電力變壓器遭受多次短路衝擊後的累積效應研究

《電力變壓器遭受多次短路衝擊後的累積效應研究》是依託華中科技大學，由臧春艷擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：電力變壓器遭受多次短路衝擊後的累積效應研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：臧春艷
• 依託單位：華中科技大學

中文摘要

隨著我國電力工業的迅猛發展，變壓器的單台容量和輸電系統短路容量不斷增長。一旦系統發生短路事故，而短路電動力超過了變壓器繞組所能承受的力，就會產生繞組失穩變形，導致其絕緣損壞，嚴重的甚至將變壓器燒毀，造成重大電網事故和難以挽回的經濟損失。研究發現，變壓器因短路電動力造成的損壞，大部分並不是系統短路一兩次就能損壞的，歷次短路衝擊後繞組變形的累積是不可忽視的因素。本項目擬對變壓器遭受多次短路衝擊後的累積效應這一複雜問題開展研究，通過建立變壓器的多場耦合模型，對變壓器繞組機械強度薄弱處進行受力分析，並通過實驗室平台研究及現場驗證等方式，研究繞組材料、結構類型、短路時間等因素對累積效應所起的影響，獲知累積效應的機理，構建變壓器遭受單次及多次短路衝擊後的抗短路能力評估體系，從而填補變壓器抗短路能力及穩定性研究領域的理論空白，為變壓器的壽命預測、產品設計以及電網的安全運行提供重要技術支撐。

結題摘要

近年來，電力變壓器短路故障頻發，對電網安全運行造成了較嚴重的威脅，引起了電力科研人員的關注。在實際運行中人們發現，短路衝擊引起的電力變壓器損壞往往不是一次兩次短路造成的，而是多次短路衝擊累積的結果，對電力系統的安全運行造成嚴重經濟損失。研究變壓器短路衝擊累積效應的詳細機理，對提高變壓器抗短路能力有重要的參考價值，同時也對電力變壓器的檢修工作具有積極的指導意義，能夠更好地保障電力系統的安全經濟運行。 基於此，本項目首先分析了繞組受到短路衝擊力作用引起的各種故障模式，包括輻向力、軸向力及其互動作用，並且重點討論了輻向壓縮應力引起的繞組螺旋形變。隨後對電力變壓器短路衝擊累積效應的作用機理，從熱效應累積和力效應累積兩方面進行了討論。同時，考慮到不同變壓器生產廠家設計理念的差異，結合主流變壓器的主體結構，從繞組、變壓器油、其他結構件等熱反應和受力角度出發，得出了短路衝擊力效應累積是短路衝擊累積效應的主要形式的結論。 基於COMSOL有限元分析軟體，本項目建立了多種短路情況下，變壓器短路衝擊累積電場-磁場-結構場多物理場耦合模型（二維和三維），並仿真分析了各種短路時繞組最大形變數與短路衝擊次數的關係。根據仿真結果得出，發生單一短路故障時，低壓對稱短路情況下，變壓器繞組最容易出現位移突變關鍵點，兩相對地短路情況下最不易出現位移突變關鍵點。同時，項目還對比分析了二維和三維仿真模型各自的優缺點，以供研究者借鑑。 隨後，本項目分別建立變壓器撐條仿真模型及墊塊仿真模型，通過三維建模分析，對不同數量下的撐條、墊塊對變壓器繞組受力造成的影響進行了分析，總結歸納了撐條、墊塊數量變化對繞組受力的影響；並且在此基礎上分析研究了繞組、撐條、墊塊的材料參數對繞組受力可能產生的影響。結合實際變壓器結構參數和大型變壓器短路衝擊真型試驗的結果，基於Ansys Workbench平台和Maxwell模組，對變壓器繞組在幾種較嚴重短路故障衝擊下的瞬態受力進行了計算和分析。 最後，本項目開發了基於本項目主要研究成果的變壓器抗短路能力校核平台，以及融合了變壓器抗短路能力評估的其他變壓器套用軟體，實現了研究成果的部分轉化。