[发明专利]基于有限元仿真与现场试验的变压器结构性故障诊断方法

权利要求书

1.一种基于有限元仿真与现场试验的变压器结构性故障诊断 方法，其特征在于包括如下步骤：

步骤一、在有限元仿真软件中建立变压器有限元模型；

步骤二、在变压器有限元模型中对不同结构性故障进行模拟；

步骤三、在步骤二设置的不同类型及程度结构性故障模型中，求 解其主要电气参数，建立“结构性故障-电气参数”之间的关系；

步骤四、根据变压器有限元模型求解得到的电气参数，建立电路 模型仿真对应的现场试验结果，通过仿真电路模型求解不同电气参数 下变压器的频率响应曲线及短路阻抗，建立“电气参数-试验结果” 对应关系；

步骤五、以电气参数为中间变量，建立试验结果与结构性故障的 对应关系：通过有限元模型对不同类型及程度结构性故障进行模拟， 求解其电气参数变化，进而建立不同的电路模型，通过仿真电路模型 求解不同电气参数下变压器的频率响应曲线及短路阻抗，建立“结构 性故障-电气参数-试验结果”的对应关系。

2.如权利要求1所述的基于有限元仿真与现场试验的变压器结 构性故障诊断方法，其特征在于步骤一中建立变压器有限元模型时考 虑主要支撑件的材料特性。

3.如权利要求1所述的基于有限元仿真与现场试验的变压器结 构性故障诊断方法，其特征在于步骤二中通过改变变压器有限元模型 中各部件的结构、相对位置、连接方式对变压器常见结构性故障进行 模拟。

4.如权利要求1所述的基于有限元仿真与现场试验的变压器结 构性故障诊断方法，其特征在于所述结构性故障包括径向形变、轴向 位移、匝间短路、饼间短路、不良接地。

5.如权利要求1所述的基于有限元仿真与现场试验的变压器结 构性故障诊断方法，其特征在于:求解变压器电气参数主要是对其电 容矩阵及电感矩阵进行，所述有限元模型中变压器的n个线饼间电容 构成变压器的n阶电容矩阵，其中：C_ij为第i个线饼与第j个线饼之 间的耦合电容；C_ii为第i个线饼的自电容，其主要包括线饼的对地电 容及与其他线饼的耦合电容之和，两个线饼间的耦合电容通过以下公 式获得：

Cij=2WijV2=12∫ΩDi×EjdΩ]]>

式中，W_ij为电场储存能量，D_i第i线饼对应的电位移密度，E_j为第j线饼的电场强度；

当外部电流仅通过第i个线饼时，其自电感L_ii及电阻R_ii可被描 述为以下向量形式：

Ui^=Ii^(Rii+jωLii)]]>

式中，ω为角频率，为感应电压，上式的虚部仅与第i个线饼 的自电感相关联，因此求出其自电感：

Lii=1ωIm(Ui^Ii^)]]>

同理，第i个线饼与第j个线饼间的耦合电感通过下式获得：

Mij=1ωIm(Ui^Ii^).]]>

6.如权利要求1所述的基于有限元仿真与现场试验的变压器结 构性故障诊断方法，其特征在于步骤四中的电路模型包括集中参数模 型、“场-路”耦合模型，集中参数模型用于仿真频率响应曲线，场- 路耦合模型用于仿真短路阻抗。