(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202211032410.5 (22)申请日 2022.08.26 (71)申请人 贵州电网有限责任公司 地址 550002 贵州省贵阳市南明区滨河路 17号 (72)发明人 刘君　吕黔苏　文屹　徐舒蓉　 李堃　高勇　张迅　陈沛龙　 毛先胤　曾华荣　曾鹏　欧阳泽宇　 李欣　朱石剑　牛唯　马晓红　 田承越　许逵　肖宁　吕乾勇　 罗剑　张鸷　赵超　黄军凯　范强　 何荣仆　邢懿　黄欢　张历　 李鑫卓　张俊杰　张义钊　张啟黎　 邹雕　孙航　殷蔚翎　(74)专利代理 机构 南京禹为知识产权代理事务 所(特殊普通 合伙) 32272 专利代理师 康伟 (51)Int.Cl. G06F 30/23(2020.01) G06F 30/10(2020.01) G06F 113/04(2020.01) G06F 119/08(2020.01) G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 一种在运变压器抗短路能力校核及热稳定 性仿真计算方法 (57)摘要 本发明公开了一种在运变压器抗短路能力 校核及热稳定性仿真计算方法包括： 力效应的累 积计算和热稳定性判断。 本发明提供的运变压器 抗短路能力校核及热稳定性仿真计算方法充分 考虑了在运变压器绕组遭受多次短路电流冲击 后的累积形变、 残余应力及热稳定性。 经过力效 应的累积计算和热稳定性的判断， 不但能够反映 变压器在实际入网运行后因累积效应导致的抗 短路能力差异， 还可为研究短路后绕组的热稳定 性提供参考。 解决了目前行业内缺乏具体计算及 累积效应的在运变压器抗短路能力工程校核及 热稳定性方法的问题， 方便工作人员在未停电操 作的情况下判断变压器的抗短路能力和耐热能 力， 该方法计算快速准确且具有很强的适应性。 权利要求书3页 说明书10页 附图5页 CN 115408908 A 2022.11.29 CN 115408908 A 1.一种在运变压器抗短路能力校核及热 稳定性仿真计算方法， 其特 征在于， 包括： 对变压器进行力效应的累计 计算， 实现基于累积效应的变压器绕组抗短路能力校核； 监测变压器油箱外 壳温度和外界环境温度， 将所述变压器油箱外 壳温度和外界环境温 度输入到 COMSOL中， 判断变压器的热 稳定性。 2.如权利要求1所述的一种在运变压器抗短路能力校核及热稳定性仿真计算方法， 其 特征在于： 对所述变压器进行力效应的累计计算， 实现基于累积效应的变压器绕组抗短路 能力校核包括， 先进行变压器遭受第i次短路冲击的计算再进行变压器遭受第i+1次短路冲击的计算； 其中， 所述 i＝1， 2， 3…n； 循环计算， 直到完成第n 次短路情况下变压器 绕组各种变形的机械应力计算， 从而实现 基于累积效应的变压器绕组抗短路能力校核。 3.如权利要求2所述的一种在运变压器抗短路能力校核及热稳定性仿真计算方法， 其 特征在于： 所述变压器遭受第i次短路冲击的计算包括， 获取待建模型在网运行变压器的相关参数， 建立绕组线饼的二维轴对称绕组线饼的二 维轴对称几何模型； 在磁场中设置变压器组件的电磁属性参数， 在结构力学场中设置变压器组件的力学属 性参数； 在磁场中添加第i次短路电流激励， 并设置磁场、 力学的边界条件， 然后利用COMSOL软 件中的洛伦兹耦合将所述磁场和结构力学场二场直接耦合； 仿真计算得到第 i次短路过程中的动态漏电磁场分布和轴向电磁力、 幅向电磁力密度， 以及绕组的动态形变量和应力最大值， 保存第i次短路电流冲击结束后的绕组残余形变和 残余应力结果， 若短路电流过程加载结束后， 仿真结果不存在残余形变和残余应力结果， 则 残余形变和残余应力记为 零； 计算第i次短路电流峰值时刻下变压器绕组的机械应力， 并与许用值进行比较并判断 是否达到短路电流冲击次数n。 4.