電力變壓器遭受多次短路沖擊后的累積效應(yīng)研究

近年來，電力變壓器短路故障頻發(fā)，對(duì)電網(wǎng)安全運(yùn)行造成了較嚴(yán)重的威脅，引起了電力科研人員的關(guān)注。在實(shí)際運(yùn)行中人們發(fā)現(xiàn)，短路沖擊引起的電力變壓器損壞往往不是一次兩次短路造成的，而是多次短路沖擊累積的結(jié)果，對(duì)電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行造成嚴(yán)重經(jīng)濟(jì)損失。研究變壓器短路沖擊累積效應(yīng)的詳細(xì)機(jī)理，對(duì)提高變壓器抗短路能力有重要的參考價(jià)值，同時(shí)也對(duì)電力變壓器的檢修工作具有積極的指導(dǎo)意義，能夠更好地保障電力系統(tǒng)的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。 基于此，本項(xiàng)目首先分析了繞組受到短路沖擊力作用引起的各種故障模式，包括輻向力、軸向力及其交互作用，并且重點(diǎn)討論了輻向壓縮應(yīng)力引起的繞組螺旋形變。隨后對(duì)電力變壓器短路沖擊累積效應(yīng)的作用機(jī)理，從熱效應(yīng)累積和力效應(yīng)累積兩方面進(jìn)行了討論。同時(shí)，考慮到不同變壓器生產(chǎn)廠家設(shè)計(jì)理念的差異，結(jié)合主流變壓器的主體結(jié)構(gòu)，從繞組、變壓器油、其他結(jié)構(gòu)件等熱反應(yīng)和受力角度出發(fā)，得出了短路沖擊力效應(yīng)累積是短路沖擊累積效應(yīng)的主要形式的結(jié)論。 基于COMSOL有限元分析軟件，本項(xiàng)目建立了多種短路情況下，變壓器短路沖擊累積電場(chǎng)-磁場(chǎng)-結(jié)構(gòu)場(chǎng)多物理場(chǎng)耦合模型（二維和三維），并仿真分析了各種短路時(shí)繞組最大形變量與短路沖擊次數(shù)的關(guān)系。根據(jù)仿真結(jié)果得出，發(fā)生單一短路故障時(shí)，低壓對(duì)稱短路情況下，變壓器繞組最容易出現(xiàn)位移突變關(guān)鍵點(diǎn)，兩相對(duì)地短路情況下最不易出現(xiàn)位移突變關(guān)鍵點(diǎn)。同時(shí)，項(xiàng)目還對(duì)比分析了二維和三維仿真模型各自的優(yōu)缺點(diǎn)，以供研究者借鑒。 隨后，本項(xiàng)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(duì)不同數(shù)量下的撐條、墊塊對(duì)變壓器繞組受力造成的影響進(jìn)行了分析，總結(jié)歸納了撐條、墊塊數(shù)量變化對(duì)繞組受力的影響；并且在此基礎(chǔ)上分析研究了繞組、撐條、墊塊的材料參數(shù)對(duì)繞組受力可能產(chǎn)生的影響。結(jié)合實(shí)際變壓器結(jié)構(gòu)參數(shù)和大型變壓器短路沖擊真型試驗(yàn)的結(jié)果，基于Ansys Workbench平臺(tái)和Maxwell模塊，對(duì)變壓器繞組在幾種較嚴(yán)重短路故障沖擊下的瞬態(tài)受力進(jìn)行了計(jì)算和分析。 最后，本項(xiàng)目開發(fā)了基于本項(xiàng)目主要研究成果的變壓器抗短路能力校核平臺(tái)，以及融合了變壓器抗短路能力評(píng)估的其他變壓器應(yīng)用軟件，實(shí)現(xiàn)了研究成果的部分轉(zhuǎn)化。

