[发明专利]一种变压器绕组短路振动特性的计算方法

说明书

本发明公开了一种变压器绕组短路振动特性的计算方法，首先建立等效模型：用ANSYS建立变压器二维有限元模型，由于二维模型结构表示的不完整性，参数要做一定等效处理。根据材料特性的等效性原理，计算并赋予变压器各部分结构的等效参数。进行振动特性分析：采用ANSYS磁‑结构直接耦合技术，使用变压器二维等效模型，设置系统重力加速度和阻尼参数，并对模型施加边界条件；分别以各线饼的等效电流密度为激励，采用瞬态分析方法，多载荷步加载并求解；利用ANSYS后处理器，输出绕组振动过程中的位移、速度和加速度。本方法实现了对变压器绕组振动问题的降围，以及短路振动特性的准确动态求解。

技术领域

本发明属于电力变压器短路特性计算技术领域，涉及一种变压器绕组短路振动特性的计算方法。

背景技术

电力变压器是电力系统中的重要设备之一，其运行状况直接影响着电网的稳定运行。近年来变压器事故统计显示，其抗短路能力不足，是威胁变压器安全运行的主要因素。其中，变压器突发短路故障时，绕组在短路力作用下，而产生剧烈振动，出现结构松动或变形，是造成电力变压器损坏和事故的重要原因。

绕组轴向振动特性的研究始于70年代初期，而后一直为各国学者所关注。但是由于变压器绕组结构复杂，以及当时研究工具的限制，对于绕组轴向振动特性的解析大多都作了很大程度的简化。

目前，对于变压器短路故障的轴向振动模型，大多分为以下两种：一种是采用经典的“质量-弹簧-阻尼”系统模型，该方法能够快速计算振动特性；另一种则是采用有限元模型。对于现有数值解法，有限元法已成为分析这类问题最有效的方法。其中，较多人采用变压器有限元模型，加载绕组短路力求解动态响应；也有少数人开始使用三维磁-结构耦合分析方法。

由于变压器短路引起的绕组振动是一个复杂的机电过程，对于经典的弹簧系统模型和实际仍存在一定差距；采用有限元模型加载短路力计算方法，仍忽略了电磁场和结构场间的动态相互影响；而三维磁-结构耦合分析方法，虽然较准确地解析了绕组短路振动过程，但由于计算占用资源巨大，工程应用过于复杂。

因此，寻找一种准确快速地计算变压器绕组短路振动特性的方法，为变压器设计和快速故障分析，提供了技术支持。

发明内容

本发明的目的在于提供一种变压器绕组短路振动特性的计算方法，解决了目前变压器绕组短路振动特性计算方法过于复杂，计算结果不准确的问题。

本发明所采用的技术方案是按照以下步骤进行：

步骤1：根据变压器尺寸和部件，在ANSYS中建立变压器二维有限元模型；

步骤2：由于二维模型的等效性，分别计算变压器各部分结构的等效属性；

(1)计算绕组线饼、垫块层和端圈等结构的等效密度，分别均匀等效处理；

(2)计算不同位置绝缘纸板在轴向预紧力作用下的弹性模量；

(3)计算各绝缘层的等效弹性模量；

步骤3：在ANSYS中定义并分配各结构的材料属性：电磁特性和结构特性；等效结构要赋予步骤2中计算的等效参数：等效密度、等效弹性模量；

步骤4：根据模型不同部位精细化程度的不同，分区域合理划分网格结构，并控制网格形状，避免出现畸变；

步骤5：定义轴向坐标系下的重力加速度g＝9.8m/s²；考虑系统阻尼的影响，根据具体变压器阻尼大小，定义系统瑞利阻尼常数α和β；

步骤6：设置模型边界条件，轴对称边界施加磁通平行条件，固定件施加位移约束条件，分别对压板上边界和托板下边界施加轴向位移约束；