一种变压器绕组幅向弯曲安全系数计算方法和系统与流程 专利技术说明

计算;推算;计数设备的制造及其应用技术1.本发明涉及变压器技术领域，尤其涉及一种变压器绕组幅向弯曲安全系数计算方法和系统。背景技术：2.变压器是电力系统的重要组成成分，其健康水平和运行状况的好坏直接关系到电力系统运行的安全和稳定。变压器在突发短路故障时，绕组内流过很大的短路电流，从而使线圈受到很大的电动力，会导致变压器绕组的性能下降，尤其是位于内层的绕组，在短路电流作用下，因受到朝内的压力，需特别关注其绕组幅向弯曲的问题。在现有的计算短路作用下变压器绕组幅向弯曲安全系数的方法中，没有考虑绕组在绕制时的初始应变，得到的安全裕度偏大，难以准确对变压器绕组的幅向抗短路能力进行评估。技术实现要素：3.本发明提供了一种变压器绕组幅向弯曲安全系数计算方法和系统，用于解决现有的短路作用下变压器绕组幅向弯曲安全系数的计算方法计算得到的安全裕度偏大，难以准确对变压器绕组的幅向抗短路能力进行评估的技术问题。4.有鉴于此，本发明第一方面提供了一种变压器绕组幅向弯曲安全系数计算方法，包括：5.对变压器绕组施加短路故障，获取短路电流作用下变压器绕组导线受到的环形压力；6.根据短路电流作用下变压器绕组导线受到的环形压力，计算短路电流下的变压器绕组环形应力；7.根据短路电流下的变压器绕组环形应力，计算短路电流下的变压器绕组导线应变量；8.根据短路电流下的变压器绕组导线应变量和变压器绕组导线绕制时的初始应变量，计算变压器绕组导线总应变量；9.根据变压器绕组导线总应变量计算变压器绕组导线受到的总应力；10.根据变压器绕组导线受到的总应力和变压器绕组导线的临界翘曲应力，计算短路电流下变压器绕组幅向弯曲安全系数。11.可选地，短路电流下的变压器绕组环形应力的计算公式为：[0012][0013]其中，σ为短路电流下的变压器绕组环形应力，frad为短路电流作用下变压器绕组导线受到的环形压力，l为变压器绕组撑条之间的距离，h为变压器绕组导线的轴向高度，t为变压器绕组导线的幅向宽度。[0014]可选地，短路电流下的变压器绕组导线应变量的计算公式为：[0015][0016]其中，ε0、σ0、m为通过对变压器绕组导线开展应力-应变测试试验获得的常数，ε为短路电流下的变压器绕组导线应变量。[0017]可选地，变压器绕组导线总应变量的计算公式为：[0018]εtotal＝εw+ε[0019][0020]其中，εtotal为变压器绕组导线总应变量，εw为变压器绕组导线绕制时的初始应变量，ρ为单根变压器绕组导线绕制的平均半径，pq为变压器绕组导线绕制前的距离变压器绕组导线中心预置距离y的线段，p*q*为变压器绕组导线绕制后的与pq对应的线段，δθ*为变压器绕组导线绕制后的p*q*对应的圆心角。[0021]可选地，变压器绕组导线受到的总应力的计算公式为：[0022][0023]其中，σtotal为变压器绕组导线受到的总应力。[0024]可选地，变压器绕组导线的临界翘曲应力的计算公式为：[0025][0026]其中，σc为变压器绕组导线的临界翘曲应力，e0为变压器绕组导线材料应力-应变曲线原点处的斜率，γ、q为通过对变压器绕组导线开展应力-应变测试试验获得的常数，n为变压器绕组撑条根数，k为等效幅向宽度系数，d 为变压器绕组圆周等效直径。[0027]可选地，短路电流下变压器绕组幅向弯曲安全系数的计算公式为：[0028][0029]其中，sf为短路电流下变压器绕组幅向弯曲安全系数。