隨著我國(guó)電力工業(yè)的迅猛發(fā)展，變壓器的單臺(tái)容量和輸電系統(tǒng)短路容量不斷增長(zhǎng)。一旦系統(tǒng)發(fā)生短路事故，而短路電動(dòng)力超過了變壓器繞組所能承受的力，就會(huì)產(chǎn)生繞組失穩(wěn)變形，導(dǎo)致其絕緣損壞，嚴(yán)重的甚至將變壓器燒毀，造成重大電網(wǎng)事故和難以挽回的經(jīng)濟(jì)損失。研究發(fā)現(xiàn)，變壓器因短路電動(dòng)力造成的損壞，大部分并不是系統(tǒng)短路一兩次就能損壞的，歷次短路沖擊后繞組變形的累積是不可忽視的因素。本項(xiàng)目擬對(duì)變壓器遭受多次短路沖擊后的累積效應(yīng)這一復(fù)雜問題開展研究，通過建立變壓器的多場(chǎng)耦合模型，對(duì)變壓器繞組機(jī)械強(qiáng)度薄弱處進(jìn)行受力分析，并通過實(shí)驗(yàn)室平臺(tái)研究及現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)證等方式，研究繞組材料、結(jié)構(gòu)類型、短路時(shí)間等因素對(duì)累積效應(yīng)所起的影響，獲知累積效應(yīng)的機(jī)理，構(gòu)建變壓器遭受單次及多次短路沖擊后的抗短路能力評(píng)估體系，從而填補(bǔ)變壓器抗短路能力及穩(wěn)定性研究領(lǐng)域的理論空白，為變壓器的壽命預(yù)測(cè)、產(chǎn)品設(shè)計(jì)以及電網(wǎng)的安全運(yùn)行提供重要技術(shù)支撐。

當(dāng)IPC所聯(lián)線路發(fā)生三相短路故障時(shí)，其運(yùn)算電路與IPC出口短路故障不同之處在于線路電抗的引入。

另外，由上述的推導(dǎo)結(jié)果可以看出，IPC所聯(lián)線路短路時(shí)，其電感支路的短路電流由直流分量、諧波分量和基頻交流分量構(gòu)成，電容支路的短路電流由諧波分量和基頻交流構(gòu)成。由于直流分量和諧波分量都為無源分量，其能量來自短路瞬間系統(tǒng)中儲(chǔ)能元件所儲(chǔ)存的能量。因此，計(jì)及系統(tǒng)中電阻分量之后，短路電流的直流分量和諧波分量將最終衰減至零。

通過對(duì)含IPC系統(tǒng)短路電流的解析求解和等值系統(tǒng)的暫態(tài)仿真，提出了IPC相關(guān)短路沖擊電流的計(jì)算方法，并得到以下結(jié)論：

（1）IPC在限制電網(wǎng)短路電流的同時(shí)，其相關(guān)的短路沖擊電流若采用通常的沖擊系數(shù)進(jìn)行計(jì)算將不能滿足精度要求；

（2）IPC相關(guān)沖擊電流的計(jì)算應(yīng)在采用電磁暫態(tài)仿真以求得沖擊系數(shù)的基礎(chǔ)上進(jìn)行計(jì)算；

（3）IPC的電容支路的短路沖擊電流可能會(huì)大于其出口處的短路沖擊電流 。2100433B

《巖土中的沖擊爆炸效應(yīng)》全面介紹了國(guó)內(nèi)外以及作者團(tuán)隊(duì)在巖土沖擊爆炸動(dòng)力學(xué)領(lǐng)域試驗(yàn)研究和理論研究的最新成果。這些研究以連續(xù)介質(zhì)力學(xué)和應(yīng)力波理論為基礎(chǔ)；緊密聯(lián)系巖土介質(zhì)的物理力學(xué)特性和幾何邊界；既考慮巖土介質(zhì)的均勻、固相特點(diǎn)，又考慮了巖土介質(zhì)的非均勻、非連續(xù)和多相多組分的特點(diǎn)；適度研究了沖擊爆炸能量在巖土介質(zhì)中的時(shí)空轉(zhuǎn)化及其尺度效應(yīng)。通過《巖土中的沖擊爆炸效應(yīng)（精裝）》可以確定巖土中爆炸時(shí)和誘生爆炸波時(shí)以及彈體在巖土中侵徹時(shí)介質(zhì)和彈體的運(yùn)動(dòng)參數(shù)和力學(xué)參數(shù)。