗短路校核位移分析系统，包括：

27、有限元建模模块，用于根据变压器的几何结构和电气参数进行有限元建模，得到变压器的有限元模型，所述变压器的有限元模型包括各个线饼以及各个线饼的线圈绕组；

28、短路电流获取模块，用于根据变压器短路故障发生时的各个线饼的线圈绕组的短路电流值确定短路冲击过程中的短路电流曲线；

29、仿真激励模块，用于根据所述短路电流曲线确定短路冲击过程中各短路时刻的短路电流值作为激励，并将多个所述激励分别施加至所述变压器的有限元模型的各个线饼的线圈绕组内，得到各个短路时刻的变压器的短路仿真模型；

30、有限元分析模块，用于根据各个短路时刻的变压器的短路仿真模型进行有限元分析，得到变压器内各个线饼的线圈绕组的磁感应强度分布；

31、电磁力计算模块，用于根据变压器内各个线饼的线圈绕组的磁感应强度分布确定各个短路时刻的各个线饼的线圈绕组所受的轴向电磁力和辐向电磁力；

32、位移计算模块，用于根据各个短路时刻的各个线饼的线圈绕组所受的轴向电磁力和辐向电磁力确定各个短路时刻的各个线饼的线圈绕组的轴向位移和辐向位移。

33、第三方面，本发明还提供了一种电子设备，所述电子设备包括存储器及处理器，所述存储器中储存有计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时，使得所述处理器执行如第一方面所述的变压器抗短路校核位移分析方法的步骤。

34、第四方面，本发明还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被执行时实现如第一方面所述的变压器抗短路校核位移分析方法的步骤。

35、第五方面，本发明还提供了一种计算机程序产品，所述计算机程序产品包括存储在非暂态计算机可读存储介质上的计算机程序，所述计算机程序包括程序指令，其中，当所述程序指令被计算机执行时，使所述计算机执行如第一方面所述的变压器抗短路校核位移分析方法的步骤。

36、从以上技术方案可以看出，本发明具有以下优点：

37、本发明通过短路冲击过程中的短路电流曲线确定短路冲击过程中各短路时刻的短路电流值作为激励分别施加至所述变压器的有限元模型的各个线饼的线圈绕组内，从而充分考虑短路冲击电流的时变特性对电力变压器短路冲击的位移形变过程的影响，并更加全面精细地进行变压器抗短路校核位移分析，通过有限元仿真得到确定线圈绕组的磁感应强度分布，并确定各个短路时刻的各个线饼的线圈绕组所受的轴向电磁力和辐向电磁力，从而确定各个短路时刻的各个线饼的线圈绕组的轴向位移和辐向位移，有效支撑电力变压器抗短路能力评估，提高电力变压器抗短路能力校核的准确性。