大型变压器多次短路工况下的电磁特性与绕组累积效应研究

发布时间：2020-09-01 17:12

　　大型电力变压器是输配电网中的重要设备,保证其安全可靠是智能电网、能源互联网稳定运行的关键之一。电力变压器故障率逐年提高的主要原因是,随着电力系统容量增长,变压器绕组已无法承受相应增大的故障冲击载荷。为了解决电力变压器绕组强度不足的现实问题,本文在前期国家自然科学基金项目“短时间隔多次短路冲击条件下的大型变压器绕组强度与稳定性研究”工作基础上进行拓展,研究多次冲击工况下变压器绕组强度损坏的累积效应机理,旨在完善变压器绕组强度理论,对提高电力变压器抗故障冲击能力具有重要意义。本文主要的研究内容分为五个部分:研究多次冲击工况下变压器的电磁特性和故障冲击电流的计算方法。首先,为了理清变压器绕组的多次冲击损坏成因,通过建立故障过程中变压器铁心暂态磁通的仿真计算模型,分析并列举产生绕组多次冲击损坏的工况类型。然后,针对产生绕组冲击载荷的重要因素——故障电流展开探讨,研究多次冲击工况下励磁参数对故障电流的影响规律,描述多次冲击工况下故障电流产生过程中变压器电磁特性的作用机理。在前述理论研究的基础上,研究多次短路工况下变压器故障冲击电流的精确计算方法,最后,基于前述计算方法,通过实际变压器产品算例,定量分析并确定造成变压器绕组多次冲击损坏的主要电磁因素。研究多次冲击工况下变压器漏磁场和冲击载荷的分布特性。不同于以往研究,将计及涡流区的数值计算方法引入变压器绕组强度问题研究,假设并验证多次冲击工况下三相变压器绕组漏磁场分布存在的相间影响。通过建立变压器三维有限元模型,采用前述磁场计算方法定量分析了漏磁通密度在绕组不同区域的分布特性。列举变压器短路强度国家标准中规定的评估应力,建立相应的解析计算模型,结合实际变压器产品试验数据,对比分析并确定造成变压器绕组塑性变形的主要应力类型。建立变压器绕组强度的弹塑性计算模型。针对多次冲击工况下变压器绕组累积效应研究中的力学问题展开探讨,设计变压器绕组累积效应的阶段研究模式。在该模式下,基于多次冲击工况下变压器绕组漏磁场与冲击载荷的分布特性,建立弹塑性变形阶段的绕组强度数值计算模型。研究变压器绕组承受冲击载荷产生位移的主要结构因素。通过较为全面的绕组线规算例,分析结构参数对变压器绕组受力变形的影响规律,初步建立适用于工程的变压器绕组弹塑性形变解析计算模型。研究多次冲击工况下变压器绕组强度的累积效应。首先,在变压器绕组累积效应阶段研究模式下,建立回弹阶段的绕组强度数值计算模型。结合弹塑性形变、回弹阶段计算模型,定量分析结构参数和冲击载荷对绕组残余形变的影响规律。然后,针对冲击次数对变压器绕组强度影响规律研究这一难点问题,建立等效残余形变的变压器绕组残余应力数值计算模型,结合实际变压器产品试验数据,仿真计算并分析了多次冲击工况下变压器绕组累积效应的变化规律。设计试验并验证多次冲击工况下变压器绕组累积效应的理论研究。为了模拟变压器绕组的多次冲击工况,设计相应接线、冲击电流的加载方案和漏磁、应力测量传感器的布置方案。对比测量数据与计算结果验证多次冲击工况下变压器绕组累积效应的理论研究,并修正相应的计算模型。
【学位单位】：沈阳工业大学
【学位级别】：博士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TM41
【部分图文】：

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第 2 章变压器多次冲击工况下的励磁特性与电流o 90时不同剩余磁通所对应的励磁涌流及短路电le of inrush current and short circuit current at different 合闸角下的二次短路电流和空载合闸励磁涌流~图 2.12 所示。22.53闸角剩余磁通 0m 0.2 0.4稳态短路电流峰值比 0.22 0.28 0稳态短路电流峰值比 1 1.03 1

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