一種三維瞬態(tài)電磁場數(shù)值模擬分析方法及裝置的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種三維瞬態(tài)電磁場數(shù)值模擬分析方法及裝置。該方法包括：根據(jù)油浸式電力變壓器的三相繞組、鐵芯和油箱的結(jié)構(gòu)參數(shù)，構(gòu)建所述油浸式電力變壓器的三維幾何模型；采用有限元法對所述三維幾何模型進行網(wǎng)格剖分，得到所述油浸式電力變壓器的三維幾何網(wǎng)格模型；根據(jù)分別對所述三維幾何網(wǎng)格模型中三相繞組上施加的正弦電流，計算所述油浸式電力變壓器各相繞組所受的瞬態(tài)電磁力。通過本發(fā)明解決了現(xiàn)有技術(shù)中對超特高壓油浸式電力變壓器進行二維電磁場分析的不足。
【專利說明】
一種三維瞬態(tài)電磁場數(shù)值模擬分析方法及裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及變壓器電磁場分析領(lǐng)域，特別是涉及一種特高壓油浸式電力變壓器短 路狀態(tài)三維瞬態(tài)電磁場數(shù)值模擬分析方法及裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 電力系統(tǒng)設(shè)備的安全性及可靠性對電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運行起著關(guān)鍵作用，而油浸式 電力變壓器是電網(wǎng)運行中的一個重要電力設(shè)備，它對電網(wǎng)中電能傳輸?shù)姆峙湫?、穩(wěn)定性及 運行的經(jīng)濟性起著重要作用。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展、生產(chǎn)技術(shù)的進步以及新型電工材料的 開發(fā)應(yīng)用，油浸式電力變壓器的各項性能指標(biāo)不斷刷新，單機容量越來越大。并且伴隨著變 壓器電壓等級的大幅提升，作為電力系統(tǒng)主要載體之一的油浸式電力變壓器的安全穩(wěn)定運 行，關(guān)系著電網(wǎng)的整體抗風(fēng)險能力。
[0003] 在電力系統(tǒng)發(fā)生短路時，瞬態(tài)短路電流可能產(chǎn)生巨大的電磁力，從而引發(fā)機械結(jié) 構(gòu)的振動。在振動的作用下，作為冷卻介質(zhì)的油在密封的郵箱內(nèi)發(fā)生油流涌動。因此，在電 力系統(tǒng)發(fā)生短路的過程中，電磁力起著至關(guān)重要的作用。
[0004] 目前，對于電磁力的計算，比較準(zhǔn)確的技術(shù)是采用數(shù)值模擬分析方法。但是，由于 計算機軟件和硬件的限制，對于特高壓（110KV以上)油浸式電力變壓器，由于其外形尺寸較 大，模型內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜，很難直接建立模型進行方針，通常采用簡化的方法進行二維電磁場 分析。但是，二維電磁場計算得到的結(jié)果，對設(shè)計大型變壓器的參考意義有限，并且由于簡 化和假設(shè)太多，難以對特高壓油浸式電力變壓器提供定量分析。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 針對于上述問題，本發(fā)明提供一種三維瞬態(tài)電磁場數(shù)值模擬分析方法及裝置，用 以解決現(xiàn)有技術(shù)中對超特高壓油浸式電力變壓器進行二維電磁場分析的不足。
[0006] 為了實現(xiàn)上述目的，根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供了一種三維瞬態(tài)電磁場數(shù)值模 擬分析方法，該方法包括：
[0007] 根據(jù)油浸式電力變壓器的三相繞組、鐵芯和油箱的結(jié)構(gòu)參數(shù)，構(gòu)建所述油浸式電 力變壓器的三維幾何模型；
