本發(fā)明屬于電力變壓器技術(shù)領(lǐng)域，涉及的是一種用于極寒條件下變壓器短路動(dòng)穩(wěn)定性評(píng)估方法。

背景技術(shù)：

隨著國(guó)家“一帶一路”戰(zhàn)略的不斷推進(jìn)，電力變壓器在高緯度、極寒地區(qū)應(yīng)用范圍必將越來(lái)越大。然而極寒溫度會(huì)對(duì)變壓器絕緣材料和繞組的機(jī)械性能和電氣性能產(chǎn)生影響，破壞變壓器的動(dòng)熱穩(wěn)定性，影響變壓器的安全運(yùn)行。

經(jīng)統(tǒng)計(jì)分析，電力變壓器故障的原因中，70％由其動(dòng)穩(wěn)定及熱穩(wěn)定受到不同程度破壞所導(dǎo)致。目前行業(yè)內(nèi)對(duì)變壓器的抗短路能力及過(guò)載能力已有成熟的研究，但對(duì)于極寒條件下的變壓器抗短路及過(guò)負(fù)荷能力研究較少。為了能夠比較準(zhǔn)確地掌握變壓器內(nèi)部繞組的健康狀態(tài)，盡早發(fā)現(xiàn)變壓器故障隱患和實(shí)現(xiàn)變壓器狀態(tài)檢修，有必要對(duì)變壓器短路時(shí)繞組動(dòng)穩(wěn)定性評(píng)估方法進(jìn)行深入研究。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種極寒條件下變壓器短路動(dòng)穩(wěn)定性評(píng)估方法，可直接應(yīng)用于實(shí)際系統(tǒng)中，具有較強(qiáng)的實(shí)用性。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明是通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)：

一種極寒條件下變壓器短路動(dòng)穩(wěn)定性評(píng)估方法，對(duì)220kV～750kV電力變壓器建立場(chǎng)路耦合模型；在短路沖擊作用下，分析場(chǎng)路耦合模型中變壓器瞬態(tài)漏磁場(chǎng)分布，然后結(jié)合極寒條件下變壓器繞組及墊塊機(jī)械特性隨溫度的變化規(guī)律以及墊塊受力后的累積效應(yīng)，計(jì)算繞組軸向位移以及應(yīng)力分布；在繞組軸向位移和應(yīng)力分布基礎(chǔ)上，得到繞組最大應(yīng)力、最大軸向位移隨溫度的變化曲線，通過(guò)與國(guó)標(biāo)GB1094.5-2008、銅導(dǎo)線的屈服強(qiáng)度值隨溫度的變化關(guān)系進(jìn)行對(duì)比，完成極寒條件下變壓器抗短路能力的評(píng)估。

本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于，極寒條件下變壓器繞組及墊塊機(jī)械特性隨溫度的變化規(guī)律通過(guò)以下過(guò)程得到：利用拉壓試驗(yàn)機(jī)和動(dòng)態(tài)熱機(jī)械分析儀對(duì)不同溫度下的繞組及墊塊材料進(jìn)行力學(xué)特性的試驗(yàn)，得到墊塊的彈性模量隨溫度變化曲線和繞組彈性模量隨溫度變化曲線。

本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于，墊塊受力后的累積效應(yīng)，具體是利用拉壓試驗(yàn)機(jī)對(duì)墊塊進(jìn)行多次循環(huán)加壓，獲得加載次數(shù)與墊塊形變的關(guān)系。

本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于，通過(guò)采用有限元軟件建立場(chǎng)路耦合模型。

本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于，在短路沖擊作用下，分析場(chǎng)路耦合模型中變壓器瞬態(tài)漏磁場(chǎng)分布的具體過(guò)程為：首先，計(jì)算短路時(shí)變壓器短路電流值，然后通過(guò)有限元軟件計(jì)算變壓器瞬態(tài)漏磁場(chǎng)分布。

