[发明专利]一种变压器绕组匝间短路振动加速度的计算方法

说明书

本发明的一种变压器绕组匝间短路振动加速度的计算方法，其特点是，包括的步骤有：磁场模型、电路模型和绕组振动加速度的计算。不仅克服了进行短路试验和电动力测量所受到的诸多实际条件限制，而且在计算中充分考虑了变压器运行时的电磁特性，以变压器首端和中部匝间短路故障为计算对象，准确的模拟了变压器绕组的故障；不仅利用场路耦合模型有效模拟变压器绕组匝间短路时的内部磁场环境，而且仿真结果与实验数据对比验证了场路耦合模型的正确性，从而为绕组匝间短路故障辨识提供可行方法，具有科学合理，真实有效，实用价值高等优点。

技术领域

本发明是一种基于变压器三维场路耦合模型的绕组匝间短路振动加速度的计算方法，应用于电力变压器绕组振动加速度分析与绕组匝间短路故障辨识。

背景技术

电力变压器是电力系统的心脏，在电能的传输过程中发挥着不可替代的作用，其稳定运行几乎直接关系到整个电力系统运行的可靠性，而变压器容易因各种原因造成故障。变压器绕组匝间短路一般由于绝缘损坏造成线匝短接，具有故障相短路电流突变、电动力与振动剧烈，且非故障相电流无明显变化的特点。传统保护在变压器发生匝间短路时辨识绕组故障状态的难度较大，若变压器持续负载运行，将会导致绕组变形甚至烧毁的恶劣后果，从而影响到设备乃至系统的安全稳定运行。变压器绕组匝间短路属于内部故障，差动保护作在处理该故障时存在失效或拒动的问题。因此，开展对变压器绕组匝间短路振动加速度计算具有重要的研究价值和实际意义。

发明内容

本发明的目的是，提供一种科学合理，真实有效，实用价值高，基于场路耦合原理，利用变压器三维有限元磁场模型，模拟绕组匝间短路故障，计算出绕组电磁力，然后将电磁力用于谐响应分析，通过数值仿真计算出绕组振动加速度。

本发明的目的是由以下技术方案来实现的：一种变压器绕组匝间短路振动加速度的计算方法，其特征是，它包括以下步骤：

1)磁场模型

针对变压器励磁非线性问题，采用磁场模拟的方法进行分析，不考虑磁滞效应，采用矢量磁位有限元法，根据Maxwell方程得到变压器非线性磁场方程：

式(1)中μ为磁导率，A为矢量磁位，J为电流密度矢量，

求解场域的整体插值函数为：

式(2)中，M_l为基函数序列,l＝1,2,…,l_n，由相关单元形状函数对应叠加形成，n为基函数序列通项编号，l_n为总棱边数，

应用格林定理，得到伽辽金加权余量方程：

式(3)中，M_m为权函数序列，Ω表示边界体积分量，

磁场模型中若已知绕组电流i，将加权余量方程离散形成代数方程组，求解可得A，进而计算磁场能量；

2)电路模型

变压器磁链方程

ψ＝LW(t,i_a)i_a (4)

式(4)中，t为时间变量；ψ为磁链向量；L_W为静态电感矩阵，表示磁链与电流的关系；i_a为绕组电流向量，

由u＝dψ/dt，变压器时域电路微分方程为：

式(5)中，u为电压激励；L_D为动态电感矩阵，