[0008] 采用有限元法對所述三維幾何模型進行網(wǎng)格剖分，得到所述油浸式電力變壓器的 三維幾何網(wǎng)格模型；
[0009] 根據(jù)分別對所述三維幾何網(wǎng)格模型中三相繞組上施加的正弦電流，計算所述油浸 式電力變壓器各相繞組所受的瞬態(tài)電磁力。
[0010] 優(yōu)選的，該方法還包括：
[0011] 將所述油浸式電力變壓器的單項高中壓繞組短路瞬態(tài)電流波形存儲為圖片，采用 圖像捕捉工具對所述圖片進行讀取，計算獲得述的油浸式電力變壓器的三維幾何模型中的 油浸式電力變壓器的材料屬性。
[0012] 優(yōu)選的，該方法還包括：
[0013] 通過所述油浸式電力變壓器繞組所受的瞬態(tài)電磁力，計算獲得所述油浸式電力變 壓器在短路狀態(tài)下三維空間中的電磁場分布情況；
[0014] 其中，所述電磁場分布情況包括所述油浸式電力變壓器在任意位置或任意路徑的 場強分布。
[0015] 優(yōu)選的，該方法還包括：
[0016] 通過所述油浸式電力變壓器繞組所受的瞬態(tài)電磁力，計算獲得所述油浸式電力變 壓器瞬態(tài)電磁損耗量；
[0017] 根據(jù)所述油浸式電力變壓器瞬態(tài)電磁損耗量，對所述油浸式電力變壓器進行模擬 散熱分析，獲得所述油浸式電力變壓器的熱源參考值。
[0018] 優(yōu)選的，所述根據(jù)分別對所述三維幾何網(wǎng)格模型中三相繞組上施加的正弦電流， 計算所述油浸式電力變壓器各相繞組所受的瞬態(tài)電磁力，包括：
[0019] 分別對所述三維網(wǎng)格幾何模型中三相繞組上施加正弦電流，獲得所述油浸式電力 變壓器的短路瞬態(tài)模式；
[0020] 根據(jù)預(yù)設(shè)的邊界條件，采用有限元法對麥克斯韋方程組進行數(shù)學(xué)離散計算，獲得 所述三維網(wǎng)格幾何模型中空間各點的磁通量密度和磁場強度；
[0021] 根據(jù)所述磁通量密度和所述磁場強度，計算獲得所述油浸式電力變壓器各相繞組 所受的瞬態(tài)電磁力。
[0022] 根據(jù)本發(fā)明的第二方面，提供了一種三維瞬態(tài)電磁場數(shù)值模擬分析裝置，該裝置 包括：
[0023]第一建模模塊，用于根據(jù)油浸式電力變壓器的三相繞組、鐵芯和油箱的結(jié)構(gòu)參數(shù)， 構(gòu)建所述油浸式電力變壓器的三維幾何模型；
[0024]第二建模模塊，用于采用有限元法對所述三維幾何模型進行網(wǎng)格剖分，得到所述 油浸式電力變壓器的三維幾何網(wǎng)格模型；
[0025]第一計算模塊，用于根據(jù)分別對所述三維幾何網(wǎng)格模型中三相繞組上施加的正弦 電流，計算所述油浸式電力變壓器各相繞組所受的瞬態(tài)電磁力。
[0026I優(yōu)選的，該裝置還包括：
[0027]第二計算模塊，用于將所述油浸式電力變壓器的單項高中壓繞組短路瞬態(tài)電流波 形存儲為圖片，采用圖像捕捉工具對所述圖片進行讀取，計算獲得述的油浸式電力變壓器 的三維幾何模型中的油浸式電力變壓器的材料屬性。
[0028]優(yōu)選的，該裝置還包括：
[0029]第三計算模塊，用于通過所述油浸式電力變壓器繞組所受的瞬態(tài)電磁力，計算獲 得所述油浸式電力變壓器在短路狀態(tài)下三維空間中的電磁場分布情況；
[0030] 其中，所述電磁場分布情況包括所述油浸式電力變壓器在任意位置或任意路徑的 場強分布。
[0031] 優(yōu)選的，該裝置還包括：
[0032] 第四計算模塊，用于通過所述油浸式電力變壓器繞組所受的瞬態(tài)電磁力，計算獲 得所述油浸式電力變壓器瞬態(tài)電磁損耗量；
[0033] 第一分析模塊，用于根據(jù)所述油浸式電力變壓器瞬態(tài)電磁損耗量，對所述油浸式 電力變壓器進行模擬散熱分析，獲得所述油浸式電力變壓器的熱源參考值。
[0034]優(yōu)選的，所述第一計算模塊包括：
[0035]第一獲取單元，用于分別對所述三維網(wǎng)格幾何模型中三相繞組上施加正弦電流， 獲得所述油浸式電力變壓器的短路瞬態(tài)模式；
