[发明专利]一种特高压变压器直流偏磁等效试验方法及系统

权利要求书

1.一种特高压变压器直流偏磁等效试验方法，其特征在于，所述方法包括：

获取所述特高压变压器的等效缩比模型的铁心参数；所述铁心参数包括铁心直径、铁心空间填充系数和铁心叠片系数；

根据所述铁心参数确定所述等效缩比模型的铁心有效面积；

根据所述铁心有效面积确定所述等效缩比模型的绕组匝数；所述绕组匝数包括所述等效缩比模型的高压侧绕组匝数、中压侧绕组匝数以及低压侧绕组匝数；

根据所述绕组匝数建立所述特高压变压器的等效缩比模型；所述等效缩比模型与所述特高压变压器的磁饱和程度一致；

采用所述等效缩比模型进行所述特高压变压器的等效直流偏磁试验，得到励磁电流-磁场强度-直流偏置电流之间的对应关系，具体包括：

首先根据1000kV特高压单相自耦变压器的实际尺寸与铁心结构设计其磁路模型，联立式(8)计算各支路磁通φ₁～φ₃和电流i：

其中，R₁表示塔高原变压器的主柱的磁阻，R₄表示塔高原变压器的旁柱的磁阻，R₂表示两根主柱之间的铁心厄部磁阻，R₃表示旁柱与主柱之间的铁心厄布磁阻，φ₁～φ₃分别代表磁路中三个回路中分别流过的磁通，N为所述等效缩比模型的高压侧绕组匝数，电流i是指绕组电流；

所述三个回路是特高压变压器不同铁心柱之间的回路，φ₁、φ₂、φ₃分别表示所述磁路模型中的第一回路φ₁、第二回路φ₂、第三回路φ₃中流过的磁通，所述第一回路φ₁为所述磁路模型中左旁柱和左主柱之间的磁路；第二回路φ₂为左主柱和右主柱之间的磁路；第三回路φ₃为右主柱和右旁柱之间的磁路；

通过磁场强度建立特高压变压器与设计的等效缩比模型励磁电流之间的饱和程度关联，建立磁场强度与励磁电流的关系，基于场路耦合有限元模型，采用矢量磁位A，根据麦克斯韦得到非线性磁场方程为：

式中，为哈密顿算子，μ为磁导率，J为励磁电流密度；

动态电感元件所在回路中的电路微分方程为

式中，u为电压向量，u_L为线圈电感电压，u_R为线圈电阻电压，L_D为等效动态电感，R为串联电阻，r为绕组电阻，i为绕组电流矢量，t表示时间；

公式(9)-(10)即为场路耦合模型，用于求解变压器在通入给定直流之后，励磁电流为多少的问题；

时域场路耦合模型将非线性磁场有限元求解与时域电路计算进行迭代耦合，步骤如下：

输入变压器磁场模型线圈电流i_k，基于棱边有限元法计算磁场，并通过能量扰动原理计算动态电感L，

具体为将磁场模型线圈电流i_k作为绕组电流矢量i带入公式(10)，利用公式(10)计算得到等效动态电感L_D作为所述动态电感L；

将L带入电路模型的微分方程(10)，使用四阶龙格库塔法计算i_k+1 ；

将i_k+1 作为新的输入电流，进行下一时刻的磁场求解；

电流i的下角标k+1指第k+1次计算，k+1指迭代次数，i_k+1 指第k+1次迭代计算得到的电流值，利用的迭代计算公式为公式(9)、(10)这两个公式；

当励磁电流i_k+1 与上一周期相同时刻电流值i_k 的变化率小于千分之一时，认为电流已达到稳态，迭代终止，迭代得到的结果是，随时间变化的励磁电流i。

2.根据权利要求1所述的特高压变压器直流偏磁等效试验方法，其特征在于，所述根据所述铁心参数确定所述等效缩比模型的铁心有效面积，具体包括：

根据所述铁心参数，采用公式确定所述等效缩比模型的铁心有效面积S_fe；其中D为铁心直径；K_sf为铁心空间填充系数；K_fd为铁心叠片系数。