本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于，通過(guò)ANSYS有限元軟件的APDL開(kāi)發(fā)功能計(jì)算繞組軸向應(yīng)力分布。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益的技術(shù)效果：本發(fā)明根據(jù)實(shí)驗(yàn)測(cè)得極寒條件下變壓器材料繞組及墊塊機(jī)械特性隨溫度的變化規(guī)律及墊塊受力后的累積效應(yīng)，對(duì)220kV-750kV電力變壓器建立場(chǎng)路耦合模型，計(jì)算短路時(shí)變壓器內(nèi)部的瞬態(tài)漏磁場(chǎng)分布。利用漏磁場(chǎng)分布的結(jié)果，研究了不同分接開(kāi)關(guān)下變壓器繞組不同位置的軸向位移和應(yīng)力分布規(guī)律，然后結(jié)合不同溫度下繞組材料和墊塊材料的力學(xué)特性，對(duì)不同溫度下的繞組的軸向位移和應(yīng)力分布進(jìn)行研究，得到繞組最大應(yīng)力、最大軸向位移隨溫度的變化曲線，通過(guò)與國(guó)標(biāo)GB1094.5-2008、銅導(dǎo)線的屈服強(qiáng)度值隨溫度的變化關(guān)系進(jìn)行對(duì)比，從而進(jìn)行極寒條件下變壓器抗短路能力的評(píng)估。在極寒條件下，變壓器的繞組、絕緣墊塊參數(shù)與常溫情況不同，長(zhǎng)時(shí)間的低溫以及力的累積效應(yīng)也會(huì)對(duì)繞組和墊塊的機(jī)械特性造成變化。具體的，長(zhǎng)時(shí)間的低溫會(huì)使得墊塊和導(dǎo)線的彈性模量變小，繞組銅導(dǎo)線的屈服強(qiáng)度增大。這些變化對(duì)于分析繞組及墊塊所受應(yīng)力和位移都會(huì)造成很大的影響，這可能會(huì)造成對(duì)變壓器動(dòng)穩(wěn)定性評(píng)估時(shí)的誤差。所以分析繞組及墊塊在極寒條件下材料屬性的變化，對(duì)于分析極寒條件下變壓器繞組動(dòng)穩(wěn)定性具有重要意義。在長(zhǎng)時(shí)間低溫環(huán)境下，繞組銅導(dǎo)線的屈服強(qiáng)度將發(fā)生變化。在一定溫度下，根據(jù)該溫度對(duì)應(yīng)的材料力學(xué)性能參數(shù)，對(duì)繞組進(jìn)行有限元分析計(jì)算后，可得到該溫度下應(yīng)力分布，運(yùn)用不同溫度下銅導(dǎo)線的屈服強(qiáng)度，可對(duì)繞組動(dòng)穩(wěn)定性進(jìn)行準(zhǔn)確評(píng)估。本發(fā)明由于考慮了長(zhǎng)時(shí)間低溫對(duì)變壓器繞組材料性能的影響，所以能夠更準(zhǔn)確的對(duì)極寒條件下變壓器的動(dòng)穩(wěn)定性進(jìn)行評(píng)估。本發(fā)明可直接應(yīng)用于實(shí)際系統(tǒng)中，具有較強(qiáng)的實(shí)用性。

進(jìn)一步的，本發(fā)明中的墊塊受力后的累積效應(yīng)主要是指力的累積效應(yīng)，具體是利用拉壓試驗(yàn)機(jī)對(duì)墊塊進(jìn)行多次循環(huán)加壓，獲得加載次數(shù)與墊塊形變的關(guān)系，通過(guò)該曲線，可以為墊塊在多次短路電動(dòng)力多用后的變形量進(jìn)行準(zhǔn)確計(jì)算，進(jìn)而對(duì)繞組動(dòng)穩(wěn)定性進(jìn)行評(píng)估。由于長(zhǎng)時(shí)間的低溫會(huì)使墊塊和銅導(dǎo)線的彈性模量變小，當(dāng)變壓器突發(fā)短路時(shí)，繞組的位移及應(yīng)力分布將受到較大影響。在多次力的作用下，墊塊的厚度減小，繞組松動(dòng)，軸向預(yù)緊力降低，位移將增大，所以需要考慮墊塊受力后的累積效應(yīng)。