[0036] 第一計算單元，用于根據(jù)預(yù)設(shè)的邊界條件，采用有限元法對麥克斯韋方程組進行 數(shù)學(xué)離散計算，獲得所述三維網(wǎng)格幾何模型中空間各點的磁通量密度和磁場強度；
[0037] 第二計算單元，用于根據(jù)所述磁通量密度和所述磁場強度，計算獲得所述油浸式 電力變壓器各相繞組所受的瞬態(tài)電磁力。
[0038]相較于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明構(gòu)建了油浸式電力變壓器的三維幾何模型，并對所述三 維幾何模型進行分析和計算，獲得油浸式電力變壓器各相繞組所受的瞬態(tài)電磁力，解決了 現(xiàn)有技術(shù)中對超特高壓油浸式電力變壓器進行二維電磁場分析的不足。
【附圖說明】
[0039] 為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實施例或現(xiàn) 有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本 發(fā)明的實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù) 提供的附圖獲得其他的附圖。
[0040] 圖1為本發(fā)明實施例一提供的一種三維瞬態(tài)電磁場數(shù)值模擬分析方法的流程示意 圖；
[0041] 圖2為本發(fā)明實施例一中提供的有限元理論中的二階四面體網(wǎng)格示意圖；
[0042] 圖3為為本發(fā)明實施例一對應(yīng)的圖1所示S13步驟中的具體計算的流程示意圖； [0043]圖4為本發(fā)明實施例三提供的三維瞬態(tài)電磁場數(shù)值分析裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0044]下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進行清楚、完 整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；?本發(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他 實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。
[0045] 本發(fā)明的說明書和權(quán)力要求書及上述附圖中的術(shù)語"第一"和"第二"等是用于區(qū) 別不同的對象，而不是用于描述特定的順序。此外術(shù)語"包括"和"具有"以及他們?nèi)魏巫冃危?意圖在于覆蓋不排他的包含。例如包含了一系列步驟或單元的過程、方法、系統(tǒng)、產(chǎn)品或設(shè) 備沒有設(shè)定于已列出的步驟或單元，而是可包括沒有列出的步驟或單元。
[0046] 實施例一
[0047] 參見圖1為本發(fā)明實施例一提供的一種三維瞬態(tài)電磁場數(shù)值分析方法的流程示意 圖，該方法包括一下步驟：
[0048] S11、根據(jù)油浸式電力變壓器的三相繞組、鐵芯和油箱的結(jié)構(gòu)參數(shù)，構(gòu)建所述油浸 式電力變壓器的三維幾何模型后，執(zhí)行S12;
[0049] S12、采用有限元法對所述三維幾何模型進行網(wǎng)格剖分，得到所述油浸式電力變壓 器的三維幾何網(wǎng)格模型后，執(zhí)行S13;
[0050] S13、根據(jù)分別對所述三維幾何網(wǎng)格模型中三相繞組上施加的正弦電流，計算所述 油浸式電力變壓器各相繞組所受的瞬態(tài)電磁力。
[0051 ]其中，在步驟Sll中，油浸式電力變壓器的三維幾何模型采用了Maxwell軟件構(gòu)建， 具體為Maxwell自帶基元對所述油浸式電力變壓器的三相繞組、鐵芯和油箱的結(jié)構(gòu)參數(shù)進 行分析，建立三維幾何模型;在構(gòu)建三維幾何模型的過程中，由于整個模型統(tǒng)一將工作線圈 均考慮在內(nèi)，分析對模型進行了簡化，簡化的假設(shè)條件有：