[0030]本发明第二方面提供了一种变压器绕组幅向弯曲安全系数计算系统，包括：[0031]短路故障设置模块，用于对变压器绕组施加短路故障，获取短路电流作用下变压器绕组导线受到的环形压力；[0032]变压器绕组环形应力计算模块，用于根据短路电流作用下变压器绕组导线受到的环形压力，计算短路电流下的变压器绕组环形应力；[0033]变压器绕组导线应变量计算模块，用于根据短路电流下的变压器绕组环形应力，计算短路电流下的变压器绕组导线应变量；[0034]变压器绕组导线总应变量计算模块，用于根据短路电流下的变压器绕组导线应变量和变压器绕组导线绕制时的初始应变量，计算变压器绕组导线总应变量；[0035]变压器绕组导线总应力计算模块，用于根据变压器绕组导线总应变量计算变压器绕组导线受到的总应力；[0036]变压器绕组幅向弯曲安全系数计算模块，用于根据变压器绕组导线受到的总应力和变压器绕组导线的临界翘曲应力，计算短路电流下变压器绕组幅向弯曲安全系数。[0037]可选地，短路电流下的变压器绕组环形应力的计算公式为：[0038][0039]其中，σ为短路电流下的变压器绕组环形应力，frad为短路电流作用下变压器绕组导线受到的环形压力，l为变压器绕组撑条之间的距离，h为变压器绕组导线的轴向高度，t为变压器绕组导线的幅向宽度。[0040]可选地，短路电流下的变压器绕组导线应变量的计算公式为：[0041][0042]其中，ε0、σ0、m为通过对变压器绕组导线开展应力-应变测试试验获得的常数，ε为短路电流下的变压器绕组导线应变量。[0043]从以上技术方案可以看出，本发明提供的变压器绕组幅向弯曲安全系数计算方法和系统具有以下优点：[0044]本发明提供的变压器绕组幅向弯曲安全系数计算方法和系统，在短路电流作用下，计算变压器绕组导线总应变量的因素包括了短路电流下的变压器绕组导线应变量和变压器绕组导线绕制时的初始应变量，因而，在使用变压器绕组导线总应变量计算短路电流下变压器绕组幅向弯曲安全系数时，考虑到了变压器绕组导线绕制时的初始应变量，使得短路电流下变压器绕组幅向弯曲安全系数的安全裕度更加准确，提高了变压器绕组的幅向抗短路能力评估的准确性，解决了现有的短路作用下变压器绕组幅向弯曲安全系数的计算方法计算得到的安全裕度偏大，难以准确对变压器绕组的幅向抗短路能力进行评估的技术问题。附图说明[0045]为了更清楚的说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。[0046]图1为本发明中提供的一种变压器绕组幅向弯曲安全系数计算方法的流程示意图；[0047]图2为本发明中提供的变压器绕组导线绕制前的示意图；[0048]图3为本发明中提供的变压器绕组导线绕制后的形变示意图；[0049]图4为本发明中提供的一种变压器绕组幅向弯曲安全系数计算系统的结构示意图。具体实施方式[0050]为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。[0051]为了便于理解，请参阅图1，本发明中提供了一种变压器绕组幅向弯曲安全系数计算方法的实施例，包括：[0052]步骤101、对变压器绕组施加短路故障，获取短路电流作用下变压器绕组导线受到的环形压力。[0053]需要说明的是，本发明实施例中，首先需要对变压器绕组施加短路故障，使得变压器绕组发生短路电流，因而可获得短路电流作用下变压器绕组导线受到的环形压力frad。短路电流作用下变压器绕组导线受到的环形压力frad的计算为现有技术，在此不再进行赘述。[0054]步骤102、根据短路电流作用下变压器绕组导线受到的环形压力，计算短路电流下的变压器绕组环形应力。[0055]需要说明的是，在获得短路电流作用下变压器绕组导线受到的环形压力 frad之后，可以计算出短路电流下的变压器绕组环形应力σ。[0056]在一个实施例中，短路电流作用下，变压器绕组受向内的环形应力，对两根撑条之间的绕组段，其受到的环形应力的计算公式为：[0057][0058]其中，σ为短路电流下的变压器绕组环形应力，frad为短路电流作用下变压器绕组导线受到的环形压力，l为变压器绕组撑条之间的距离，h为变压器绕组导线的轴向高度，t为变压器绕组导线的幅向宽度。[0059]步骤103、根据短路电流下的变压器绕组环形应力，计算短路电流下的变压器绕组导线应变量。