如权利要求3所述的一种在运变压器抗短路能力校核及热稳定性仿真计算方法， 其 特征在于： 所述获取待建模型在 网运行变压器的相关参数， 建立绕组线饼的二维轴对称绕 组线饼的二维轴对称几何模型包括， 获取待建模型在网运行变压器的相关参数包括铁芯硅钢片、 铜绕组、 垫块、 油箱及变压 器油的结构参数、 绕组匝数和构建材 料参数； 收集前端传感器实时采集的变压器的电参数状态数据包括电压、 电流、 频率参数， 利用 故障录波装置获取在运变压器的短路电流波形， 并导入COMSOL多物理场有限元仿真软件 中。 5.如权利要求3所述的一种在运变压器抗短路能力校核及热稳定性仿真计算方法， 其 特征在于： 所述计算第i次短路电流峰值时刻下变压器绕组的机械应力， 并与许用值进行比 较并判断是否 达到短路电流冲击次数n包括， 若未达到短路电流冲击次数n， 则导入残余形变和残余应力， 修改绕组线饼的二维轴 对 称几何模型， 作为第i+1次短路冲击的初始模型； 若达到短路电流冲击次数n， 则校核变压器抗短路能力包括对比应力结果和应力许用权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 115408908 A 2值标准以及计算轴向、 幅向失稳临界力。 6.如权利要求2所述的一种在运变压器抗短路能力校核及热稳定性仿真计算方法， 其 特征在于： 所述变压器遭受第i+1次短路冲击的计算包括， 在原绕组线饼的二维轴对称几何模型基础上， 按照第i次短路电流冲击结束后的残余 形变， 更新绕组线饼的二维轴对称几何模型； 在磁场中添加第 i+1次短路电流激励， 在结构力学场中将第i次短路电流冲击结束后的 残余应力值设置为初始应力， 并设置磁场、 力学的边界条件； 仿真计算得到第 i+1次短路过程中的动态漏磁场分布和轴向电磁力、 幅向电磁力密度， 以及绕组的动态形变量和应力最大值， 并判断绕组是否发生了塑性形变， 考虑材料参数， 通 过力学的公式计算绕组弹性变形和塑性变形， 保存第i+1次短路电流冲击结束后的绕组残 余形变和残余应力结果； 当短路次数还未使铜绕组发生塑性形变时， COMS OL软件先计算铜处于线弹性变形阶段 的应力应变， 在短路电磁力作用下， 若绕组应力超过了铜材料的屈服应力， 表明硬化函数被 调用， 形变从弹性变形进入塑性变形阶段， 硬化准则提供了初始屈服准则的发展， 然后可以 确定累积变形； 计算第i+1次短路情况下变压器绕组各种变形的机械应力， 并与许用值进行比较并判 断是否达到短路电流冲击次数n。 7.如权利要求1所述的一种在运变压器抗短路能力校核及热稳定性仿真计算方法， 其 特征在于： 所述判断变压器的热 稳定性包括， 监测变压器油箱外壳温度和外 界环境温度， 在COMS OL中输入变压器组件的温度属性参 数； 其中所述温度属性参数为铁芯、 铜绕组、 油箱及变压器油及外界空气的密度、 导热系 数、 比热容和黏度参数； 建立温度场仿真； 建立流体场仿真； 实现温度 ‑流体场的耦合， 求 解出热点的温度值和位置； 将绕组最大温升与绕组最大允许温升对比， 判断变压器的热 稳定性。 8.如权利要求7所述的一种在运变压器抗短路能力校核及热稳定性仿真计算方法， 其 特征在于： 建立温度场仿真包括， 在所述温度场中将电磁场仿真计算得到的铁芯和绕组损耗设置为热源， 计算散热情况 实现电磁 ‑热间接耦合， 同时设置初始温度和散热 条件； 其中， 初始温度为在变压器短路以前监测到的外界环境温度； 将变压器油箱壁与空气之间的热交换设置为对流传热， 基于厂家给定的参数设定变压 器表面各部分的对流换 热系数； 油箱壁表面存在辐射散热， 设置变压器表面 黑度和黑体辐射常数。 9.如权利要求7所述的一种在运变压器抗短路能力校核及热稳定性仿真计算方法， 其 特征在于： 建立 流体场仿真包括， 在所述流体场中， 设置变压器油的初始速度为0m/s， 并设置变压器油的重力加速度； 在油箱入口设置速度边界条件， 在油箱出口设置自由出流边界条件， 忽略绕组区域油权　利　要　求　书 2/3 页 3 CN 115408908 A 3