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大型变压器场路耦合三维瞬态涡流场和绕组短路强度的研究

作　者: 梁振光
导　师: 唐任远
学　校: 沈阳工业大学
专　业: 电机与电器
关键词: 电力变压器瞬态涡流场场路耦合法有限元法后处理绕组电磁力短路强度辐向稳定性轴向振动
分类号: TM401
类　型: 博士论文
年　份: 2001年
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内容摘要

本文结合“大型变压器三维瞬态涡流场和线圈短路强度的研究”课题和“变压器运行及事故工况仿真技术研究”课题,在总结有关文献的基础上,对大型变压器的瞬态涡流场和绕组短路强度问题进行了深入的研究,取得了一些具有理论意义与工程实际价值的成果,开发了工程实用的计算软件,为提高变压器绕组的抗短路能力提供了参考依据。全文主要包括三部分内容。第一部分对三维瞬态涡流场的场路耦合问题进行研究,考虑三相变压器绕组的不同联结方式及不对称负载,建立基于T-T₀-Ω法的变压器在运行及事故工况下的三维瞬态涡流场场路耦合模型。应用建立的模型对变压器在电网电压及电网络参数约束下的多种复杂事故工况进行计算、分析,研究变压器的短路电流变化和磁场分布规律,考虑螺旋绕组的结构特点,用近似方法计算其漏磁场。第二部分对变压器绕组的短路强度问题进行研究。计算变压器在突发短路情况下绕组的轴向振动,分析绕组磁中心不重合对磁场、绕组短路力及绕组轴向振动的影响;用大位移非线性理论计算变压器绕组的辐向稳定性,分析垫块数等因素对绕组稳定性的影响;用梁单元、杆单元建立螺旋绕组整体稳定性的力学模型,计算绕组整体的稳定性;建立变压器绕组动态强度的模型,并进行计算分析。根据分析结果,提出一些保证绕组短路强度的措施,为变压器绕组设计提供参考依据。第三部分对电磁场有限元后处理技术进行了研究,针对变压器电磁场有限元数值计算的特点,给出了变压器三维有限元网格的快速、高质量消隐显示方法。在上述研究的基础上,开发了基于Windows平台、具有良好的前后处理功能,可用于分析各电压等级、容量及多种结构的大型变压器在运行及事故工况下的三维瞬态涡流场和绕组短路强度的计算软件。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-10
第1章绪论  10-20
  1.1 课题的背景和意义  10-12
  1.2 国内外研究概况  12-18
    1.2.1 电磁场数值计算方法的研究  12-15
    1.2.2 电力变压器漏磁场的研究  15-16
    1.2.3 变压器绕组短路力和强度计算的研究  16-17
    1.2.4 电磁场有限元软件的后处理  17-18
  1.3 本文研究的主要内容  18-19
  1.4 研究的难点及技术路线  19-20
第2章变压器三维瞬态涡流场的T-T_0-Ω场路耦合模型  20-47
  2.1 基于T-T_0-Ω法的三维瞬态涡流场  21-27
    2.1.1 三维瞬态涡流场方程  21-22
    2.1.2 三维瞬态涡流场方程的有限元离散  22-27
  2.2 三维瞬态涡流场与电路的耦合  27-31
    2.2.1 绕组的电路方程  27-29
    2.2.2 三维瞬态涡流场的场路耦合  29-30
    2.2.3 场路耦合模型对时间的离散  30
    2.2.4 非线性方程组的解  30
    2.2.5 瞬态方程初值的确定  30-31
  2.3 基于T-T_0-Ω法的变压器三维场路耦合模型  31-40
    2.3.1 变压器的一次绕组  32-33
    2.3.2 变压器的二次绕组  33-36
    2.3.3 三相变压器的场路耦合模型  36-38
    2.3.4 变压器的短路事故工况  38-40
  2.4 变压器三维瞬态涡流场场路耦合计算软件及验证  40-46
    2.4.1 变压器三维瞬态涡流场场路耦合计算软件  40-43
    2.4.2 软件的验证  43-46
  2.5 小结  46-47
第3章大型变压器的突发短路事故的仿真计算  47-75
  3.1 几种变压器的结构和技术参数  47-51
  3.2 大型变压器突发短路过程的仿真计算  51-55
  3.3 变压器三维瞬态涡流场的计算分析  55-69
  3.4 变压器漏磁场、绕组短路力的计算分析  69-74
    3.4.1 绕组磁中心不重合时的磁场和绕组受力  69-70
    3.4.2 螺旋绕组磁场的近似计算  70-74
  3.5 小结  74-75
第4章变压器绕组的短路强度计算  75-100
  4.1 变压器突发短路时绕组短路电磁力的计算  75-76
  4.2 变压器绕组的轴向振动  76-83
    4.2.1 变压器绕组轴向振动的运动方程  76-78
    4.2.2 绝缘垫块的力学特性  78-79
    4.2.3 绕组轴向振动的计算  79-83
  4.3 变压器低压绕组的辐向稳定性  83-93
    4.3.1 变压器绕组辐向稳定性的大位移非线性模型  83-85
    4.3.2 变压器绕组静力稳定临界载荷的计算  85-91
    4.3.3 变压器低压绕组的整体稳定性计算  91-93
  4.4 变压器绕组的强度计算  93-99
    4.4.1 变压器绕组强度计算模型  93-95
    4.4.2 DFP1-240000/500型变压器高压绕组的强度计算  95-99
  4.5 小结  99-100
第5章变压器电磁场有限元软件的后处理和界面系统  100-112
  5.1 变压器电磁场有限元软件的后处理  100-105
    5.1.1 变压器三维有限元网格的快速显示  100-104
    5.1.2 有限元计算结果显示  104-105
  5.2 变压器电磁场计算软件的界面系统  105-111
    5.2.1 界面操作功能  105-107
    5.2.2 变压器电磁场软件中可视化环境的面向对象设计  107-111
  5.3 小结  111-112
第6章全文总结  112-114
致谢  114-115
攻读博士学位期间发表的论文  115-117
攻读博士学位期间参加的科研工作  117-118
参考文献  118-124

大型变压器场路耦合三维瞬态涡流场和绕组短路强度的研究

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