[0052]整個三維幾個模型建模時對局部細(xì)節(jié)進行簡化；
[0053]模型結(jié)構(gòu)參數(shù)不明確處由經(jīng)驗建模；
[0054]鐵芯材料導(dǎo)磁特性曲線與損耗特性曲線均由提供資料圖片讀圖描點得到；
[0055] 變壓器單相高中壓短路瞬態(tài)電流由提供資料圖片讀圖描點得到激勵；
[0056] 除短路單相繞組激勵外，其余激勵源均認(rèn)為是隨時間正弦變化；
[0057]在結(jié)果提取時對每相等級繞組做了簡化求和處理。
[0058]上述簡化的假設(shè)條件為本發(fā)明根據(jù)技術(shù)需要所列舉出的優(yōu)選的假設(shè)條件，但是并 不代表全部的簡化的假設(shè)條件。
[0059]在步驟S12中，采用有限元法對所述三維幾何模型進行網(wǎng)格剖分，具體為：
[0060]采用Maxwell軟件基于有限元法對三維幾何模型進行網(wǎng)格剖分，模型剖分網(wǎng)格量 在150萬左右，并且Maxwell所采用的三維網(wǎng)格剖分單元是有限元理論中最為穩(wěn)定的四面體 二階單元，參見圖2本發(fā)明實施例一中提供的有限元理論中的二階四面體網(wǎng)格示意圖，即每 個網(wǎng)格除了將其四個頂點作為節(jié)點外，同時還將每條棱中心也作為其計算節(jié)點，每個網(wǎng)格 共有十個節(jié)點。其中，有限元法是將整個求解區(qū)域離散化，分割成許多小的區(qū)域，稱之為"單 元"或"有限元"。
[0061]在步驟S13中，根據(jù)分別對所述三維幾何網(wǎng)格模型中三相繞組上施加的正弦電流， 計算所述油浸式電力變壓器各相繞組所受的瞬態(tài)電磁力，具體包括：
[0062] S31、分別對所述三維網(wǎng)格幾何模型中三相繞組上施加正弦電流，獲得所述油浸式 電力變壓器的短路瞬態(tài)模式；
[0063] S32、根據(jù)預(yù)設(shè)的邊界條件，采用有限元法對麥克斯韋方程組進行數(shù)學(xué)離散計算， 獲得所述三維網(wǎng)格幾何模型中空間各點的磁通量密度和磁場強度；
[0064] S33、根據(jù)所述磁通量密度和所述磁場強度，計算獲得所述油浸式電力變壓器各相 繞組所受的瞬態(tài)電磁力。
[0065]具體的，在步驟S31中，在三維瞬態(tài)磁場中，可以調(diào)用電壓源或電流源作為模型激 勵源，在本發(fā)明的實施例中，所述油浸式電力變壓器三相繞組高、中、低壓電流均為109.9/ 599.8/2200A(變壓器銘牌數(shù)據(jù)參數(shù)），其中，中壓繞組工作時起調(diào)壓作用，調(diào)壓線圈不在工 作狀態(tài)。工況為單相高、中壓繞組短路，計算時以A相高、中壓繞組短路瞬態(tài)過程進行電磁瞬 態(tài)分析。在本發(fā)明實施例一中優(yōu)選的各相繞組電流施加的具體參數(shù)設(shè)置見下表1。
[0066] 表1油浸式電力變壓器各相繞組電流
[0068] 其中，ik為短路瞬態(tài)電流。
[0069] 在步驟S32中，通過Maxwell軟件進行計算，而在Maxwell計算中是系統(tǒng)的默認(rèn)邊界 條件，不需要用戶指定。利用Maxwell軟件磁場有限元計算分析滿足下列麥克斯韋方程：
[0070] (1-1)
[0071] (1-2)
[0072] Β=μΗ (1-3)
[0073] 在式（1-1)到式（1-3)的基礎(chǔ)上，可以構(gòu)造出兩個恒等式，如式（1-4)和式（1-5)所 示：
[0074] (1-4)
[0075] (1-5)
[0076] 其中，B為磁通量密度，H為磁場強度；
[0077]在Maxwell中將上述微分方程采用有限元方法進行數(shù)學(xué)離散計算，即可計算獲得 所述三維網(wǎng)格幾何模型中空間各點的磁通量密度B和磁場強度H的分布。
