一种电力变压器结构件的漏磁场引起局部过热风险评估方法与流程

本发明涉及变压器仿真计算和局部过热风险评估，特别是一种电力变压器结构件的漏磁场引起局部过热风险评估方法。

背景技术：

1、电力变压器是电力系统中的主设备，起到传输电能的重要作用。并且随着电力系统容量逐渐增大，变压器结构设计的小型化发展趋势，变压器的稳定性和可靠性成为相关领域研究的重点，而变压器漏磁场是研究变压器工作稳定性的运行风险的重要依据。

2、现有的技术通常通过对变压器漏磁场进行仿真计算，随着计算技术的发展，现有技术中通常建立变压器三维仿真模型研究变压器漏磁场分布，具体地，通过建立变压器内部的铁心、拉板、夹件、油箱、磁屏蔽等结构的三维模型，分别赋予各结构件对应的材料、形状和连接关系等参数和属性，并进一步设置变压器绕组电流方向，通过外电路施加激励电流，从而通过仿真软件得到变压器漏磁场的分布和大小，在计算变压器磁场引起的局部过热问题时，还需要进一步的开展涡流损耗分析和流体场的散热分析，需要更加专业的涡流场计算模块和计算方法，流体传热分析需要将涡流损耗模块计算结果加载到流体分析软件中，作为热载荷，进一步计算流体流动传热，最终确定局部过热风险，计算需要耦合磁场中的涡流场求解模块和流体传热模块，建立的流体场模型也将更复杂，求解时间大幅增加，整个求解流程专业性较强，耗费大量计算资源和时间，不利于实现自动化快速评估。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明的目的在于提供一种电力变压器结构件的漏磁场引起局部过热风险评估方法，可以从仿真计算结果数据中，通过分析直接给出过热风险的评估等级，有利于采用计算结果数据形成自动化分析方法，提高变压器在额定和过负荷运行过热风险的快速评估和防范。

2、为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种电力变压器结构件的漏磁场引起局部过热风险评估方法，包括：获得变压器的各个内部结构数据，根据所述各个内部结构数据仿真建立变压器磁场的三维有限模型；对所述三维有限元模型施加激励电流，计算所得到所述三维有限元模型中变压器漏磁场的分布和大小，规范磁场引起局部过热的重点关注区域的网格划分，铁心夹件、拉板、油箱，朝向绕组侧，根据材料细分网格，硅钢片组成的磁屏蔽和铜板、导线材料。

3、在一较佳的实施例中，结构件内部网络在磁场入射方向取3mm，钢板取0.3mm，低磁钢取3~5mm。

4、在一较佳的实施例中，包括：结构件表面外部的空间磁场网格划分，在磁场入射的厚度方向取2~3mm。

5、在一较佳的实施例中，根据磁场计算结果，监测局部过热的重点区域，在绕组上下端部的上下300mm范围内；铁心上下夹件正对主空道位置，油箱及油箱磁屏蔽、铜屏蔽对应线圈上下端部，在上下端对应高度的300mm范围内，取结构件表面空间磁场，距离结构件表面5mm的切向磁场分量值，根据拉板结构的材料划分类型，根据拉板的宽度l，单位cm，计算切向磁场bt，单位gs与拉板宽度l，单位cm，积，简称磁场宽度积s：

6、s=bt*l （gscm）

7、对于铁心小级、和低磁钢拉板：

8、s>5000，一般过热风险，

9、s>8000，严重过热风险；

10、对于普通钢拉板：

11、s>8000，一般过热风险，

12、s>10000，严重过热风险；

13、对于油箱、夹件普通钢材料，未覆盖磁屏蔽，取结构件表面空间磁场，距离结构件表面5mm的切向磁场强度分量值ht，单位a/m：

14、ht>56 a/m，一般过热风险，

15、ht>80 a/m，严重过热风险。

16、在一较佳的实施例中，对所有重点监测部件完成监测和计算分析，如果所有位置均不存在过热风险，给出结论：变压器不存在磁场引起的局部过热风险；只要有一项判断为一般过热风险，给出结论：变压器存在磁场引起的局部过热风险；只要有一项判断为严重过热风险，给出结论：变压器存在严重磁场引起的局部过热风险。

17、在一较佳的实施例中，包括：通过计算额定运行状态下的磁场及过热风险量值，预估变压器有过负载状态下的过热风险，可将预设的过负荷电流输入程序中，与额定电流比较，根据不同位置结构件的材料和涡流损耗特性，计算过热风险评估量值s，再进行风险评估，给出分析结论；

