[发明专利]一种变压器绕组匝间短路反向环流计算方法

摘要

本发明是一种变压器绕组匝间短路反向环流计算方法，通过分析变压器绕组匝间短路电磁原理，建立绕组匝间短路时域微分电路方程；基于磁场‑电路耦合模型求解电路方程，计算短路绕组反向环流。本发明克服了进行变压器短路试验和短路环流测量所受到的诸多实际条件限制，解决了当变压器发生绕组内部匝间短路时，通过端口电流的变化无法直接反映出短路电流突变的问题，同时充分考虑了不同运行方式以及不同匝间短路比例对短路环流的影响，分别对变压器空载、50％负载和100％负载运行方式下绕组发生0、3％、6％和9％匝间短路比例下的短路反向环流进行了计算和分析。具有科学合理，真实可行，实用价值高等优点。

主权项

1.一种变压器绕组匝间短路反向环流计算方法，其特征是，它包括以下步骤：1)绕组匝间短路电路方程变压器绕组匝间短路时域微分电路方程：式中，u1为原边未短路部分电压，即原边端口电压，i1为原边未短路部分电流，即原边端口电流；u2为副边端口电压、i2为副边端口电流；us为短路部分感应电动势、is为短路部分感应电流；L01为原边未短路部分的漏感、L02为副边的漏感；M12为原边未短路部分与副边互感；M1s为原边未短路部分与短路部分互感、M2s为副边与短路部分互感；L1原边未短路部分的自感、Ls为原边短路部分的自感、L2为副边的自感；r原边内阻、r1原边未短路部分内阻、rs原边短路部分的内阻；n1为原边未短路部分的绕组匝数、ns为原边短路部分的绕组匝数。2)利用磁场模型获得绕组电感变压器绕组匝间短路时域微分电路方程能够通过磁场‑电路耦合的方式进行求解，假设某时刻的绕组电流i0已知，可以采用基于矢量磁位A的能量平衡有限元法(EBFEM)计算该时刻的动态电感矩阵，磁场模型通过伽辽金加权余量形式求解：其中，μ为磁导率；J为电流密度矢量；{Mm}为权函数序列，权函数与基函数相同；m为权函数序列通项编号；en为边界面单位法向分量，将加权余量方程离散形成代数方程组，可求解得A，进而计算B、H等场量；在时域求解过程中，采用局部线性化方法计算磁场能量，当电流增量为δi时，场量变化为δH、δB，则磁场能量增量为：同时，当线圈电流增加δi时，其电路能量变化：由能量平衡原理，磁场‑电路耦合能量相等，联立方程(3)式和(4)式计算绕组自感，在此基础上求解绕组各部分互感；3)短路电流的计算忽略短路绕组与副边绕组的弱耦合效应、副边内阻及漏感参数，当匝间短路故障时us＝0，对方程组(1)进行推导和简化：其中RL为负载；将时域电感参数代入电路微分方程组(5)，求解tb时刻短路电流ib，采用改进欧拉法(IEu)，由tb时刻的绕组电流ib计算tb+1时刻的电流ib+1：式中h为步长，s为步长内的分段计算斜率列向量；将ib+1反馈给磁场模型，进行下一时刻磁场求解。