[0078] 根據(jù)本發(fā)明實施例一中公開的技術(shù)方案，通過對所述油浸式電力變壓器建立三維 幾何模型，并對所述三維幾模型進行網(wǎng)格剖分，得到三維幾何網(wǎng)格模型，并優(yōu)選利用 Maxwell計算獲得所述油浸式電力變壓器各相繞組所受的瞬態(tài)電磁力。解決了現(xiàn)有技術(shù)中 對超特高壓油浸式電力變壓器進行二維電磁場分析的不足。
[0079] 實施例二
[0080] 參照本發(fā)明實施例一和圖1中所描述的Sll到S13步驟的具體過程，此處不做贅述， 進一步，本發(fā)明實施例二可以包括如下步驟：
[0081] 將所述油浸式電力變壓器的單項高中壓繞組短路瞬態(tài)電流波形存儲為圖片，采用 圖像捕捉工具對所述圖片進行讀取，計算獲得述的油浸式電力變壓器的三維幾何模型中的 油浸式電力變壓器的材料屬性；
[0082]其中，所述圖像捕捉工具為Maxwell軟件自帶的工具，可以直接讀取電子圖片中的 曲線。
[0083]同時，本發(fā)明實施例二可以包括如下步驟：
[0084]通過所述油浸式電力變壓器繞組所受的瞬態(tài)電磁力，計算獲得所述油浸式電力變 壓器在短路狀態(tài)下三維空間中的電磁場分布情況；
[0085]其中，所述電磁場分布情況包括所述油浸式電力變壓器在任意位置或任意路徑的 場強分布。
[0086]同時，本發(fā)明實施例二可以包括如下步驟：
[0087]通過所述油浸式電力變壓器繞組所受的瞬態(tài)電磁力，計算獲得所述油浸式電力變 壓器瞬態(tài)電磁損耗量；
[0088]根據(jù)所述油浸式電力變壓器瞬態(tài)電磁損耗量，對所述油浸式電力變壓器進行模擬 散熱分析，獲得所述油浸式電力變壓器的熱源參考值。
[0089] 其中，所述的計算過程均優(yōu)選Maxwell軟件完成，當(dāng)獲得所述油浸式電力變壓器的 熱源參考值，可以進一步通過軟件模擬變壓器的散熱分析，避免所述變壓器因溫度上升太 大而失效或發(fā)生異常。
[0090] 通過本發(fā)明實施例二中的【具體實施方式】的描述，在計算獲得所述油浸式電力變壓 器繞組所受的瞬態(tài)電磁力后，可以進一步計算獲得述的油浸式電力變壓器的三維幾何模型 中的油浸式電力變壓器的材料屬性;計算獲得所述油浸式電力變壓器在短路狀態(tài)下三維空 間中的電磁場分布情況;獲得所述油浸式電力變壓器的熱源參考值。從而解決了短路狀態(tài) 短路電流的讀取方式和材料參數(shù)的提取方式;并通過電磁場分布情況，可以直接了解到變 壓器在短路狀態(tài)下的場強是否滿足設(shè)計要求，進而可以改變變壓器的設(shè)計;通過對模擬變 壓器的散熱分子，為變壓器的安全提供了保證。
[0091] 實施例三
[0092]與本發(fā)明實施例一和實施例二所公開的三維瞬態(tài)電磁場數(shù)值分析方法相對應(yīng)，本 發(fā)明的實施例三還提供了一種三維瞬態(tài)電磁場數(shù)值分析裝置，參見圖4為本發(fā)明實施例三 提供的三維瞬態(tài)電磁場數(shù)值分析裝置的結(jié)構(gòu)示意圖，該裝置具體包括：
[0093]第一建模模塊401，用于根據(jù)油浸式電力變壓器的三相繞組、鐵芯和油箱的結(jié)構(gòu)參 數(shù)，構(gòu)建所述油浸式電力變壓器的三維幾何模型；
[0094]第二建模模塊402,用于采用有限元法對所述三維幾何模型進行網(wǎng)格剖分，得到所 述油浸式電力變壓器的三維幾何網(wǎng)格模型；
[0095]第一計算模塊403,用于根據(jù)分別對所述三維幾何網(wǎng)格模型中三相繞組上施加的 正弦電流，計算所述油浸式電力變壓器各相繞組所受的瞬態(tài)電磁力。
[0096]相應(yīng)的，該裝置還包括：
[0097]第二計算模塊404,用于將所述油浸式電力變壓器的單項高中壓繞組短路瞬態(tài)電 流波形存儲為圖片，采用圖像捕捉工具對所述圖片進行讀取，計算獲得述的油浸式電力變 壓器的三維幾何模型中的油浸式電力變壓器的材料屬性。
[0098]相應(yīng)的，該裝置還包括：
[0099]第三計算模塊405,用于通過所述油浸式電力變壓器繞組所受的瞬態(tài)電磁力，計算 獲得所述油浸式電力變壓器在短路狀態(tài)下三維空間中的電磁場分布情況；
