变压器匝间短路故障电-磁-热多物理场协同分析

电力变压器是电力系统的关键核心设备,变压器的运行状态直接影响供电的可靠性。针对实际实验中变压器匝间短路系列故障设置困难问题,采用有限元仿真软件建立与实际变压器一致的电磁场仿真模型,分析了变压器空载时电流电压特性,验证了模型的准确性;建立了变压器低压侧匝间短路故障仿真模型和电路模型,得到了匝间短路时绕组电流变化趋势和电磁关系变化方程。研究了短路匝数不同对变压器绕组电流和电磁参数的影响,从短路4匝到16匝,短路电流最大值从14.5 kA降到4.2 kA,磁场的最大值为正常值的20多倍;建立了变压器三维温度场模型,对比了变压器正常和不同匝间短路故障工况时的温度场分布,发生4匝短路故障时,匝间短路绕组部分温度达到500 ℃,并且随着短路匝数的增加短路绕组部分温度上升,而其他部分温度变化在100 ℃以内,结果表明匝间短路故障会严重影响短路绕组部分温度场分布,而对其它部分影响较小     

基于Comsol多物理场仿真的短路工况下变压器轴向电磁力的计算

过大的短路电磁力会影响变压器的安全运行及电网的稳定性。为了计算研究短路条件下变压器绕组的轴向电磁力,本文建立了110 kV/38.5 kV/10.5 kV的变压器“磁场-电路”耦合模型,使用Comsol Multiphysics软件对三相高压对中压绕组短路工况下的变压器进行了仿真,并得到了铁心磁密和内部辐向漏磁磁密的分布,B相高压中压绕组所受的轴向电磁力,以及在不同电流载荷下绕组所受轴向电磁力的变化规律。结果表明,变压器内部辐向漏磁磁密主要集中在绕组端部,峰值可达0.03 T,绕组中间位置,辐向漏磁磁密为0。绕组所受轴向电磁力的频率主要为50 Hz和100 Hz,且随着短路时间的增加,其二倍频特性愈加明显。随着短路励磁电流增加,绕组受到的轴向电磁力也会增大,且轴向电磁力增幅等于电流增幅的平方。     

基于ANSYS的高温超导变压器稳态短路仿真

从分析绕组区域磁场着手,通过计算载流导体在磁场中受力而获得绕组受力,考虑到超导变压器绕组因电阻小抑制环流的能力大大降低,绕组支路电抗微小的不平衡可能引起很大的环流,建立了计人环流影响的“场-路”耦合的磁场分析模型．同时,将ANSYS软件应用于“场-路”耦合分析,做了探索．得到的磁场和电磁力的计算结果与理论分析相符,给出的方法可用于进行基于磁场计算的绕组并联支路或并绕导线之间的环流分析．     

基于磁场分析的动车组主变压器的参数计算及性能仿真

藉助于现代分析软件ANSYS和MATLAB,对一台350 km/h动车组牵引主变压器进行了电磁分析和性能计算.即先进行基于ANSYS的磁场分析,据此计算反映各绕组之间电磁耦合的电感系数(矩阵).接着根据变压器电路构成搭建基于MATLAB的仿真模型,计算了变压器两两绕组之间的短路阻抗及稳态短路和空载性能参数.试验结果证明了这种"场-路"结合的方法对这类变压器进行仿真分析的有效性.     

基于“场-路”结合分析的高速动车组主变压器稳态特性计算

首先对一台多绕组的动车组牵引主变压器进行了基于ANSYS软件的3-D磁场分析．在此基础上,通过计算磁场能量得到了反映各绕组之间电磁耦合的电感矩阵,通过计算绕组的涡流损耗获得了其附加电阻;接着列写电路方程,用Matlab编程计算了对应多种稳态工况的特性．试验结果证明该方法是有效的．     

