[发明专利]变压器在直流偏磁暂态过程下短期允许运行时长计算方法

说明书

本发明属于变压器技术领域，公开了一种变压器在直流偏磁暂态过程下短期允许运行时长计算方法，通过构建变压器热磁耦合有限元模型，设置边界条件和激励电源模块；以将历史直流偏磁工况下负荷电流和直流偏磁电流暂态波形数据进行暂态差异分层校正，然后求解变压器内部油面的平均温度和绕组、铁芯的热点温度暂态波形、模型修正系数；构建历史实测油面平均温度对绕组和铁芯仿真热点温度的数据特征集响应关系；最后通过变压器热磁耦合有限元模型实现变压器在直流偏磁暂态过程下短期允许运行时长计算。本发明解决了变压器在直流偏磁暂态过程下短期允许运行时长的计算问题。

技术领域

本发明属于变压器仿真技术领域，具体涉及一种变压器在直流偏磁暂态过程下短期允许运行时长计算方法。

背景技术

当前，国内正大力建设特高压直流工程，以解决能源分布不平衡问题，当直流输电出现单极大地运行工况时，直流接地极附近电网中的运行变压器将面临直流偏磁的风险。电力变压器发生直流偏磁时会出现空载损耗、噪声、铁芯温升增加等问题，对变压器的安全稳定运行产生了十分不利的影响，进而可能对整个电力系统产生极大的危害。

现有技术主要仅对直流偏磁对变压器影响进行稳态评估，定性分析变压器能否耐受当前偏磁电流，未考虑负荷电流和直流偏磁电流的暂态效应。当偏磁电流超过变压器允许值时需要停电或降负荷处理时，现有技术无法计算变压器在直流偏磁暂态过程下短期允许运行时长，无法掌握和分析直流偏磁工况下变压器暂态状态掌握和分析。

发明内容

为了计算变压器在直流偏磁暂态过程下的短期允许运行时长，本发明提供了一种变压器在直流偏磁暂态过程下短期允许运行时长计算方法。

本发明采用的技术方案是：一种变压器在直流偏磁暂态过程下短期允许运行时长计算方法，步骤如下：

步骤一、构建变压器热磁耦合有限元模型，设置边界条件和激励电源模块；

步骤二、将历史直流偏磁工况下负荷电流和直流偏磁电流暂态波形数据进行暂态差异分层校正，校正后的电流通过激励电源模块注入变压器热磁耦合有限元模型，求解变压器内部油面的平均温度和绕组、铁芯的热点温度暂态波形；

步骤三、按变压器内部油面的平均温度实测值和仿真值差异求解模型修正系数；

步骤四、构建历史实测油面平均温度对绕组和铁芯仿真热点温度的数据特征集响应关系；

步骤五、获取变压器需要短期承受的负荷电流、直流偏磁电流，导入变压器热磁耦合有限元模型，按铁芯和绕组热点温度，计算变压器在直流偏磁暂态过程下短期允许运行时长。

步骤一中变压器热磁耦合有限元模型的边界条件包括：变压器内部的辐射换热系数和对流换热系数，变压器外部的长方体空气边界，边界温度按历史偏磁时刻环境温度曲线设置。

变压器外部的长方体空气边界的长、宽、高三个方向的长度表示为。

其中u，v，w分别表示变压器热磁耦合有限元模型中长、宽、高三个方向，l_{BRDR（u,v,w）}和l_{TR（u,v,w）}分别为边界和变压器热磁耦合有限元模型在长、宽、高三个方向的长度集合，P_r为变压器额定功率，t_air为直流偏磁阶段环境平均温度，k_air为环境温度下空气对应的对流散热系数。

步骤一所述激励电源模块使用暂态频域电流源，采用外接电路方式连接变压器热磁耦合有限元模型的三相绕组和中性点，连接绕组的电流源为暂态工频交流电流源，连接中性点的电流源为暂态直流电流源。