[0060]需要说明的是，变压器绕组的导线一般为铜导线，根据铜导线 ramberg-osgood模型，可以计算出短路电流下的变压器绕组导线受到的幅向方向上的应变量：[0061][0062]其中，ε0、σ0、m为通过对变压器绕组导线开展应力-应变测试试验获得的常数，ε为短路电流下的变压器绕组导线应变量。[0063]步骤104、根据短路电流下的变压器绕组导线应变量和变压器绕组导线绕制时的初始应变量，计算变压器绕组导线总应变量。[0064]需要说明的是，本发明实施例中，变压器绕组导线总应变量考虑变压器绕组导线绕制时的初始应变量的影响，因而变压器绕组导线总应变量为短路电流下的变压器绕组导线应变量和变压器绕组导线绕制时的初始应变量的叠加。即：[0065]εtotal＝εw+ε[0066]其中，εtotal为变压器绕组导线总应变量，εw为变压器绕组导线绕制时的初始应变量。[0067]图2为变压器绕组导线绕制前的示意图，图3为变压器绕组导线绕制后的形变示意图，其中，ab为导线中心线段，pq为距离变压器绕组导线中心 ab预置距离y的线段，p*q*为pq绕圆周中心c*绕制后的线段，a*b*为ab 绕圆周中心c*绕制后的线段，δθ*为变压器绕组导线绕制后的p*q*对应的圆心角，δx为pq的长度，δx*为的p*q*长度，ρ为单根变压器绕组导线绕制的平均半径。如图2和图3所示，导线沿圆周中心c*绕制后，pq减短为p*q*，而导线中心ab长度可认为绕制后保持不变，即ab＝pq＝a*b*。同时，绕制前后，ap＝bq＝y＝a*p*＝b*q*。因此，可计算出，导线绕制后，距离导线中心 ab任意距离y处的应变量εw为：[0068][0069]步骤105、根据变压器绕组导线总应变量计算变压器绕组导线受到的总应力。[0070]需要说明的是，将步骤104中的公式带入步骤103中的公式，即可计算相应的考虑绕组绕制过程与短路电流共同作用下的总应力，即：[0071][0072]其中，σtotal为变压器绕组导线受到的总应力。[0073]步骤106、根据变压器绕组导线受到的总应力和变压器绕组导线的临界翘曲应力，计算短路电流下变压器绕组幅向弯曲安全系数。[0074]需要说明的是，基于cigre的计算方法，两根撑条之间的绕组段发生翘曲时的临界应力可用过下式进行计算：[0075][0076]其中，σc为变压器绕组导线的临界翘曲应力，e(σ)为临界翘曲时的弹性模量，t为变压器绕组导线的幅向宽度，n为变压器绕组撑条根数，k为等效幅向宽度系数，d为变压器绕组圆周等效直径；[0077]根据经典固体力学中描述材料在其屈服点附近的应力-应变 ramberg-osgood模型，可获得铜导线弹性模量e(σ)为：[0078][0079]其中，e0为变压器绕组导线材料应力-应变曲线原点处的斜率，γ、σ0、q 为通过对变压器绕组导线开展应力-应变测试试验获得的常数。[0080]将铜导线弹性模量e(σ)的计算公式带入σc的计算公式，可得：[0081][0082]计算变压器绕组导线的临界翘曲应力与变压器绕组导线总应变量之比，即可获得考虑绕组绕制过程的、短路电流下变压器绕组幅向弯曲安全系数，即：[0083][0084]其中，sf为短路电流下变压器绕组幅向弯曲安全系数。[0085]本发明实施例提供的变压器绕组幅向弯曲安全系数计算方法，在短路电流作用下，计算变压器绕组导线总应变量的因素包括了短路电流下的变压器绕组导线应变量和变压器绕组导线绕制时的初始应变量，因而，在使用变压器绕组导线总应变量计算短路电流下变压器绕组幅向弯曲安全系数时，考虑到了变压器绕组导线绕制时的初始应变量，使得短路电流下变压器绕组幅向弯曲安全系数的安全裕度更加准确，提高了变压器绕组的幅向抗短路能力评估的准确性，解决了现有的短路作用下变压器绕组幅向弯曲安全系数的计算方法计算得到的安全裕度偏大，难以准确对变压器绕组的幅向抗短路能力进行评估的技术问题。