测量短路电抗是判断变压器绕组变形的有效方法

本文阐述了测量短路电抗可以判断变压器绕组是否变形的道理,分析了三相变压器不同联结组短路阻抗的测量计算方法,介绍了测量仪器的选择和使用注意事项。     

低电压短路阻抗法在变压器绕组变形诊断中的应用

变压器自身的主要性能参数是短路阻抗。这一性能参数可以决定系统出现短路时变压器自身内部电动力以及短路时整体电流的大小。变压器运行中出现事故的主要原因是变压器绕组变形造成的,它会将变压器的短路阻抗更改,引起间接或直接的变压器事故或故障。该文通过分析低电压短路阻抗法的应用原理,结合变电站变压器进行实验,实验中变压器为220 k V,在冲击记录超标后研究变压器是否存在绕组变形情况,并针对出现的问题进行诊断。     

直流制式下机车变压器磁场分析及绕组电感计算

针对1台具有4个高压4个牵引绕组结构的机车变压器,用ANSYS软件分析了直流制式下机车变压器的磁场,并在此基础上计算了4个低压绕组的电感矩阵,讨论了4个低压侧绕组不同的连接方式对铁心磁场分布及绕组电感的影响.在比较计算结果及结合实际要求的基础上,推荐了一种较为理想的直流制式下变压器用做滤波器的绕组连接方式.     

短路冲击下变压器振动频响函数研究

针对离线测试方法无法对遭受短路冲击后的绕组状态进行在线评估和诊断的问题,提出了一种利用冲击电流下绕组振动的频响函数来表征绕组机械状态的方法。该方法利用振动信号和冲击电流构建了单输入多输出的振动系统,通过自功率谱密度函数获得短路冲击下变压器绕组振动的频响函数,并利用相关系数对多次短路冲击下绕组振动频响函数的相关性进行分析。对一台220kV变压器短路冲击试验的研究结果表明,在多次短路冲击中,不同频响函数间的相关系数与相电抗的偏差之间存在一定的负相关关系,即相关系数随相电抗的偏差增大而降低,相电抗偏差越大,相关系数越低。该方法可以利用短路故障时的录波信息,通过绕组的振动频响函数和两次短路冲击的相关系数来表征变压器绕组的机械状态。     

变压器低电压短路阻抗测试方法分析

作为重要的电力设备,变压器运行状况直接影响着电力系统发电效益,对用电安全具有至关重要的作用。当前变压器运行过程中非常容易受到短路电动力的影响,在上述环境中形成绕组变形,严重损害了变压器性能。为了防止上述绕组形变,文章从当前火电设计中的变压器负荷状况出发,对低电压短路阻抗的测试方法进行研究,依照上述内容形成了对应变压器绕组形变测试分析体系,对变压器低电压短路阻抗测试方法进行了深入挖掘,望为今后电力系统变压器设置提供一些参考。     

直流制式下机车变压器用作电抗器的电磁特性分析及设计优化

跨线运行的电气机车,由直流供电时其变压器用作滤波电抗器.本文针对一台心式结构且具有4个高压和4个低压(牵引)绕组的机车变压器在直流供电时的有关电磁特性进行了研究.此时,高压绕组并联开路,低压绕组两两串联分别接入两个直流回路中用于滤波,两个直流回路或同时工作或单独工作.按同一铁心柱上两个绕组串联连接,则4个低压绕组有4种接法.文章在用ANSYS软件对磁场进行深入分析的基础上,计算了绕组间的电感矩阵及相应连接时的电感.同时,深入研究了4个低压绕组两两串联后或同时工作或单独工作时电感值随负载电流变化的特性,推荐了直流制式下变压器用作滤波电抗器时其低压绕组一种较合适的连接方式,且这种连接方式的电感计算值得到了试验验证.文章最后还针对所推荐的连接方式,在单回路工作时较双回路工作时所呈现的电感值差异,提出了一种增设第三绕组的补偿方案,并就有关问题进行了分析.     

