三绕组电力变压器绕组短路力计算

摘要

大型电力变压器在短路过程中，绕组机械强度不足是造成各类短路事故的主要原因之一，因此准确计算绕组在短路过程中所受电动力大小，进而完善绕组结构的设计可有效的提高变压器的抗短路能力。
　　目前国内外对双绕组变压器的短路特性的研究居多，但在电力系统中常需要通过三绕组变压器将几种不同电压电压等级的输电线路联系起来，而对低-中-高-调结构的有载调压变压器，一般在高、低压绕组供电，中压绕组发生出口短路时系统总阻抗最小，短路电流最大。故本文以一台180MVA/220kV三绕组电力变压器为例，研究在高、低压绕组供电，中压绕组发生三相出口短路工况下各绕组的短路特性。以变压器短路实验原理为基础，求解出“低-中”、“低-高”、“中-高”运行方式下在三种不同分接时的短路阻抗值，进而求得各绕组等值短路阻抗。从磁势平衡原理出发，根据各绕组等值短路阻抗及各绕组侧线路阻抗，求得高、低压绕组在不同分接情况下的分流比，进而将本文所研究工况下的变压器漏磁场进行重新分配。采用“场-路耦合”法建立了“低-中”、“中-高”两个2D轴对称有限元求解模型，为与实际情况相符，在所求解的有限元模型中油道尺寸、线饼占空比等均给予考虑。根据所建立的有限元模型求解了各绕组的电流、电密、磁密以及电磁力分布。
　　变压器在振动过程中绕组动态力的变化特性及动态力的幅值大小，很大程度上取决于绕组轴向振动固有频率，用“质量-弹簧-阻尼”系统等效绕组在短路过程中的轴向振动，研究了轴向预应力对绕组轴向振动固有频率的影响。采用“质量-弹簧-阻尼”模型，并以最小分接时各线饼轴向短路电磁力为激励，研究变压器在短路过程中轴向预应力对线饼轴向振动位移的影响。以各绕组上端部线饼受到轴向短路力第一个峰值作用后，线饼位移幅值逐渐衰减为原则，确定各绕组轴向预应力大小，并求得了各绕组在相应轴向预应力作用下各线饼在短路过程中轴向振动位移、速度、加速度及线饼受力大小。
　　最后以各绕组中线饼受辐向、轴向力的大小为基础，对绕组的机械应力及稳定性进行校核。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 论文研究的背景及意义

1．2 国内外研究现状

1．3 本文主要研究内容

第2章 变压器绕组短路电磁力计算

2．1 引言

2．2 漏磁场分析

2．3 场-路耦合法

2．4 变压器“场-路耦合”模型建立

2．5 短路阻抗计算

2．6 绕组电流分配比计算

2．7 短路电流计算

2．8 瞬态漏磁场分析

2．8．1 辐向漏磁密计算结果

2．8．2 轴向漏磁密计算结果

2．9 短路电磁力计算

2．9．1 辐向短路电磁力计算结果

2．9．2 轴向短路电磁力计算结果

2．9．3 绕组电磁力频谱分析

2．10 本章小结

第3章 变压器绕组模态分析

3．1 引言

3．2 绕组轴向振动固有频率的计算

3．2．1 绕组轴向振动固有频率计算原理

3．2．2 结果分析

3．3 本章小结

第4章 变压器绕组轴向短路动态力计算

4．1 引言

4．2 计算原理

4．3 结果分析

4．3．1 绕组轴向振动预应力的确定

4．3．2 绕组动态特性分析

4．4 本章小结

第5章 变压器绕组短路机械强度校核

5．1 引言

5．2 绕组应力计算

5．2．1 内绕组导线应力计算

5．2．2 外绕组导线应力计算

5．2．3 结果分析

5．3 绕组稳定性计算

5．3．1 轴向失稳临界力计算

5．3．2 辐向失稳临界力计算

5．3．3 结果分析

5．3．4 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