基于ANSYS的电力变压器漏感参数计算

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1、基于ANSYS的电力变压器漏感参数计算及其在绕组变形中的应用研究李朋1，张保会1，郝治国1，褚云龙2（1．西安交通大学电气学院，陕西西安7100492.西北电网有限公司，陕西西安）摘要：介绍大型有限元软件ANSYS在电力变压器电磁分计算结果比较表明仿真计算原理的实用性。同时提析与参数计算中的应用；针对电力变压器运行过程中发生绕出建立变压器铁心绕组模型，通过改变绕组几何尺组变形将会导致绕组漏感参数发生变化的基本特征，本文提寸模拟绕组变形，为变压器绕组变形在线监测的研出利用有限元软件ANSYS对电力变压器铁

2、心和绕组进行建究提供一定的理论参考。模，仿真计算变压器漏电感参数；同时通过改变绕组的基本1基于ANSYS软件的电力变压器电磁分析几何尺寸模拟绕组变形，为电力变压器绕组变形在线监测的与漏电感参数计算原理变型判据研究提供一定的理论基础。1.1电力变压器场路耦合有限元分析方法关键词：电力变压器；绕组变形；ANSYS；漏电感变压器的原副边线圈均为载压线圈，即输入端为电压源。在ANSYS中将输入、输出等效为集中0引言参数，线圈区域按有限元剖分离散化求解，这一方[4]电力变压器是电力系统最重要也是最昂贵的法可以称为

3、场路耦合有限元法，如图1所示。场电气设备之一,在运行过程中,其核心部件——绕路耦合法的优点是在已知输入电压的条件下，可以组不可避免地要遭受各种故障短路电流引起的大一次求解线圈区域的磁场分布和流过线圈的电流，电磁力的冲击，可能使绕组局部或整体发生变形,同时还可以求得负载端电压和电流。从而使得变压器无法正常运行，因绕组变形导致的[1]变压器事故率尤为突出。电力变压器绕组变形是指在电动力和机械力RR21的作用下，绕组的尺寸和形状发生不可逆的变化；变形发生后，有的立即发生损坏事故，有的则可以ZUL1继续运行，运

4、行时间的长短取决于变形的严重程LL12度；一旦变压器绕组发生严重变形而未被及时发现，很有可能导致事故的发生，对变压器本体及电M12网安全的危害很大。因此，为了预知变压器健康隐患、实现故障的早期预防、延长变压器使用寿命，图1变压器的场路耦合模型研究绕组变形程度及其特征描述就具有重要意义。在ANSYS建模过程中，有限元求解区域的自近年来，国内外提出并应用于现场的绕组变形由度选取比较严格，线圈区域选择动态矢量磁位A诊断方法对于绕组变形程度的描述尚未量化。由于和电流i为自由度，而非导体区域仅选择动态矢量变压器短

5、路阻抗及阻抗中的电感分量与绕组几何磁位A为自由度。由于原边考虑为载压线圈，副边尺寸及相对位置有关，通过在线检测变压器短路电是通过电磁感应得到输出电压，因此必须增加原边抗变化来分析绕组健康状况的技术正逐渐得到重[2-3]的电流i1、副边的电流i2、副边的感应电动势e2为视。本文介绍了大型有限元软件ANSYS在变压器电磁特性分析及漏电感参数计算中的应用，以一台自由度；另外，副边是通过端部与负载相连接，所实际的单相变压器为例，进行了漏磁场分析，计算以需要增加端电压u为自由度。在轴对称圆柱坐标2了变压器的重要

6、参数短路漏电感，与普通磁路方法基金项目：国家自然科学基金资助项目（50577050）系下，矢量磁位AAα的二维涡流场方程为：11rA1rA同时刻的自由度，即原边电流i1(t)、磁位A1(t)，rrrzrz副边电流i(t)、磁位A(t)、感应电动势e(t)和A222J（1）st端电压u(t)。而本文关心的是求解矢量磁位A，21(rA):rA0:012用于后续的变压器电感参数计算。rn1.

7、2ANSYS软件中变压器电感参数计算原理式中，指模型的左边界，指模型的其它边界。电感是变压器绕组线圈的重要参数。对于单线12变压器原、副边区的电路方程为：圈系统，磁场能量W与电感量L的关系可用式（4）mdi1ut()iRLe表示，其中I为通过线圈电流的有效值。11111dt（2）2di2L2WmI（4）ut()e(iRL)22222dt对于由线性磁性介质组成的场域，各部分的磁d其中，e1N1A1dl1为原边感应电动势，场能量Wm可表示为：dtdeNAdl为副边的感应电

8、动势，N、11222221WBHdV＝BdV（5）dtm22VVN为原副边的匝数，i、i为原副边的电流，212式中，B为介质内的磁感应强度，通过有限元法可R、R为原副边等效漏电阻，L、L为原副以求得；为介质的磁导率；V为介质区域体积。1212边等效漏电感。对于二维轴对称场，V为旋转体，所以，式（5）可联立上述方程，即可以对二维轴对称时变压器进行如下简化：的漏磁场进行计算。这是一个典型的“磁场-电路”12WB2πrd