[发明专利]一种反复短时短路工况下的绕组实时温升计算方法

权利要求书

1.一种反复短时短路工况下的绕组实时温升计算方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、构建全尺寸等比例变压器3D模型；

S2、设置变压器参数和模拟反复短时短路工况的外电路；

S3、构建变压器有限元模型，设置瞬态电磁场模块，并计算变压器瞬态损耗：

S4、设置流体力学模块，设置流体力学模块的绝缘介质参数和边界条件；

S5、将瞬态电磁场模块、流体力学模块、温度场模块耦合，求解反复短时短路工况下的绕组实时升温特性；

其中，步骤S3具体为：将变压器3D模型导入有限元软件中，建立变压器有限元模型，设置瞬态电磁场模块包括设置铁心硅钢片参数、油箱参数、绕组参数和绝缘介质介电常数，设置短路计算时间与计算间隔，计算变压器在反复短时短路工况下的变压器瞬态损耗；

计算变压器在反复短时短路工况下的变压器瞬态损耗，包括：计算变压器在反复短时短路工况下的铁心、结构件损耗，并考虑铁心及结构件温度差异对绝缘介质流速的影响；计算变压器在反复短时短路工况下的绕组瞬态损耗数据；

其中，设置流体力学模块的边界条件，包括：

对变压器绝缘介质设置其流动方向：从变压器绕组温度高的模块流向温度低的模块；从变压器绕组、铁心以及结构件中温度高的模块流向温度低的模块；

绝缘介质流动区域设置为绕组间、铁心与绕组间、绕组与结构件间的空隙；

定义变压器整体初始温度和初始外界环境温度；

计算变压器绕组与铁心水平面与空气对流的对流换热系数：

其中：为格拉斯霍夫常数，为普朗特常数；c和n为常数；k为空气热导率；L为水平面长度；g为重力加速度；为空气膨胀系数；为热扩散系数，为固体表面的平均温度；为流体的平均温度，为热循环系数；

计算变压器绕组之间气道对流系数h_y，其对流换热系数随绕组轴向高度变化而变化：

其中：为轴向高度；为瑞利数；

其中，步骤S5具体为：通过有限元分析方法将步骤S4中流体力学模块与温度场模块进行耦合，反映绝缘介质流速、绕组温度的传递性质以及绕组不同位置的差异性；同时将步骤S3中得到的变压器瞬态损耗数据导入温度场模块，模拟绕组温升累积效应，并设置不同位置的传热系数，计算反复短时短路工况下的绕组实时温升特性。

2.如权利要求1所述的一种反复短时短路工况下的绕组实时温升计算方法，其特征在于，在步骤S2中，设置变压器绕组连接方式，并建立外电路；将变压器绕组一侧连接开关控制器，模拟在同一段时间内突发反复短时短路工况下的绕组损耗变化情况。

3.如权利要求1所述的一种反复短时短路工况下的绕组实时温升计算方法，其特征在于，计算变压器在反复短时短路工况下的绕组瞬态损耗数据具体为：瞬态电磁场模块与步骤S2中的外电路进行连接，通过有限元分析方法计算在反复短时短路工况下的绕组损耗，在每个时间点，经过反复迭代，使得误差低于允许值，进而得到瞬态的绕组损耗数据。

4.如权利要求1所述的一种反复短时短路工况下的绕组实时温升计算方法，其特征在于，步骤S4具体为：将变压器在反复短时短路工况下的变压器瞬态损耗数据动态耦合至流体力学模块，然后设置流体力学模块的绝缘介质参数和边界条件；流体力学模块的绝缘介质参数包括绝缘介质的密度、比热容与导热系数。