[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

说明书

本发明公开一种反复短时短路工况下的绕组实时温升计算方法，构建全尺寸等比例变压器3D模型；设置变压器参数和模拟反复短时短路工况的外电路；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：设置流体力学模块，设置流体力学参数和边界条件；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。本发明基于有限元分析方法，通过瞬态电磁场模块下的变压器瞬态损耗数据与流体‑温度场多物理场耦合的方法，对变压器在反复短时短路工况下的绕组实时温升进行计算，解决了变压器在绕组动态故障状态下绕组温升特性难以实时计算的问题。

技术领域

本发明涉及变压器仿真技术领域，特别涉及一种反复短时短路工况下的绕组实时温升计算方法。

背景技术

近年来随着电力行业的快速发展，系统对于电气设备的要求也逐渐提高。变压器作为整个电力系统的核心设备，负责电力变换、隔离及稳压的作用，其运行的可靠性直接影响着整个系统的安全稳定，若变压器出现故障，可能会引起大面积停电，造成巨大的经济损失。

变压器主要的由铁心、绕组、夹件、结构件及箱体等组成，通常情况下，变压器发生的故障类型主要有：变压器过载、绕组短路、绕组匝间短路等，因而为确保变压器的正常运行，应避免上述常见故障的发生。其中，铁心损耗的计算、变压器夹件、结构件、箱体等因漏磁产生的杂散损耗计算以及考虑铁心涡流效应的绕组等效参数的计算等都需要依托于变压器铁心的涡流场建模。

CN109255192A公开了一种变压器绕组温升特性的仿真计算方法，包括如下步骤：S1：建立模型：根据变压器的油箱箱体、高压绕组、低压绕组和铁心的实际尺寸在有限元仿真软件中建立模型；S2：对模型进行有限元划分：利用ANSYS软件自带的自适应网格划分与手动划分对该模型进行有限元划分；S3：设置变压器油物理参数：设置变压器油密度、导热系数、动力粘度和定压比热容；S4：设置变压器部件参数：分别设置变压器铁心、高压绕组以及低压绕组的材料属性、比热容、密度、导热系数和热通量；S5：设置边界条件；S6：进行双向耦合计算：对变压器设定不同负载系数K，利用有限元仿真软件进行温度场与流体场之间的双向耦合计算，材料属性随温度和流速的变化而迭代，直至满足收敛条件，即可得到变压器温升特性。

由于绕组瞬时短路对变压器绕组温升影响较小，以及考虑到绕组的温度累积效应，对反复短时短路工况下的变压器的电磁场、温度场进行分析，并准确计算变压器绕组温升至关重要。但现有对变压器绕组温升计算研究大多集中正常工作状态，对变压器处于动态故障等短路状态承受能力的分析相对较少。由于在反复短时短路工况下，绕组温升需考虑累积效应，因此其绕组损耗需为瞬态变化且实时更新的，而现有的多物理场耦合技术只能模拟单一固定绕组损耗下的绕组温升，因此亟需一种能计算反复短时短路工况下的绕组实时温升的计算方法。

发明内容

本发明解决的技术问题是提供一种反复短时短路工况下的绕组实时温升计算方法，基于有限元分析方法，通过瞬态电磁场模块下的变压器瞬态损耗数据与流体-温度场多物理场动态耦合的方法，不采用瞬态电磁场模块耦合至热力学温度场模块的固定稳态损耗，采用瞬态场计算反复短时短路时间下的变压器瞬态损耗，反应绕组的温度累积效应，解决反复短时短路工况下损耗动态变换无法直接耦合的问题，实现实时计算绕组温升。本发明充分考虑绕组在反复短时短路故障下的累积效应与瞬时效应、绕组不同位置的温升差异性以及温度对绝缘介质参数的影响，精确求解变压器在反复短时短路工况下的绕组实时温升。

本发明的目的是通过如下技术方案实现的：

一种反复短时短路工况下的绕组实时温升计算方法，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；