附圖說(shuō)明

圖1為墊塊彈性模量與溫度之間的關(guān)系。

圖2為銅導(dǎo)線彈性模量隨溫度變化圖。

圖3為加載次數(shù)與墊塊形變的關(guān)系。

圖4為變壓器瞬態(tài)漏磁場(chǎng)分布。

圖5為繞組在-70℃時(shí)的軸向位移和應(yīng)力分布，其中，(a)為位移，(b)為應(yīng)力。

圖6為繞組在90℃時(shí)的軸向位移和應(yīng)力分布，其中，(a)為位移，(b)為應(yīng)力。

圖7為繞組最大軸向位移隨溫度的變化曲線。

圖8為繞組最大應(yīng)力隨溫度的變化曲線。

圖9為本發(fā)明方法的流程圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。

參見(jiàn)圖9，本發(fā)明的一種極寒條件下變壓器繞組動(dòng)穩(wěn)定性評(píng)估方法，包括下述步驟：

對(duì)220kV-750kV電力變壓器采用有限元軟件建立場(chǎng)路耦合模型；在短路沖擊作用下，首先，計(jì)算短路時(shí)變壓器短路電流值，然后通過(guò)有限元軟件計(jì)算變壓器瞬態(tài)漏磁場(chǎng)分布，然后利用拉壓試驗(yàn)機(jī)和動(dòng)態(tài)熱機(jī)械分析儀對(duì)不同溫度下的繞組及墊塊材料進(jìn)行力學(xué)特性的試驗(yàn)，得到墊塊的彈性模量隨溫度變化曲線和繞組彈性模量隨溫度變化曲線；利用拉壓試驗(yàn)機(jī)對(duì)墊塊進(jìn)行多次循環(huán)加壓，獲得加載次數(shù)與墊塊形變的關(guān)系，即墊塊受力后的累積效應(yīng)；結(jié)合極寒條件下變壓器繞組及墊塊機(jī)械特性隨溫度的變化規(guī)律以及墊塊受力后的累積效應(yīng)，通過(guò)ANSYS軟件的APDL開(kāi)發(fā)功能計(jì)算繞組軸向應(yīng)力分布；在繞組軸向位移和應(yīng)力分布基礎(chǔ)上，得到繞組最大應(yīng)力、最大軸向位移隨溫度的變化曲線，通過(guò)與國(guó)標(biāo)GB1094.5-2008、銅導(dǎo)線的屈服強(qiáng)度值隨溫度的變化關(guān)系進(jìn)行對(duì)比，完成極寒條件下變壓器抗短路能力的評(píng)估。

下面通過(guò)一個(gè)實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的步驟進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。

S01、通過(guò)試驗(yàn)得到變壓器材料的機(jī)械特性隨溫度變化的規(guī)律。利用MTS拉壓試驗(yàn)機(jī)和動(dòng)態(tài)熱機(jī)械分析儀DMA對(duì)不同溫度的繞組及墊塊材料進(jìn)行力學(xué)特性的試驗(yàn)，得到墊塊的彈性模量隨溫度變化(如圖1所示)和銅導(dǎo)線彈性模量隨溫度變化曲線，如圖2所示。

S02、墊塊受力后的累積效應(yīng)，具體是利用MTS 858拉壓試驗(yàn)機(jī)對(duì)墊塊進(jìn)行0-5MPa循環(huán)加壓11次，獲得加載次數(shù)與墊塊形變的關(guān)系，即得到墊塊受力后的累積效應(yīng)，如圖3所示。

S03、以某型330kV變壓器為例，通過(guò)ANSYS有限元軟件建立場(chǎng)路耦合模型。

S04、在短路沖擊作用下，分析場(chǎng)路耦合模型中變壓器瞬態(tài)漏磁場(chǎng)分布的具體過(guò)程包括：首先，計(jì)算短路時(shí)變壓器短路電流值，然后通過(guò)ANSYS有限元軟件計(jì)算變壓器瞬態(tài)漏磁場(chǎng)分布，如圖4所示。

短路電流值如表1：

表1 短路電流值

S05、根據(jù)變壓器瞬態(tài)漏磁場(chǎng)分布，利用ANSYS有限元軟件的APDL開(kāi)發(fā)功能，結(jié)合極寒條件下變壓器材料機(jī)械特性隨溫度的變化規(guī)律以及墊塊受力后的累積效應(yīng)，計(jì)算變壓器繞組不同位置的軸向位移、應(yīng)力分布。

在繞組軸向瞬態(tài)位移和應(yīng)力分布基礎(chǔ)上，對(duì)不同溫度下的繞組的軸向位移以及應(yīng)力分布進(jìn)行研究，得到繞組軸向位移以及應(yīng)力分布，如圖5和圖6所示，得到變壓器繞組在短路電流最大的情況下，低壓繞組最大應(yīng)力、最大軸向位移隨溫度的變化曲線，如圖7和圖8所示。

S06、根據(jù)繞組最大應(yīng)力、最大軸向位移隨溫度的變化曲線，通過(guò)與國(guó)標(biāo)GB1094.5-2008、銅導(dǎo)線的屈服強(qiáng)度值隨溫度的變化關(guān)系進(jìn)行對(duì)比，完成極寒條件下變壓器短路動(dòng)穩(wěn)定性的評(píng)估。

本發(fā)明根據(jù)極寒條件(-45℃～0℃)下變壓器繞組，墊塊的材料特性的改變，對(duì)220kV-750kV電力變壓器相關(guān)參數(shù)進(jìn)行計(jì)算，分析短路沖擊作用下，變壓器瞬態(tài)漏磁場(chǎng)分布；計(jì)算繞組軸向瞬態(tài)電磁力分布，建立短路電流作用下，變壓器繞組動(dòng)態(tài)力分布、繞組位移及形變的電磁、力學(xué)、熱學(xué)分析模型。本發(fā)明通過(guò)研究繞組軸向和徑向力學(xué)行為及失穩(wěn)判據(jù)，確定變壓器動(dòng)穩(wěn)定性能校核方法。本發(fā)明可直接應(yīng)用于實(shí)際系統(tǒng)中，具有較強(qiáng)的實(shí)用性。