[发明专利]一种变压器绕组结构电感计算方法

摘要

本发明是一种变压器绕组结构电感计算方法，其特点是包括的步骤有基于能量扰动有限元法的绕组电感计算和基于变压器铭牌参数的绕组电感解析计算，通过对电力变压器三维有限元磁场建模并求解，能够模拟变压器内部磁场分布，充分考虑磁场变化对变压器内部结构参数的影响，特别是绕组结构中由于能量变化所造成的磁场改变，从而对绕组电感进行计算，该方法对材料、边界和激励具有广泛的适应性，便于处理多种媒质共存的复杂闭域磁场，有助于变压器绕组参数辨识和故障诊断，计算快速、准确，适应性强，具有较高的工程价值。

主权项

一种变压器绕组结构电感计算方法，其特征是，它包括以下步骤：1)基于能量扰动有限元法的绕组电感计算基于能量扰动有限元法的电感计算方法以变压器磁场有限元计算为基础，依据模型端口特性、材料特性、电磁特性，以能量耦合的形式处理内部电磁过程与外端电路约束，为反映变压器励磁饱和非线性和绕组电感的变化特点，利用能量扰动原理计算绕组结构电感参数；矢量磁位有限元法采用矢量磁位A，忽略磁滞效应和涡流效应，根据Maxwell方程得到变压器非线性磁场方程：其中：“▽×”代表旋度运算，μ为磁导率，J为励磁电流密度矢量，且J取决于励磁电流；公式(1)应用格林定理，得伽辽金加权余量方程：其中：“﹒”代表点积运算，M与M’分别为基函数序列和权函数序列，且M与M’相同，把权函数代入方程(2)，针对全部权函数，将加权余量方程离散形成代数方程组，求解可得所有棱边上的矢量磁位A，进而计算其他场量；变压器电路系统的微分方程：其中：t为时间变量，u与i分别为变压器端口电压和电流矩阵；LS为静态电感矩阵，表示磁链与励磁电流的关系；LR为绕组结构电感矩阵，表示载流线圈与铁心的电路行为，需根据磁场模型计算；变压器载流线圈组成磁场系统，其磁场能量在数值上等于该系统建立过程中外部电源提供并转化的能量：其中：ip为电流矩阵i的元素，δ表示增量符号，δip为电流增量，0<δ<1；ψp为磁链，p为绕组编号；若线圈电流增量为δi，将动态电感与电源能量和激励电流关联：其中：LRpq为绕组结构电感；δip、δiq为原、副边线圈电流增量；p与q分别为绕组编号,p＝1，q＝2或p＝2，q＝1；同时，线圈励磁电流分布系统的磁场能量为：若由δi引起的场量变化表示为δH、δB，可以得到磁场能量增量：根据能量扰动思想，电路系统能量增量与磁场相同，联立(5)(7)可计算绕组结构电感矩阵LR；2)基于变压器铭牌参数的绕组电感解析计算根据已知变压器铭牌参数额定电压UN、额定电流IN、短路阻抗百分数αZ，可计算出对应的变压器绕组电感：其中，Lk为视在电感，Xk为电抗，根据公式(8)计算变压器绕组电感，可对基于能量扰动有限元法的电感计算结果进行验证。