[发明专利]基于有限元综合考虑轴向和径向非均匀老化的变压器油纸绝缘仿真分析方法

说明书

本发明涉及电气设备故障诊断技术领域，具体公开了一种基于有限元综合考虑轴向和径向非均匀老化的变压器油纸绝缘仿真分析方法，包括：将变压器隔板在轴向上划分为多个不同老化状态的区域；制备不同老化状态的绝缘纸板样本，测试样本和绝缘油的FDS数据；构建考虑轴向非均匀老化的仿真模型；确定模型材料参数，构建用户自定义网格；仿真计算得到考虑轴向非均匀老化的仿真模型的FDS曲线；扩展出综合考虑轴向和径向不均匀老化的仿真模型；确定模型的材料参数，构建用户自定义网格，通过仿真计算得到仿真模型FDS曲线。本发明建立综合考虑轴向和径向非均匀老化的仿真模型，有助于发现变压器绝缘的潜在风险，对保证变压器的稳定工作具有积极的作用。

技术领域

本发明属于电气设备故障诊断技术领域，特别涉及一种基于有限元综合考虑轴向和径向非均匀老化的变压器油纸绝缘仿真分析方法。

背景技术

作为电网输变电系统的核心设备，油浸式电力变压器在长期的运行过程中，其绝缘材料在电、热、机械等应力作用及环境等因素影响下会逐渐劣化，影响油浸式变压器的正常运行。因此，准确有效地掌握设备老化/劣化趋势和程度对电力系统的安全稳定运行意义重大。

近年来，凭借抗干扰能力强、携带信息丰富等优点，频域介电谱法(frequencydomain spectroscopy，FDS)引起了业内的广泛关注，成为了油浸式电力变压器绝缘状态诊断的重要手段。采用FDS进行绝缘状态诊断时，目前多采用实验室模拟、现场实测和理论计算等相结合的方式，具体操作如下：首先，在实验室内制备不同绝缘状态的油纸绝缘试品，通过试品FDS测试积累理论数据；其次，对实际设备进行FDS现场实测，获得变压器整体绝缘状态定性评估结果；最后，通过变压器等效计算模型将实验室油纸绝缘试品参数与实际变压器结果进行相似性计算，获得设备实际状态的最佳数学逼近，从而实现变压器整体绝缘状态的无损定量评估。可见，在FDS现场应用过程中，变压器等效计算模型至关重要，目前使用较为普遍的计算模型仍是XY模型。近年来，已有学者将有限元方法引入变压器计算模型中，建立了变压器的XY模型与有限元模型，通过仿真研究了电场畸变因素对仿真准确度的影响，并指出相比于XY模型，FEM更能反映真实变压器的运行状况。传统的FEM模型假定变压器纸绝缘是均匀老化的。然而由于绕组内部起导油作用的油道隔板的影响，温度沿绕组轴向高度呈上升趋势，绕组局部温度会产生不均匀分布。从而造成轴向上的不均匀老化现象。因此，本发明首先考虑了变压器油纸绝缘轴向非均匀老化现象，建立了更为准确的FEM仿真模型，并在此基础上进行扩展，建立综合考虑轴向和径向非均匀老化的仿真模型，为基于FEM分析变压器油纸绝缘的轴向和径向非均匀老化对FDS曲线的影响提供了模型基础。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于有限元(FEM)综合考虑轴向和径向非均匀老化的变压器油纸绝缘仿真分析方法，为基于FEM分析变压器油纸绝缘的轴向和径向非均匀老化对FDS曲线的影响提供了模型基础。

为实现上述目的，本发明提供了一种基于有限元(FEM)综合考虑轴向和径向非均匀老化的变压器油纸绝缘仿真分析方法，包括以下步骤：

(1)针对变压器轴向非均匀老化现象，将变压器隔板在轴向上划分为多个不同老化状态的区域；

(2)在实验室制备不同老化状态的绝缘纸板样本，测得不同老化状态的绝缘纸板样本和绝缘油的FDS数据；

(3)将变压器隔板和撑条沿轴向划分为多个不同老化程度的区域，构建考虑轴向非均匀老化的仿真模型；

(4)根据步骤(2)得到的不同老化状态的绝缘纸板样本和绝缘油的FDS数据，确定考虑轴向非均匀老化的仿真模型参数，构建用户自定义网格；

(5)考虑轴向非均匀老化的仿真模型进行仿真计算，添加电流场下的频域进行仿真计算，运行仿真得到电流场计算结果；通过派生计算得到轴向非均匀老化状态仿真模型的导纳值，继而推导出油纸绝缘的介损值，拟合出FDS曲线；