基于布拉格光纤传感的变压器绕组多次短路冲击应变

布拉格光纤光栅传感器（FBG）最重要的应用之一是在结构表面进行应变测量。为研究变压器绕组在短路冲击过程中的绕组受力情况,本文通过COMSOL软件建立试验变压器的短路冲击有限元模型,仿真得到理论电磁力,通过公式计算得到理论应变;进行了110kV真型变压器短路冲击试验,利用FBG传感器对绕组状态进行监测,观察其中心波长变化量,并通过光-力理论转换方程计算得到实际应变。将实际应变、理论应变进行对比分析,发现误差在5%以内,验证了可采用布拉格光纤传感法用于变压器绕组短路冲击应变检测的可行性和准确性。通过本次研究表明FBG传感器测量精准,可以通过这种方法对变压器绕组变形进行测量,具有较大的实际工程意义。     

变压器内线圈径向动力稳定性研究

本文用数值计算方法和模型变压器实验,研究了变压器内线圈在短路电动力作用下的径向动力稳定性,编制了用于IBM-PC微机的计算程序。研究证明,理论结果与实验结果基本相符;某些参数对内线圈的径向动力稳定性的影响与静稳定性分析是不同的。     

基于多物理场耦合的非晶合金变压器短路特性分析

非晶合金变压器具有显著的节能优势,但是抗短路能力不足。针对在实际试验研究中非晶合金变压器绕组短路系列故障设置困难问题,本文基于电磁场-结构力场-温度场的瞬态多物理场耦合理论,建立变压器有限元三维模型。仿真了低压侧出口三相短路条件下非晶合金变压器矩形绕组的短路特性,研究了非晶合金变压器发生短路时温度剧烈升高所带来的热应力对绕组形变的影响。并对单独电磁力作用和电磁力热应力耦合作用下的绕组应力和形变进行了对比,计算结果表明热效应会对变压器形变产生较大影响,造成矩形绕组多处严重变形损坏。短路温升是变压器变形损坏不可忽略的因素,同时也是提升变压器抗短路能力中需要重点考虑的问题。     

水蒸气保护焊短路过渡动态过程研究

在测定了水蒸气作为保护气体时的电弧物理特性参数的基础上,对水蒸气保护焊下短路过渡的动态过程进行了模拟．模拟结果与实验结果相吻令,随着电源电压与电感值的升高,短路过渡形式由燃弧──熄弧—短路—燃弧,向燃弧──短路──燃弧过渡。研究了电源电压、电感和送丝速度等焊接参数对短路过渡动态过程的影响．把电弧过程呈燃弧—熄弧—短路－燃弧交替进行,并且熄弧时间最短,短路频率最高作为研究目标,找出此条件下具体的电源电压与电感值及其关系,为制定焊接规范提供依据．     

阻抗匹配平衡变压器短路计算的相分量法

本文根据阻抗匹配平衡变压器ＡＢＣ三相结构不对称的特点，采用相分量法推导了当牵引负荷母线侧出现各种短种故障时，三相侧与二相侧的短路电流计算公式，实测结果证明了计算公式的正确性，这对阻抗匹配平衡变压器的设计，运行过程中的故障分析以及继电保护动作参数的整定具有一定的理论意义与实用价值。     

混合风电场中双馈风电机组三相短路电流分析

近年来风力发电发展迅速,风电场逐渐形成了双馈风电机组和直驱风电机组混合运行的格局。由于双馈风电机组与直驱风电机组暂态特性的差异,直驱风电机组对双馈风电机组的短路电流可能产生影响,无法对混合风电场的短路电流进行准确计算。为此,针对双馈风电机组和直驱风电机组组成的混合风电场,建立了混合风电场故障工频等效电路,推导了不同机组影响下的双馈风电机组输出短路电流表达式。通过与单机双馈风电机组短路电流的对比,分析并总结了混合风电场中双馈风电机组短路电流的影响因素和变化规律。针对不同影响因素下双馈风电机组的短路电流,利用时域仿真进行了分析和验证,仿真结果证明了理论分析的正确性。     

变压器式可控电抗器的限流电抗计算和仿真

在根据谐波要求确定了变压器式可控电抗器(CSRT)功率控制级数的基础上,把磁势平衡方程和支路电流方程相结合,得到了关于绕组电流和限流电抗的增广方程,再根据控制绕组顺次短路工作的特点,利用递推算法求出了CSRT的各级限流电抗值.利用多绕组变压器多边形等值电路模型,以MATLAB/PSB为平台,建立了CSRT的仿真模型.仿真算例的结果说明,CSRT不仅能够满足谐波因数指标的要求,而且具有分级平滑调节功率的控制特性和很快的反应速度.