[发明专利]一种Y/Δ变压器绕组匝间短路振动加速度计算方法

说明书

本发明是一种Y/Δ变压器绕组匝间短路振动加速度计算方法，其特点是，包括步骤有：变压器匝间短路工况下状态方程、磁场模型、电路模型以及绕组振动计算；在计算中以变压器A相首端、中部、末端分别发生匝间短路故障为对象，充分考虑了不同位置匝间短路时饱和励磁与绕组振动的对应关系，并有效模拟了变压器绕组匝间短路时的内部磁场环境以及绕组振动加速度的分布情况；对比仿真结果与实验数据，验证了模型建立的准确性与有效性，为绕组匝间短路故障辨识及绕组结构稳定性辨识提供可行性方法。具有科学合理，真实有效，实用价值高等优点。

技术领域

本发明是涉及变压器技术领域，是一种Y/Δ变压器绕组匝间短路振动加速度计算方法。

背景技术

变压器是电力系统中的关键设备，在不同等级电网互联和功率交换中起到枢纽作用，其运行状况不仅影响设备自身安全，而且影响整个电力系统的稳定性和可靠性。据资料显示，变压器绕组匝间短路故障占变压器内部故障的50％～60％。匝间短路一般由内部线圈之间的绝缘老化或破损所造成，具有电流增大、铁心及绕组振动加剧的特点。若变压器持续运行在此状态，则会引起(层)股短路和相间短路，进而造成设备烧毁乃至电网瘫痪。目前国内外分别对变压器匝间短路故障以及变压器绕组振动做了大量研究，但罕有文献对变压器绕组匝间短路时饱和励磁与振动特性的对应关系进行研究。因此，开展对变压器绕组匝间短路振动计算具有十分重要的研究价值和工程意义。

发明内容

本发明的目的是，克服现有技术的不足，提供一种科学合理，高效实用，计算准确的Y/Δ变压器绕组匝间短路振动加速度计算方法，该方法基于电磁耦合原理构建Y/Δ变压器绕组匝间短路三维有限元模型并求解，计算出绕组所受电磁力，并进行谐响应分析，获取绕组振动加速度。

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

1)变压器电磁耦合状态方程计算

对三相三柱式Y/Δ变压器建立电磁耦合状态方程：

式中：X(t)为系统状态变量，包含电流矩阵i和电感矩阵L；U(t)为系统输入变量，包括交流电压及控制参数矩阵，其中电压向量为正弦激励，控制参数包括短路模式及匝数比；Y(t)为输出变量，主要包含电路参量与磁场场量；B(t)、C(t)、D(t)、E(t)为系数矩阵，所述电磁耦合状态方程包含磁场和电路两个部分，其求解过程通过磁场-电路间接耦合的方法实现；

2)磁场模型

采用矢量磁位有限元建立变压器磁场模型：

式中，表示矢量旋度运算，A为矢量磁位；μ为磁导率，J_s为绕组匝间短路激励电流密度；i为绕组电流，可通过电路模型获得；

对公式(2)运用格林定理得到其伽辽金加权余量形式：

式中，M_n、M_m分别为基函数、权函数序列；m、n为序列通项编号；

若磁场模型中的电流已知，将加权余量方程离散形成代数方程组，求解得A，进而计算其它场量，如磁通密度B、磁场强度H等场量；

在某一时刻高/低压绕组电流变化为di_α、di_β，将电磁系统总能量与电感和电流关联，得到：

式中：dW₁、dW₂分别为电路和磁场能量增量；

根据能量平衡原理，由电磁能量守恒可联立公式(4)方程计算时域电感；

3)电路模型