[0086]为了便于理解，请参阅图4，本发明中提供了一种变压器绕组幅向弯曲安全系数计算系统的实施例，包括：[0087]短路故障设置模块，用于对变压器绕组施加短路故障，获取短路电流作用下变压器绕组导线受到的环形压力；[0088]变压器绕组环形应力计算模块，用于根据短路电流作用下变压器绕组导线受到的环形压力，计算短路电流下的变压器绕组环形应力；[0089]变压器绕组导线应变量计算模块，用于根据短路电流下的变压器绕组环形应力，计算短路电流下的变压器绕组导线应变量；[0090]变压器绕组导线总应变量计算模块，用于根据短路电流下的变压器绕组导线应变量和变压器绕组导线绕制时的初始应变量，计算变压器绕组导线总应变量；[0091]变压器绕组导线总应力计算模块，用于根据变压器绕组导线总应变量计算变压器绕组导线受到的总应力；[0092]变压器绕组幅向弯曲安全系数计算模块，用于根据变压器绕组导线受到的总应力和变压器绕组导线的临界翘曲应力，计算短路电流下变压器绕组幅向弯曲安全系数。[0093]短路电流下的变压器绕组环形应力的计算公式为：[0094][0095]其中，σ为短路电流下的变压器绕组环形应力，frad为短路电流作用下变压器绕组导线受到的环形压力，l为变压器绕组撑条之间的距离，h为变压器绕组导线的轴向高度，t为变压器绕组导线的幅向宽度。[0096]短路电流下的变压器绕组导线应变量的计算公式为：[0097][0098]其中，ε0、σ0、m为通过对变压器绕组导线开展应力-应变测试试验获得的常数，ε为短路电流下的变压器绕组导线应变量。[0099]变压器绕组导线总应变量的计算公式为：[0100]εtotal＝εw+ε[0101][0102]其中，εtotal为变压器绕组导线总应变量，εw为变压器绕组导线绕制时的初始应变量，ρ为单根变压器绕组导线绕制的平均半径，pq为变压器绕组导线绕制前的距离变压器绕组导线中心预置距离y的线段，p*q*为变压器绕组导线绕制后的与pq对应的线段，δθ*为变压器绕组导线绕制后的p*q*对应的圆心角。[0103]变压器绕组导线受到的总应力的计算公式为：[0104][0105]其中，σtotal为变压器绕组导线受到的总应力。[0106]变压器绕组导线的临界翘曲应力的计算公式为：[0107][0108]其中，σc为变压器绕组导线的临界翘曲应力，e0为变压器绕组导线材料应力-应变曲线原点处的斜率，γ、q为通过对变压器绕组导线开展应力-应变测试试验获得的常数，n为变压器绕组撑条根数，k为等效幅向宽度系数，d 为变压器绕组圆周等效直径，t为变压器绕组导线的幅向宽度。[0109]短路电流下变压器绕组幅向弯曲安全系数的计算公式为：[0110][0111]其中，sf为短路电流下变压器绕组幅向弯曲安全系数。[0112]本发明实施例提供的变压器绕组幅向弯曲安全系数计算系统，在短路电流作用下，计算变压器绕组导线总应变量的因素包括了短路电流下的变压器绕组导线应变量和变压器绕组导线绕制时的初始应变量，因而，在使用变压器绕组导线总应变量计算短路电流下变压器绕组幅向弯曲安全系数时，考虑到了变压器绕组导线绕制时的初始应变量，使得短路电流下变压器绕组幅向弯曲安全系数的安全裕度更加准确，提高了变压器绕组的幅向抗短路能力评估的准确性，解决了现有的短路作用下变压器绕组幅向弯曲安全系数的计算方法计算得到的安全裕度偏大，难以准确对变压器绕组的幅向抗短路能力进行评估的技术问题。[0113]本发明实施例提供的变压器绕组幅向弯曲安全系数计算系统用于执行前述变压器绕组幅向弯曲安全系数计算方法实施例中的变压器绕组幅向弯曲安全系数计算方法，其原理与前述变压器绕组幅向弯曲安全系数计算方法实施例中的变压器绕组幅向弯曲安全系数计算方法相同，在此不再进行赘述。[0114]以上所述，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。









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