[发明专利]一种片间短路下变压器卷铁心涡流损耗的计算方法

说明书

本发明公开了一种片间短路下变压器卷铁心涡流损耗的计算方法。通过计算不同卷绕层级的卷铁心截面积和硅钢带的卷绕长度，获得其不同卷绕层级的磁阻表达式；然后根据安培环路定律，计算不同卷绕层级的边界磁通密度；根据正常情况与片间短路时边界磁通密度的分布差异，计算得正常情况与片间短路时不同卷绕层级单位体积涡流损耗的表达公式；最后根据正常情况与片间短路的涡流损耗，考虑卷铁心总体积计算卷铁心整体单位体积涡流损耗的计算公式。该计算公式可用于卷铁心变压器正常情况与故障情况时涡流损耗计算，并可与实测涡流损耗对比，分析是否发生片间短路故障。

技术领域

本发明属于电气设备电磁分析与数值计算领域，具体涉及一种片间短路下变压器卷铁心涡流损耗的计算方法。

背景技术

与叠铁心变压器相比，卷铁心变压器因较低的空载损耗而得到快速发展，在牵引系统中有良好的应用前景，而变压器的正常工作是供变电系统持续正常运行的保障和前提，因此卷铁心变压器的正常工作十分重要。卷铁心是采用硅钢片带料，连续卷制成的封闭形铁心。在卷铁心变压器的开料、运输等过程中，难免会造成毛刺等，对片间绝缘造成破坏，从而造成片间短路；在卷铁心变压器的实际运行中，铁心过热也可能导致其绝缘老化损坏，形成片间短路。卷铁心片间短路将导致铁心局部过热，加速绝缘热老化，使绝缘损坏，降低牵引变压器寿命，从而对牵引系统造成影响。

由于卷铁心变压器的结构设计，卷铁心一旦发生故障，难以进行更换，因此在研制过程中能有效计算片间短路下涡流损耗的值，从而能够通过涡流损耗数值的改变而判断是否发生片间短路故障，可大幅地提高卷铁心变压器的运行性能与使用寿命。目前尚无能够计算卷铁心变压器片间短路下涡流损耗的方法，对正常情况与片间短路情况涡流损耗的变化估计不足，急需卷铁心变压器变压器片间短路时涡流损耗的计算方法，从而能够根据计算值和测量值分析片间短路故障的可能。

发明内容

为了能够有效计算片间短路下大型变压器卷铁心涡流损耗情况，本发明提供一种片间短路下变压器卷铁心涡流损耗的计算方法。本方法通过计算不同卷绕层级的卷铁心截面积和硅钢带的卷绕长度，获得其不同卷绕层级的磁阻表达式；然后根据安培环路定律，计算不同卷绕层级的边界磁通密度；根据正常情况与片间短路时边界磁通密度的分布差异，计算得正常情况与片间短路时不同卷绕层级单位体积涡流损耗的表达公式；最后根据正常情况与片间短路的涡流损耗，考虑卷铁心总体积计算卷铁心整体单位体积涡流损耗的计算公式。该计算公式可用于卷铁心变压器正常情况与故障情况时涡流损耗计算，并可与实测涡流损耗对比，分析是否发生片间短路故障。包括如下步骤：

对不同卷绕层级的边界磁通密度的计算结果，改进工频下单级硅钢片的涡流损耗计算公式中的磁通密度参数，得到考虑单位体积涡流损耗的计算公式

1)本案卷铁心窗截面形状为圆角矩形，绕制过程围绕给定参数的基本骨架展开，包括：心柱长度(h)、铁轭长度(L)、圆角直径(D)，硅钢带厚度(T)。对卷绕过程的第一级而言，以硅钢带厚度中心线为卷绕路径的长度基准，圆角直径会在骨架的尺寸基础上均增加硅钢片厚度的一半：

D₁＝D+T

第二级、第三级、第四级等将有所区别，卷绕堆砌后的外径将比上一级增加硅钢片厚度的整长，由此可计算各卷绕层级的圆角半径数值，递推关系如下：

D₂＝D+T+2·T,D₃＝D+T+2·2T,D₄＝D+T+2·3T,……

由此得到第i级硅钢带的圆角直径D_i的表达式：

D_i＝D+T+2(i-1)T

进一步可以得到第i级硅钢带整个卷绕路径长度l_i的表达式：

l_i＝2(h+L)+π[D+T+2(i-1)T]＝2(h+L)+π(D+2iT)-πT