18、首先计算过负荷电流比值k：k=i1/in

19、其中i1为预设的过负荷电流值，in额定电流值；

20、根据变压器结构件的材料特性给定s值的变化系数。

21、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：本申请提供了一种变压器漏磁场静磁场模块即可实现的简化快速评估局部过热的分析方法，规范包括采用三维漏磁场仿真分析，根据内部结构建立变压器漏磁场三维有限元模型，对所分析的结构件内、外部区域，规范在结构件厚度和磁场入射方向的三维网格划分尺寸要求，计算结果根据结构件的材料特性，给出磁场宽度积的量值判断方法，并进行风险等级划分。通过上述分析方法，可以从仿真计算结果数据中，通过分析直接给出过热风险的评估等级，有利于采用计算结果数据形成自动化分析方法，提高变压器在额定和过负荷运行过热风险的快速评估和防范。

技术特征：

1.一种电力变压器结构件的漏磁场引起局部过热风险评估方法，其特征在于，包括：获得变压器的各个内部结构数据，根据所述各个内部结构数据仿真建立变压器磁场的三维有限模型；对所述三维有限元模型施加激励电流，计算所得到所述三维有限元模型中变压器漏磁场的分布和大小，规范磁场引起局部过热的重点关注区域的网格划分，铁心夹件、拉板、油箱，朝向绕组侧，根据材料细分网格，硅钢片组成的磁屏蔽和铜板、导线材料。

2.根据权利要求1所述的一种电力变压器结构件的漏磁场引起局部过热风险评估方法，其特征在于，结构件内部网络在磁场入射方向取3mm，钢板取0.3mm，低磁钢取3~5mm。

3.根据权利要求1所述的一种电力变压器结构件的漏磁场引起局部过热风险评估方法，其特征在于，包括：结构件表面外部的空间磁场网格划分，在磁场入射的厚度方向取2~3mm。

4.根据权利要求1所述的一种电力变压器结构件的漏磁场引起局部过热风险评估方法，其特征在于，根据磁场计算结果，监测局部过热的重点区域，在绕组上下端部的上下300mm范围内；铁心上下夹件正对主空道位置，油箱及油箱磁屏蔽、铜屏蔽对应线圈上下端部，在上下端对应高度的300mm范围内，取结构件表面空间磁场，距离结构件表面5mm的切向磁场分量值，根据拉板结构的材料划分类型，根据拉板的宽度l，单位cm，计算切向磁场bt，单位gs与拉板宽度l，单位cm，积，简称磁场宽度积s：

5.根据权利要求1所述的一种电力变压器结构件的漏磁场引起局部过热风险评估方法，其特征在于，对所有重点监测部件完成监测和计算分析，如果所有位置均不存在过热风险，给出结论：变压器不存在磁场引起的局部过热风险；只要有一项判断为一般过热风险，给出结论：变压器存在磁场引起的局部过热风险；只要有一项判断为严重过热风险，给出结论：变压器存在严重磁场引起的局部过热风险。

6.根据权利要求1所述的一种电力变压器结构件的漏磁场引起局部过热风险评估方法，其特征在于，包括：通过计算额定运行状态下的磁场及过热风险量值，预估变压器有过负载状态下的过热风险，可将预设的过负荷电流输入程序中，与额定电流比较，根据不同位置结构件的材料和涡流损耗特性，计算过热风险评估量值s，再进行风险评估，给出分析结论；

技术总结
本发明提供了一种电力变压器结构件的漏磁场引起局部过热风险评估方法，申请实施例适用于有限元仿真过程及后处理，采用数据监测、分析、判断方法，实现自动化的结构件局部过热风险评估，包括采用三维漏磁场仿真分析，根据内部结构建立变压器漏磁场三维有限元模型，对所分析的结构件内、外部区域，规范在结构件厚度和磁场入射方向的三维网格划分尺寸要求，计算结果根据结构件的材料特性，给出判断方法，并进行风险等级划分。通过上述分析方法，可以从仿真计算结果数据中，通过分析直接给出过热风险的评估等级，有利于采用计算结果数据形成自动化分析方法，提高变压器在额定和过负荷运行过热风险的快速评估和防范。

技术研发人员：王国彬,许晓林,雷龙武,王康,曾静岚,钟锐,施广宇,吴达,游浩,连鸿松,郑广达,苏洪晖,李康,李长元
受保护的技术使用者：国网福建省电力有限公司电力科学研究院
技术研发日：
技术公布日：2024/3/17