[发明专利]一种基于流固耦合的有载分接开关固有频率计算方法

说明书

本发明公开了一种基于流固耦合的湿模态法有载分接开关固有频率计算方法，主要包括：步骤一：测量有载分接开关尺寸；步骤二：根据步骤一所量测的尺寸，基于流固耦合理论，建立有载分接开关几何模型；步骤三：根据步骤二建立的模型，采用湿模态法计算有载分接开关内部的一阶模态即内部固有频率；步骤四：验证步骤三中计算得到的有载分接开关固有频率的正确性并进行修正。经过和实验数据进行对比，验证了该计算方法所得到的固有频率的正确性，该计算方法可以作为后续故障研究的特征量，以及瞬态分析时测点对比优化的依据。

技术领域

本发明涉及一种有载分接开关固有频率计算方法，尤其涉及通过湿模态方法分析的有载分接开关内部触头碰撞的固有频率计算方法，属于有载分接开关的故障监测与故障振动领域。

背景技术

随着电力工业的迅速发展，电力设备容积和电力网络规模也日益增大，电力设备的可能故障会引起巨大的经济损失和不良的社会影响，这就给供电质量提出了更高的要求和前所未有的挑战。因此，必须切实采取有效措施，提高电力系统的供电质量，保证电力设备与系统的安全、可靠、经济与稳定运行。基于在线监测与诊断技术的状态维修具有良好的应用前景。有载调压变压器，是电力系统变电站的重要设备，它通过有载调压分接开关的逐级动作，实现对高压输电电网的有载调压，使工业供电和居民供电的系统电压保持稳定。有载调压变压器在电力系统中发挥了网络电网、调节有功和无功潮流，以及稳定负荷中心电压的重要作用，在电网中应用广泛，通常在高压输电变压器上和重要负载的配电变压器上均有调压。

有载分接开关(On load Tap changer，OLTC)是变压器的主要部件，它是变压器唯一的可动部件，其故障发生率较高。依据国内数据统计，OLTC的故障率占变压器的20％以上。因此，鉴于有载分接开关动作频繁、故障率高的特点，对有载分接开关的故障诊断监测具有非常重要的意义。

传统方法分析OLTC的振动特征量提取采用了HHT、小波分析等方法。其中HHT可以避免复杂的数学计算，以实现快速计算的目的，但是从数学角度和物理角度分析出发，该方法没有实际意义，且精度不高，循环过于复杂。小波分析具有多分辨率的特点，可以由粗到细的观察吸信号，但是该方法对于非线性信号不适用。基于上述背景，为了更好的对OLTC内部振动特征量进行分析，本发明通过建立几何模型，采用Ansys软件对OLTC内部本身特征进行仿真数值分析，并和振动法相结合进行验证。

发明内容

本发明提出了一种基于流固耦合的湿模态法有载分接开关固有频率计算方法。该方法包括以下步骤：

步骤一：测量有载分接开关尺寸。

对有载分接开关的桶盖外侧尺寸，气阀的尺寸，开关桶的内侧直径以及高度，转轴的高度，以及静触头到转轴的距离进行精确量测。

步骤二：根据步骤一所测量的尺寸，基于流固耦合理论，建立有载分接开关几何模型。

当分接开关桶内充满了变压器油，将变压器油考虑为不可压缩的理想流体，当与流体相接触的结构体发生振动时，其周围的流场也会发生变化，这种流场的变化会反过来会使得结构所受到的流体动力发生变化，根据变压器油的特点对桶内部采用流固耦合理论进行分析。考虑到OLTC内部动静触头相互碰撞的瞬间，从俯视的角度看是一个圆盘，且相互碰撞时是点接触，因此将动静触头相互碰撞转化为圆盘上的点与点的相互接触，进而采用流固耦合理论分析OLTC内分接开关圆盘上点振动传播，圆盘为简化后的点对点碰撞模型。根据流固耦合理论，对有载分接开关内部触头接触系统进化简化，将圆盘和竖直的旋转轴连接在一起，插在圆柱形的油桶和油构成的流固耦合面内。

步骤三：根据步骤二建立的模型，采用湿模态法计算有载分接开关内部的一阶模态即内部固有频率。