[发明专利]在变压器设计阶段计算变压器短路阻抗和绕组环流的方法

说明书

本发明公开了一种在变压器设计阶段计算变压器短路阻抗和绕组环流的方法，包括以下步骤：步骤1、确定研究的变压器对象，获取相关参数；步骤2、计算变压器的短路阻抗；步骤3、计算变压器的漏磁通峰值；步骤4、计算变压器的绕组环流。将三种变压器电磁参数计算联系在一起，通过公式推导得出其三者的联系和与变压器绕组设计参数的联系。不但可以快速计算得出这些参数，同时可以根据推导的公式中所示关系，通过调整绕组设计，对不满足设计要求的变压器电磁参数进行调整。这些公式对电磁参数的调整具有指导意义。

技术领域

本发明属于变压器设计技术领域，具体涉及一种在变压器设计阶段计算变压器短路阻抗和绕组环流的方法。

背景技术

在变压器设计阶段，设计人员选择变压器铁芯和并且设计绕组参数之后，需要验证设计出的变压器是否能够满足设计指标和是否能在工程条件下稳定运行。这时候需要一些工具进行有效验证，通过验证后便可进行下一步设计或者投入生产。

在变压器中，由于轴向漏磁场会在绕组线圈中感生出感生电势。在不同位置绕组线圈感生电势的电势差作用下，在绕组内部形成只在绕组导线中流过的绕组环流且这部分电能将全部损耗在导线中。这部分漏磁通产生环流的损耗称为环流损耗。若设计参数不尽合理，可能会导致环流损耗过大从而加速变压器油等的老化，降低变压器运行寿命。

在绕组位置、匝数等参数和并联接线方式确定之后，在变压器投入标准情况下运行中产生的环流大小基本已经确定，同时，有了上述参数，变压器短路阻抗也可以计算获得。所以在变压器设计阶段，确定实际运行时短路阻抗大小和环流大小对变压器的进一步设计具有明显价值和指导意义。一般来说要得到变压器电磁参数如漏磁通分布等需要进行变压器建模仿真，通常需要数十分钟以上来进行建模、仿真，这一过程非常耗时。

发明内容

本发明提供了一种在变压器设计阶段计算变压器短路阻抗和绕组环流的方法，不需要建模或者仿真，使得变压器设计人员能够在变压器设计阶段快速地进行电磁参数计算同时验证变压器绕组设计是否满足设计需要。

为达到上述目的，本发明所述一种在变压器设计阶段计算变压器短路阻抗和绕组环流的方法，包括以下步骤：

步骤1、获取变压器参数，所述变压器参数包括：几何尺寸参数、绕组参数以及运行参数；所述几何尺寸参数包括：高压绕组平均半径r₁，低压绕组平均半径r₂和高低压绕组间隙平均半径r₁₂；所述绕组参数包括：高压绕组线圈厚度a₁，低压绕组线圈厚度a₂、高低压间隙厚度a₁₂，绕组高度L，高压绕组线圈匝数N₁以及低压绕组线圈匝数N₂；运行参数包括：高压绕组额定电流I₁，低压绕组额定电流I₂，高压绕组额定电压U₁以及低压绕组额定电压U₂；

步骤2、根据步骤1获取的变压器参数计算变压器的短路阻抗U_k％；

步骤3、根据步骤1获取的变压器参数和步骤2得到的变压器的短路阻抗U_k％，计算变压器的漏磁通峰值Φ_k；

步骤4、根据步骤3得到的变压器的漏磁通峰值Φ_k，计算变压器的绕组环流I_k(n₁)。

进一步的，步骤2包括以下步骤：

步骤2.1、计算变压器高低压绕组间隙中的漏磁势F(x)；

步骤2.2、计算漏磁场的磁感应强度B(x)：其中，μ为变压器中介质的磁导率，H(x)为x处的磁场强度；