变压器多股多根导线并联结构的电流分布计算方法

本发明属于变压器，特别是一种变压器多股多根导线并联结构的电流分布计算方法。

背景技术：

1、电流是计算变压器漏磁场和电磁力的激励源，对电流分布特性的准确计算是电磁力和绕组形变动态过程计算的基础。在电力变压器中，为了保证绕组匝导线的电流密度在允许范围内，通常采用多股多根导线并联的方式增加导线的截面积。但多股多根并联导线在绕组中空间位置差异会改变各导线支路的等效漏感抗，进而引起电流分布的不均匀。为减小电流不均匀程度，对股导线或者根导线采用了换位的方法，这一措施提高了各股各根导线之间电流的均匀性，但并不能完全消除各股各根导线间的电流差异。目前在研究变压器内电流分布特性时，均认为匝导线内电流是均匀分布的。上述方法的缺点在于忽略了由于各股各根导线空间位置不一致带来的差异性，进而影响绕组细观结构上电磁力分布计算的准确性。

2、在背景技术部分中公开的上述信息仅仅用于增强对本发明背景的理解，因此可能包含不构成本领域普通技术人员公知的现有技术的信息。

技术实现思路

1、针对现有技术中存在的问题，本发明提出一种变压器多股多根导线并联结构的电流分布计算方法，本发明的目的是通过以下技术方案予以实现：

2、一种变压器多股多根导线并联结构的电流分布计算方法，其特征在于，其包括以下步骤，

3、基于变压器绕组的匝导线中多股多根导线并联结构获得每匝导线中的股导线数以及股导线中的根导线数目，基于多股多根导线并联结构建立变压器绕组的t型等效回路，所述变压器绕组的t型等效回路中，变压器一次侧绕组被等效为一次阻抗，变压器二次侧绕组被等效为一次阻抗，励磁支路等效于励磁阻抗，基于t型等效回路获得流过多股多根导线并联结构的总电流；

4、基于所述总电流获得各根导线支路电流与总电流之间的关系，以及进一步获得各导线支路电流之间的比例；

5、基于各导线支路电流之间的比例获得各根导线支路电流分布比例系数的数值矩阵并建构变压器有限元模型；

6、通过线性插值的一阶有限元法离散所述变压器有限元模型，获得离散后的有限元方程；

7、通过离散后的有限元方程求解所述变压器有限元模型，获得各股各根导线的电流标幺值，并将其作为各根导线回路对应的电流比例系数，最终得到各根导线回路流过的电流。

8、优选的，

9、所述各根导线支路电流与总电流之间的关系为：

10、,

11、其中，

12、 i从1取值至m， j从1取值至n，

13、 i k为变压器内第 k个绕组的匝导线总电流，单位为a，

14、 i kij为变压器内第 k个绕组中第 i股导线的第 j根导线的电流，单位为a。

15、优选的，

16、所述各导线支路电流之间的比例为：

17、,

18、其中， x kij为变压器内第 k个绕组中第 i股导线的第 j根导线对应的等效漏感抗。

19、优选的，

20、建构变压器有限元模型，具体包括：

21、以铁心柱中心轴为对称轴，以铁心窗边界为漏磁场计算域边界建构变压器有限元模型，对于多股多根导线中的第k个绕组 m´ n根导线支路沿辐向依次排列，其中，各根导线支路沿圆周方向绕制为圆柱壳体结构，分别采用矩形截面进行等效，变压器有限元模型对应的边值问题为：

22、，

23、其中， a为矢量磁位的圆周分量； r为半径； m为磁导率； j为电流密度； g1、 g2、 g3、 g4为漏磁场计算域边界， z为高度。

24、优选的，

25、离散后的有限元方程为:

26、，

27、其中，k为刚度矩阵；a为矢量磁位矩阵；b为线圈电流产生的列向量，

28、在绕组区域有如下约束条件：

29、，

30、其中，为变压器内第 k个绕组中第 i股导线的第 j根导线的电流标幺值。

31、优选的，

32、最终得到的各根导线回路流过的电流为：

33、。

34、优选的，

35、t型等效回路中，变压器原、副边绕组分别等效为一个阻抗支路，并统一折算到原边绕组侧，

36、，

37、其中， i1为变压器原边绕组短路电流， i2为变压器副边绕组短路电流， um为变压器原边绕组电流峰值，|z|为归算到原边侧的总阻抗， w为电源角频率， r为短路阻抗电阻分量， l短路阻抗电感分量，t为时间，n1为原边绕组匝数，n2为副边绕组匝数。

38、优选的，所述变压器有限元模型为轴对称模型。

39、优选的，所述匝导线为螺旋式绕组的换位导线或连续式绕组的组合导线。

40、优选的，换位导线包含4股导线，每股导线由奇数根平行排列的导线换位绕制而成，组合导线包含2股导线，每股导线由辐向平行排列的导线组成，各根导线之间不换位。

41、和现有技术相比，本发明具有以下优点：本发明所述的变压器多股多根导线并联结构的电流分布计算方法通过分析匝导线中多股多根导线结构，考虑到各导线支路空间位置的不同对电流分布均匀性的影响，从而能够更准确的获得匝导线中电流分布规律，为后续变压器电磁力计算和受力形变过程分析提供更为可靠的依据。

技术特征：

1.一种变压器多股多根导线并联结构的电流分布计算方法，其特征在于，其包括以下步骤，

2.根据权利要求1所述的变压器多股多根导线并联结构的电流分布计算方法，其特征在于，

3.根据权利要求2所述的变压器多股多根导线并联结构的电流分布计算方法，其特征在于，

4.根据权利要求3所述的变压器多股多根导线并联结构的电流分布计算方法，其特征在于，

5.根据权利要求4所述的变压器多股多根导线并联结构的电流分布计算方法，其特征在于，

6.根据权利要求5所述的变压器多股多根导线并联结构的电流分布计算方法，其特征在于，

7.根据权利要求1所述的变压器多股多根导线并联结构的电流分布计算方法，其特征在于，t型等效回路中，变压器原、副边绕组分别等效为一个阻抗支路，并统一折算到原边绕组侧，

8.根据权利要求1所述的变压器多股多根导线并联结构的电流分布计算方法，其特征在于，所述变压器有限元模型为轴对称模型。

9.根据权利要求1所述的变压器多股多根导线并联结构的电流分布计算方法，其特征在于，所述匝导线为螺旋式绕组的换位导线或连续式绕组的组合导线。

10.根据权利要求9所述的变压器多股多根导线并联结构的电流分布计算方法，其特征在于，换位导线包含4股导线，每股导线由奇数根平行排列的导线换位绕制而成，组合导线包含2股导线，每股导线由辐向平行排列的导线组成，各根导线之间不换位。

技术总结
本发明揭示了变压器多股多根导线并联结构的电流分布计算方法，其中，在获得变压器各绕组股导线和根导线的结构形式的基础上建立根导线回路电路模型，结合T型等效回路获得各股各根导线总电流，建立考虑多股多根导线并联的变压器绕组有限元模型，以三角形单元通过线性插值的一阶有限元法对变压器模型进行离散，计算获得各根导线回路的标幺值为电流分配系数，从而得到各根导线回路流过的电流。

技术研发人员：文韬,靳铭凯,赵毅,陈维江,张乔根,樊星,裴哲浩,林荧,薛建议
受保护的技术使用者：合肥工业大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15