[发明专利]用于换流变压器内部磁场分布的场路耦合数值计算方法

说明书

本发明涉及一种用于换流变压器内部磁场分布的场路耦合数值计算方法，属于电力系统领域。结合麦克斯韦方程组，在低频情况下建立换流变压器内部瞬态电磁场方程，通过加权离散得到与磁场强度与变压器材料有关的关联分布矩阵，此外简化换流变压器电路并进行参数计算，结合磁路与电路模型，建立一种基于场路耦合的换流变压器电磁分布分析模型，同时提出调压绕组结构对铁芯影响规律，研究方法与结果为模态分析的绕组铁芯松动程度判断方法提供理论基础。借助于COMSOL有限元分析软件，对±500kV换流变压器进行仿真计算，通过分析比较变压器工作状态下磁场分布规律，仿真结果证明本发明工作的有效性和正确性。

技术领域

本发明属于电力系统领域，涉及用于换流变压器内部磁场分布的场路耦合数值计算方法。

背景技术

换流变压器作为高压直流输电线路的关键设备之一，对电网运行安全起着至关重要的作用，单台单相双绕组换流变压器额定容量已超过400MVA。另外换流变压器运行时,不仅要承受直流偏磁作用，而且换变压器内部绕组结构不同和绕组负载电流的大小对换流变压器等造成的影响更不容忽视。因此，需要利用磁场分析软件对换流变压器漏磁场分布特性进行数值分析与研究,从而有效地控制换流变压器的漏磁场大小及分布特性。对换流变调压绕组作用下振动激励信号差异分布、指导换流变铁芯夹件与油箱屏蔽设制及研制大容量换流变压器具有非常重要的指导意义。

目前，许多对换流变压器漏磁场分布的研究理论尚不完善，其运行的方法对本发明的研究具有很好的参考价值，但都有局限性，主要存在于以下三个方面：1)变压器内部磁场分析研究大多针对传统电力变压器，关于新型换流变压器研究侧重于其交直流工作环境，较少对磁场分布及漏磁分析。2)现有换流变建模仿真主要采用绕组铁芯二维模型，分析其电场及绝缘性能，由于换流变压器内部结构复杂性及特殊性，需建立三维模型更真实反映内部磁场情况。3)现有方法对故障松动情况一般采用振动信号分析和泄露传感器测量等方法进行检测，同时现有方法较少研究调压绕组作用下换流变压器内部磁场及漏磁通差异化分布。

因此，本发明通过建立一种基于场路耦合的换流变压器电磁分布数值计算方法，分析计及调压绕组作用下换流变铁芯柱、铁轭及漏磁分布规律，形成内部磁场分布云图，同时对漏磁通横向与纵向分量进行分析，进而用于绕组电磁力分布及绕组松动情况监测，降低换流变故障风险，增加电网运行可靠性。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种用于换流变压器内部磁场分布的场路耦合数值计算方法。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

用于换流变压器内部磁场分布的场路耦合数值计算方法，该方法包括以下步骤：

(1)换流变压器电磁仿真模型的建立；

(2)铁轭电磁场分布分析；

(3)铁芯柱电磁场分布分析；

(4)建立空间漏磁通分布矢量图。

可选的，所述步骤(1)具体为：

利用COMSOL有限元仿真软件进行换流变电磁场分析；±500kV换流变压器仿真模型绕组参数按真实变压器结构参数设置；

COMSOL仿真绕组采用场路耦合方法加载线圈激励电流，在电路模块加载等效电路，在磁场模块加载线圈输入，建立仿真模型。

可选的，所述步骤(4)具体为：

当换流变压器负载运行时，绕组中流过负载电流，就会在绕组四周产生漏磁通，调压绕组存在时，漏磁通分布会出现差异化分布；

结合磁场等效磁路模型与从空间分布矢量图看出，绕组以纵向漏磁通为主，横向漏磁通分量很小，原因是调压绕组紧靠铁芯柱，漏磁通大多通过绕组端部进入油箱与外部空气域形成闭合回路，漏磁通在绕组端部时，漏磁会沿主磁通道及油箱连接处出现较密集分布。