[发明专利]一种片间短路下变压器卷铁心涡流损耗的计算方法

摘要

本发明公开了一种片间短路下变压器卷铁心涡流损耗的计算方法。通过计算不同卷绕层级的卷铁心截面积和硅钢带的卷绕长度，获得其不同卷绕层级的磁阻表达式；然后根据安培环路定律，计算不同卷绕层级的边界磁通密度；根据正常情况与片间短路时边界磁通密度的分布差异，计算得正常情况与片间短路时不同卷绕层级单位体积涡流损耗的表达公式；最后根据正常情况与片间短路的涡流损耗，考虑卷铁心总体积计算卷铁心整体单位体积涡流损耗的计算公式。该计算公式可用于卷铁心变压器正常情况与故障情况时涡流损耗计算，并可与实测涡流损耗对比，分析是否发生片间短路故障。

主权项

1.一种片间短路下变压器卷铁心涡流损耗的计算方法，其特征在于，所述卷铁心的截面为近似圆形，材质为高导磁冷轧取向硅钢片，具体步骤如下：1)计算不同卷绕层级的卷铁心截面积S_i和硅钢带的卷绕长度l_i：S_i＝2m_iT   (1)l_i＝π(D+2iT)+2(L+h)‑πT   (2)式(1)和(2)中，i为不同卷绕层级,i∈{1,2,3,…,n,n+1,n+2,…,2n}，T为硅钢片厚度，D为圆角直径，h为心柱长度，L为铁轭长度，2m_i为卷铁心不同卷绕层级的截面宽度，它满足：式(3)中，R为卷铁心外截面半径，2n为硅钢带卷绕的总层级数，它满足：其中为向上取整的运算；2)计算不同卷绕层级的磁阻R_i和不同卷绕层级的边界磁通密度B_i：式(4)和(5)中，μ为卷铁心材质的磁导率，B_a为整个卷铁心磁通密度的平均值，F为不同卷绕层级卷铁心磁路的磁动势，根据磁路的欧姆定律及磁通量的物理定义，F应满足式(6)中，Φ_i为不同层级磁通量，根据安培环路定律，F还应满足：式(7)中，N为励磁绕组匝数，I为励磁电流，l为卷铁心截面的几何中心所在磁路的长度，它们满足：l＝2(L+h)+π(D+2nT)B_a＝U_1ms/(4.44fNS)   (8)式(8)中，U_1ms为变压器绕组一次侧电压有效值，f为励磁频率，S为整个卷铁心的截面积；3)计算正常情况下卷铁心不同卷绕层级单位体积涡流损耗P_i：根据步骤2)对不同卷绕层级的边界磁通密度的计算结果，改进工频下单级硅钢片的涡流损耗计算公式中的磁通密度参数，得到考虑磁通不均匀分布的卷铁心不同卷绕层级单位体积涡流损耗的计算公式式(9)中，σ为卷铁心材质的电导率；4)计算片间短路下卷铁心不同卷绕层级单位体积涡流损耗P_e：根据步骤3)正常情况下不同卷绕层级单位体积涡流损耗，考虑片间短路的片数改进片间短路下的边界磁通密度参数，得式(10)中，k为发生片间短路的第一级，p为片间短路片数，且满足k+p‑1≤2n，B_j为片间短路下不同卷绕层级的边界磁通密度，j为发生片间短路的卷绕层级且j∈[k,k+p‑1]；5)计算整个卷铁心的涡流损耗计算公式根据步骤3)和步骤4)得到的正常情况与片间短路时不同卷绕层级涡流损耗计算值求和再比上铁心总体积，得整个卷铁心的单位体积涡流损耗P_all公式：式(11)中，S_i和l_i表示不同卷绕层级的截面积与卷绕长度，P_i表示不同卷绕层级单位体积涡流损耗，P_e表示片间短路下卷铁心不同卷绕层级单位体积涡流损耗，l为卷铁心截面的几何中心所在磁路的长度，B_a为整个卷铁心磁通密度的平均值。