变压器绕组轴向短路力与稳定性研究

摘要

变压器作为电力系统输配电线路主要的一次设备，担负着电能传输与电压等级变换的重任，其重要性不言而喻。在我国，近几年特高压直流输电工程发展势头持续迅猛。在直流输电系统中，换流变压器更是不可或缺的核心电气设备，负责实现输送电功率、变换电压等级以及隔离交直流系统等功能，因此开展换流变压器的研究具有重大意义。同时，随着我国大电网特高压直流输电工程进一步的深入发展，对换流变压器的可靠性运行要求越来越高，其轴向振动稳定性计算的准确性开始备受国内外专家和学者的关注，关于换流变压绕组的稳定性研究业已成为电力行业需要迫切研究的课题之一。
　　本研究针对一台405MVA/530kV换流变压器，运用MagNet仿真软件，建立最小分接短路工况下计及局部不平衡安匝和油箱壁等的三维对称有限元模型，并且通过短路阻抗的仿真结果验证了谐波分析法和模型的准确性，求出变压器内部漏磁场和绕组所受轴向短路电动力的大小和分布。利用ANSYS软件建立“弹簧-质量-阻尼”模型进行模态分析。通过计算不同轴向预紧力作用下的固有频率，确定出换流变压器网侧绕组轴向预紧力为5MPa。在该预紧力作用下，分别通过FBG传感仿真系统和ANSYS自带求解器来计算不同线饼、不同时刻的振动位移。继而又阐述了多载荷施加点、多自由度的变化振动系统中，线饼单元所受到惯性力和弹性力的作用规律，讨论了网侧绕组上惯性力和弹性力的分布情况，以及这两种力对于轴向振动稳定性的影响。最后运用傅里叶变换的方法对弹性力进行频谱分析，求得了网侧绕组在振动过程中振动形式和能量的分布情况，并验证稳定性。求得换流变压器漏磁场和短路电动力的大小及分布情况后，以期为分析绕组轴向振动稳定性提供可靠依据，研究复杂振动系统中各种动态力的变化情况，能够为以后分析和研究换流变压器的动态稳定性提供一些参考。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 课题的研究背景及意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 变压器漏磁场的国内外研究现状

1．2．2 变压器短路电动力的国内外研究现状

1．3 本文主要研究内容

第2章 变压器漏磁场与短路电动力的计算分析

2．1 “场-路耦合”模型计算基本理论

2．2 变压器三维模型建立

2．2．1 变压器的基本参数

2．2．2 基本假定

2．2．3 模型建立

2．2．4 模型验证

2．3 短路电流计算

2．4 三维漏磁场计算

2．4．1 绕组平均磁密计算

2．5 短路电动力的计算

2．5．1 绕组线饼轴向短路电动力的计算

2．5．2 短路电动力的频谱分析

2．6 本章小结

第3章 变压器绕组轴向振动稳定性评估

3．1 绕组模态分析

3．1．1 单线饼模态分析及质量弹簧模型

3．1．2 不同预紧力下网侧绕组固有频率的计算结果及分析

3．2 基于LabView的FBG应变传感系统仿真

3．3 绕组轴向振动系统的分析计算

3．3．1 动态振动的计算原理

3．3．2 振动系统的计算结果与分析

3．4 本草小结

第4章 变压器绕组机械强度校核计算

4．1 绕组导线机械应力的校核

4．1．1 内绕组导线应力校核计算

4．1．2 外绕组导线应力校核计算

4．1．3 结果分析

4．2 绕组稳定性校核

4．2．1 辐向失稳校核计算

4．2．2 轴向失稳校核计算

4．3 本章小结

结论

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文

致谢