第11卷第4期 2017年4月
南方电网技术
SOUTHERN POWER SYSTEM TECHNOLOGY
文章编号：1674-0629(2017)04-0045-07
DOI: 10. 13648/j. cnki. issn1674-0629. 2017. 04. 007
中图分类号：TM411
Vol. 11, No. 4
Apr.2017 文献标志码：A
外部故障下油浸式变压器内部流场建模与分析
饶章权，许鸿翔，杨贤，欧小波，林春耀，郝治国2
（1.广东电网有限责任公司电力科学研究院，广州510080；2.西安交通大学电气工程学院，西安710049）
摘要：分析了变压器外部短路电流冲去引起油流涌动的机理，在ANSYSWorkbench中建立了SFPZI1-120MVA/220kV 型强追油确环变压器的油箱辟时电磁场-力场-流场揭合仿其模型，从短路电流引起的变压器振动入于，利用有限元法，研究了外部故障对变压器内部油流场的影响，得到了外部故障下油流通动的分市情况。研究结果表明，外部短路电流的电动力效应造成的变压器内部油流涌动对瓦斯保护的冲击强双且退速，可能导致瓦斯保护的误动。所建模型及
仿真方法可以推广模报其他电压等级的油浸式变压器，为油箱内部油流涌动的分析提供依据。关键词：电力变压器；外部短路政障；统组振动；油流涌动；多场揭合
Modeling and Analysis of Oil Flow Distribution in Oil-Immersed Transformer
UnderExternalFault
RAO Zhangquan',XU Hongxiang,YANG Xian', OU Xiaobo',LIN Chunyao',HAO Zhiguo
( 1. Electric Power Research Institute of Guangdong Power Grid Co. , Ltd. , Guangzhou 510080, China
2. School of Electrical Engineering, Xi'an Jiaotong University, Xi'an 710049, China)
Abstract: The mechanism of the effects of extemal short circuit current on oil flow inside the transformer is analyzed, and a SFPZ11-120 MVA/220 kV transformer transient electromagnetic-force-flow field coupled model is built in ANSYS Workbench. The vibration of windings caused by short circuit current is studied, and the effect of external fault on transformer oil surge is simulated accurately by finite-element method, from which the distribution of oil flow under extermal faults can be achieved. The simulation results show that the transformer oil surge caused by external short circuit current has great effect to gas protection, which may cause gas protection mal-operation. The simulation models and methods can be generalized to oil transformers of other voltage level and can provide reference to analysis of transfomer oil surge.
Key words: power transformer; extemal short circuit fault; vibration of windings; oil surge; multi-field coupling
0引言
电力变压器在电能传输中起着枢纽作用，其故障会对电力系统的供电可靠性和运行稳定性带来严重影响。在当前电网中，使用最广泛的是油浸式变压器。瓦斯保护作为油浸式变压器的非电量主保护，动作于故障气体与绝缘油两相流流动速度，由变压器油泵启停、外部故障如绕组箱体振动、端子盒进水等原因导致的瓦斯继电器在变压器非内部故障情况下的重瓦斯误动事故时有发生“1
变压器油箱内外故障下的流速特征分析是瓦
斯保护改进与整定的基础，由于试验难度大，采用建模仿真分析成为研究故障特征的重要手段外部短路冲击下油浸式变压器内部的绕组振动与绝缘油间的流固耦合作用涉及电磁学、结构力学、
万方数据
流体力学等诸多学科2]，国内外学者在电磁场与力场、力场与流场耦合等方面开展了研究工作。在随时间变化的载荷（即绕组所受短路电动力）对绕组中线饼及垫块的作用方面，文献[3]将绕组与垫块等效为质量弹簧系统，计算了绕组的位移与应力；文献[4]通过质量弹簧系统完成了壳式变压器绕组轴向振动稳定性间题的研究，分析了垫块、铁心、压板对绕组稳定性的影响；文献[5]将绕组看作是一个具有分布质量单元的弹性机械系统，认为线饼是刚体，仅考虑绝缘垫块弹性模量，仿真分析了绕组的振动情况，并通过监测油箱的振动信号分析变压器内部的运行状态。此外，利用有限元法进行变压器电磁场分布及绕组稳定性的研究也越来越受到学界的关注[6-8]。但是现有的研究更多的是进行单一物理场的分析，