|
1引言
電力變壓器作為電力系統(tǒng)的主要設(shè)備之一，其運(yùn)行的可靠性對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的安全至關(guān)重要。大型電力變壓器如發(fā)生短路損壞，將會(huì)導(dǎo)致大面積電網(wǎng)停電，其檢修期要在半年以上，其損失是巨大的習(xí)。為此，國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GBl094和國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)IEC76均對(duì)電力變壓器的承受短路能力作出了相應(yīng)規(guī)定，要求電力變壓器在運(yùn)行中應(yīng)能承受住各種短路事故閉。然而，據(jù)國(guó)家電網(wǎng)公司的統(tǒng)計(jì)分析，在1995—1999年間，全國(guó)110kV及以上電壓等級(jí)電力變壓器發(fā)生短路損壞事故125臺(tái)次，容量7 996MVA，占事故總?cè)萘康?7.5%，占變壓器總事故臺(tái)次的44.0%。由此可以看出，電力變壓器短路強(qiáng)度不夠已成為導(dǎo)致電力變壓器損壞事故的主要原因之一，是電力變壓器運(yùn)行中的一個(gè)突出問(wèn)題，其關(guān)鍵是變壓器短路時(shí)繞組電動(dòng)力、機(jī)械強(qiáng)度和穩(wěn)定性問(wèn)題。目前解決問(wèn)題的方法主要有兩種：
(1)直接對(duì)變壓器進(jìn)行短路電流沖擊試驗(yàn);
(2)以試驗(yàn)所證實(shí)的理論對(duì)變壓器進(jìn)行計(jì)算。
在真實(shí)變壓器上試驗(yàn)，是所有分析計(jì)算的基礎(chǔ)，也是技術(shù)發(fā)展的需要。然而，變壓器短路試驗(yàn)研究周期長(zhǎng)、費(fèi)用大，特別是超大型電力變壓器的短路試驗(yàn)在現(xiàn)有的條件下還很難完成。因此，應(yīng)用以試驗(yàn)為基礎(chǔ)的電磁場(chǎng)、電動(dòng)力和繞組強(qiáng)度等計(jì)算方法以及現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)，開(kāi)發(fā)大型電力變壓器短路強(qiáng)度計(jì)算軟件，并將其應(yīng)用于設(shè)計(jì)、分析、驗(yàn)證實(shí)際的變壓器是非常必要的。為此，本文以有限元方法、變壓器理論和試驗(yàn)得出的計(jì)算方法為基礎(chǔ)，以VB和Fortran語(yǔ)言為工具，開(kāi)發(fā)了大型電力變壓器繞組短路強(qiáng)度計(jì)算軟件。該軟件可以計(jì)算和分析變壓器各繞組電磁場(chǎng)、所有線(xiàn)段(餅)電磁力和應(yīng)力分布、各種分接時(shí)的繞組強(qiáng)度以及在軸向沖擊力作用下的線(xiàn)段(餅)位移和動(dòng)態(tài)力，并給出了強(qiáng)度判據(jù)。最后運(yùn)用該軟件對(duì)31500kVA電力變壓器進(jìn)行了繞組短路機(jī)械力計(jì)算。
2軟件的功能與框圖
本文中所述的電力變壓器繞組短路強(qiáng)度計(jì)算軟件的設(shè)計(jì)思想是：應(yīng)用Visual Basic語(yǔ)言設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)中文軟件界面，在用戶(hù)輸入必要的設(shè)計(jì)參數(shù)后，首先通過(guò)預(yù)處理程序?qū)⒐こ淘O(shè)計(jì)中的結(jié)構(gòu)和材料參數(shù)轉(zhuǎn)換為有限元電磁場(chǎng)計(jì)算和電動(dòng)力計(jì)算所需參數(shù);應(yīng)用現(xiàn)代數(shù)值計(jì)算方法，采用F0rtm語(yǔ)言編制核心程序計(jì)算變壓器的電磁場(chǎng)、線(xiàn)段(餅)電磁力、線(xiàn)段應(yīng)力和短路強(qiáng)度，并給出機(jī)械強(qiáng)度判據(jù)。