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大型电力变压器绕组辐向稳定性分析

吴明君  
【摘要】:大型电力变压器在发生外部短路故障时,内绕组辐向失稳是造成变压器损坏的主要原因之一,因此研究大型电力变压器内绕组辐向稳定性有助于设计者校核大型电力变压器在承受外部短路力时的抗短路冲击能力。 本文以一台220kV/180MVA三绕组变压器为例,在中压绕组出口处发生三相对称短路时,采用“场-路耦合”的方法建立模型,求解变压器的最大短路电流、漏磁场、电密分布、平均磁密,进而求出沿变压器轴向每匝线饼的短路电磁力,并取所有线饼中最大的辐向力作为后续研究变压器辐向稳定性的基础。 大型电力变压器辐向动态稳定性的分析主要取决于模型的建立,因此本文首先按早期学者的观点建立三种“单跨度”模型,并求解出每种模型的临界载荷屈曲值,以此为依据得出弹支模型比固支和铰支模型更贴近于实际运行状态的结论。其次,提出建立“多跨度”弹支模型,并结合实际运行情况对模型进行简化、假设并核算,所得到的临界载荷表明,在校核大型电力变压器辐向失稳时采用“多跨度”模型更安全可靠。对于大型电力变压器辐向失稳的计算方法上,本文先从线性特征值的方法出发,求出变压器绕组辐向临界屈曲载荷值,再考虑其几何非线性对其影响,采用大变形非线性的方法进行对比分析,结果表明此种计算方法更精确。 大型电力变压器辐向失稳的原因有多种,变压器绕组存在几何初始缺陷是其形成辐向绕组失稳的主要原因之一。本文通过将变压器撑条的不同支撑情况模拟为不同弹性系数的方法对变压器绕组微扁圆、撑条分布不均匀、撑条支撑失效等工况进行分析,并以各模型计算所得的安全系数来衡量各种几何缺陷对变压器绕组辐向稳定性带来的影响。 由于大型电力变压器相邻撑条之间的距离较小,因此绕组跳跃失稳的研究对绕组稳定性的影响较大。本文以扁拱平面内屈曲为理论结合变压器实际结构,得出变压器绕组跳跃失稳与绕组挠度、支座跨度和外加载荷之间的关系。


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