油浸式变压器铁心和绕组的振动特性有限元分析

发布时间：2017-10-04 12:32

  本文关键词：油浸式变压器铁心和绕组的振动特性有限元分析

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【摘要】：随着变压器容量越来越大,电力变压器的安全平稳运行的重要性愈加明显,进而对变压器故障进行迅速、有效、准确诊断的意义更为重大。据历年统计,在变压器出现故障的情况中,绕组出现故障的事故率最多,约占到1/3,而铁心故障事故率紧随其后,达到1/7。由此可见对变压器的部件进行振动特性分析,找出各自的振动特征是减少故障、提高经济性的有效措施之一。本文主要讨论以S11-800/10型号的油浸式变压器为模型,将有限元计算和振动信号分析结合起来。通过利用Pro/E软件对此油浸式变压器进行实体建模,然后运用ANSYS软件调用模态分析模块、谐响应分析模块和瞬时动力学模块对油浸式变压器进行分析。本文所做工作如下：(1)简要介绍油浸式变压器的主要结构,详细描述振动的传播途径；理论上分别分析铁心和绕组的振源及影响振动信号的因素,并建立铁心振动和绕组轴向振动的数学模型；(2)简要介绍Pro/E三维建模的便捷、互动性等优越性：阐述ANSYS对结构分析模块的多样性、全面性。利用这两款软件之间的无缝连接,分别建立S11油浸式变压器的铁心、绕组、器身和油箱的实体模型及划分好网格的有限元模型。(3)调用模态分析模块求解各组件的固有频率：调用谐响应分析模块求解铁心和绕组的幅频响应,确定铁心和绕组正常状态下各自振动贡献最大的频率区间。通过两者对比,可以有效地对铁心和绕组的结构进行改进和优化。并假设故障产生的激振力作用在铁心和绕组不同位置,试图通过幅频响应图找出其曲线特征为指导实践中的故障诊断提供依据。(4)通过对器身及其内部组件模型进行模态求解和谐响应分析,从而了解油浸式变压器主体的动力学特性；对油箱的分析则考虑变压器油对油箱频率和振型的影响,找出箱体受力最大的位置来优化设计。
【关键词】：油浸式变压器 有限元分析 ANSYS Workbench 振动幅频分析
【学位授予单位】：东南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM411
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-9
• 第一章 绪论9-13
• 1.1 研究的背景和意义9-10
• 1.2 国内外研究现状10-11
• 1.2.1 铁心振动故障及国内外研究现状10
• 1.2.2 绕组振动故障及国内外研究现状10-11
• 1.2.3 油箱振动分析及国内外研究现状11
• 1.3 本文的主要工作11-13
• 第二章 油浸式变压器的振动机理13-23
• 2.1 变压器工作原理及结构13-14
• 2.1.1 变压器工作原理13
• 2.1.2 油浸式变压器的结构13-14
• 2.2 振动传播途径14-15
• 2.3 变压器铁心振动分析15-18
• 2.3.1 振源一：电磁作用力16
• 2.3.2 振源二：磁致伸缩效应16-17
• 2.3.3 影响铁心振动信号的因素17
• 2.3.4 铁心振动数学模型计算17-18
• 2.4 变压器绕组振动分析18-22
• 2.4.1 绕组受力分析18-20
• 2.4.2 绕组受力分析20
• 2.4.3 绕组轴向振动数学模型20-22
• 2.5 本章小结22-23
• 第三章 油浸式变压器有限元模型23-35
• 3.1 Pro/E软件介绍23
• 3.2 ANSYS Workbench有限元分析软件介绍23-24
• 3.2.1 ANSYS Workbench软件简介23
• 3.2.2 有限元分析方法和基本步骤23-24
• 3.2.3 ANSYS Workbench模态分析模块介绍24
• 3.2.4 ANSYS Workbench谐响应分析模块介绍24
• 3.2.5 ANSYS Workbench磁场分析模块介绍24
• 3.2.6 ANSYS Workbench瞬时动力学分析模块介绍24
• 3.3 ANSYS与Pro/E之间模型数据转换24-25
• 3.4 油浸式变压器的有限元模型25-34
• 3.4.1 铁心的有限元模型26-29
• 3.4.2 绕组的有限元模型29-31
• 3.4.3 器身的有限元模型31-33
• 3.4.4 油箱的有限元模型33-34
• 3.5 本章小结34-35
• 第四章 油浸式变压器振动特性分析35-67
• 4.1 铁心的振动分析35-43
• 4.1.1 铁心参数35
• 4.1.2 铁心模态分析35-37
• 4.1.3 铁心谐响应分析37-40
• 4.1.4 铁心假设故障讨论40-43
• 4.2 绕组的振动分析43-55
• 4.2.1 绕组的参数44-45
• 4.2.2 绕组的谐响应分析45-49
• 4.2.3 绕组的假设故障讨论49-55
• 4.3 器身的振动分析55-59
• 4.3.1 器身的参数55-56
• 4.3.2 模态分析和谐响应分析56-59
• 4.4 油箱的振动分析59-65
• 4.4.1 油箱的参数59
• 4.4.2 油箱的模态分析59-63
• 4.4.3 漏磁场对箱壁的影响63-65
• 4.5 本章小结65-67
• 第五章 结论与展望67-69
• 5.1 研究内容总结67
• 5.2 研究不足与展望67-69
• 致谢69-70
• 参考文献70-73
• 作者在读研期间发表的论文73-74
• 附件74-77

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本文编号：970722