通過(guò)軟件界面進(jìn)行短路強(qiáng)度計(jì)算結(jié)果后處理，自動(dòng)生成計(jì)算報(bào)告，并提供在線(xiàn)幫助。.該軟件工作于Windows操作系統(tǒng)平臺(tái)，適用于各電壓等級(jí)單相、三相電力變壓器繞組電磁場(chǎng)和短路強(qiáng)度計(jì)算與分析。單相繞組數(shù)不大于5個(gè)，繞組安匝分區(qū)小于12個(gè)，最多一次可計(jì)算6種短路工況(不同分接，不同繞組短路組合)。軟件采用了下拉菜單式中文界面，也可使用鼠標(biāo)快捷下拉式菜單。用戶(hù)輸入的參數(shù)均為產(chǎn)品設(shè)計(jì)計(jì)算單中相關(guān)數(shù)據(jù)，設(shè)計(jì)人員可方便使用。
軟件在功能上可以?xún)H僅根據(jù)用戶(hù)給出的一些主要技術(shù)參數(shù)，自動(dòng)地進(jìn)行變壓器繞組電磁場(chǎng)、各繞組中每個(gè)線(xiàn)段(餅)的輻向和軸向電磁力分布、各線(xiàn)段的應(yīng)力、動(dòng)態(tài)力和線(xiàn)段位移、繞組對(duì)上下緊固結(jié)構(gòu)件的作用力、各繞組在不變形情況下的最大載荷計(jì)算，并給出機(jī)械強(qiáng)度判據(jù)。還可進(jìn)行短路強(qiáng)度計(jì)算結(jié)果的數(shù)據(jù)表和曲線(xiàn)圖的顯示、變壓器電磁場(chǎng)分布的磁力線(xiàn)圖、計(jì)算場(chǎng)域的結(jié)構(gòu)示意圖和有限元網(wǎng)格的顯示等。軟件可按工程要求以文本格式輸出計(jì)算報(bào)告、提供在線(xiàn)使用幫助功能，并具有完整的軟件設(shè)計(jì)和使用文檔。用VB語(yǔ)言編寫(xiě)的軟件主要界面如圖l～圖4所示。軟件在結(jié)構(gòu)上采用了模塊化結(jié)構(gòu)。各功能模塊在窗口界面下采用動(dòng)態(tài)連接、自動(dòng)加載的方法實(shí)現(xiàn)其功能，并可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享和處理。主要分為以下模塊。
(1)技術(shù)參數(shù)輸入模塊首先輸入產(chǎn)品型號(hào)、圖號(hào)、用戶(hù)單位、計(jì)算日期等，然后根據(jù)菜單要求，輸入變壓器相關(guān)設(shè)計(jì)參數(shù)，如繞組內(nèi)徑、外徑、高度、導(dǎo)線(xiàn)規(guī)格、油道高度、線(xiàn)段數(shù)據(jù)、電流、短路阻抗等，其用于軟件的預(yù)處理。
(2)預(yù)處理模塊·將通過(guò)菜單輸入的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為核心程序所用參數(shù)，如磁場(chǎng)計(jì)算的有限元網(wǎng)格數(shù)據(jù)、繞組安匝分布等。
4實(shí)例計(jì)算
應(yīng)用上述軟件對(duì)SZll—31500/66變壓器最大分接、額定分接和最小分接方式下的繞組短路機(jī)械力進(jìn)行了計(jì)算，以下給出的為額定運(yùn)行方式計(jì)算結(jié)果(短路阻抗：9.31%)。變壓器基本參數(shù)如下：額定容量：3l500kVA電壓比：(66±8×1.25%)/10.5kV鐵心直徑：560mm聯(lián)結(jié)組別：YNdll繞組參數(shù)如表1所示。
5結(jié)論
本文中所述的大型電力變壓器繞組短路強(qiáng)度計(jì)算軟件，可以計(jì)算和分析變壓器各繞組電磁場(chǎng)、所有線(xiàn)段(餅)電磁力和應(yīng)力分布、各種分接時(shí)的繞組強(qiáng)度以及在軸向沖擊力作用下的線(xiàn)段(餅)位移和動(dòng)態(tài)力，并可給出強(qiáng)度判據(jù)。該軟件具有工程實(shí)用、使用方便的特點(diǎn)，并通過(guò)實(shí)例計(jì)算證明了軟件的有效性，可用于變壓器生產(chǎn)企業(yè)進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算和強(qiáng)度校驗(yàn)
|