[0100] 其中，所述電磁場分布情況包括所述油浸式電力變壓器在任意位置或任意路徑的 場強分布。
[0101] 相應(yīng)的，該裝置還包括：
[0102] 第四計算模塊406,用于通過所述油浸式電力變壓器繞組所受的瞬態(tài)電磁力，計算 獲得所述油浸式電力變壓器瞬態(tài)電磁損耗量；
[0103] 第一分析模塊407,用于根據(jù)所述油浸式電力變壓器瞬態(tài)電磁損耗量，對所述油浸 式電力變壓器進行模擬散熱分析，獲得所述油浸式電力變壓器的熱源參考值。
[0104]具體的，所述第一計算模塊403包括：
[0105]第一獲取單元4031，用于分別對所述三維網(wǎng)格幾何模型中三相繞組上施加正弦電 流，獲得所述油浸式電力變壓器的短路瞬態(tài)模式；
[0106] 第一計算單元4032,用于根據(jù)預(yù)設(shè)的邊界條件，采用有限元法對麥克斯韋方程組 進行數(shù)學(xué)離散計算，獲得所述三維網(wǎng)格幾何模型中空間各點的磁通量密度和磁場強度；
[0107] 第二計算單元4033,用于根據(jù)所述磁通量密度和所述磁場強度，計算獲得所述油 浸式電力變壓器各相繞組所受的瞬態(tài)電磁力。
[0108] 在本發(fā)明實施例三中，根據(jù)第一建模模塊確定了所述油浸式變壓器的三維幾何模 型，根據(jù)第二建模模塊確定了所述油浸式電力變壓器的三維幾何網(wǎng)格模型，并根據(jù)第一計 算模塊最終計算獲得所述油浸式電力變壓器各相繞組所受的瞬態(tài)電磁力。從而解決了現(xiàn)有 技術(shù)中對超特高壓油浸式電力變壓器進行二維電磁場分析的不足。
[0109] 在本發(fā)明的實施例中，優(yōu)選的硬件條件為四個中央處理器，128G內(nèi)存，在開發(fā)環(huán)境 中，所述中央處理器CHJ優(yōu)選Intel Xeon E5-4620,主頻2.2GHz，并且采用四個CPU，每個CPU 有八個核心，內(nèi)存128GB，固態(tài)硬盤SSD為256GB，選用兩個硬盤，每個硬盤2TB，顯卡優(yōu)選 NVIDIA Quadro K400;在運行環(huán)境中，所述中央處理器CPU優(yōu)選Intel Xeon E5-4620,主頻 2.2GHz，并且采用四個CPU，每個CPU有八個核心，內(nèi)存最小為32GB，硬盤容量最小為100GB， 顯卡優(yōu)選NVIDIA Quadro。優(yōu)選的軟件環(huán)境為，操作系統(tǒng)優(yōu)選Windows Server 2008系統(tǒng)及 以上版本，所述建模計算軟件優(yōu)選ANSYS Maxwell 3D V17.0,編程語言采用C#。
[0110]對所公開的實施例的上述說明，使本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員能夠?qū)崿F(xiàn)或使用本發(fā)明。 對這些實施例的多種修改對本領(lǐng)域的專業(yè)技術(shù)人員來說將是顯而易見的，本文中所定義的 一般原理可以在不脫離本發(fā)明的精神或范圍的情況下，在其它實施例中實現(xiàn)。因此，本發(fā)明 將不會被限制于本文所示的這些實施例，而是要符合與本文所公開的原理和新穎特點相一 致的最寬的范圍。
【主權(quán)項】
1. 一種三維瞬態(tài)電磁場數(shù)值模擬分析方法，其特征在于，該方法包括： 根據(jù)油浸式電力變壓器的三相繞組、鐵芯和油箱的結(jié)構(gòu)參數(shù)，構(gòu)建所述油浸式電力變 壓器的三維幾何模型； 采用有限元法對所述三維幾何模型進行網(wǎng)格剖分，得到所述油浸式電力變壓器的三維 幾何網(wǎng)格模型； 根據(jù)分別對所述三維幾何網(wǎng)格模型中三相繞組上施加的正弦電流，計算所述油浸式電 力變壓器各相繞組所受的瞬態(tài)電磁力。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，該方法還包括： 將所述油浸式電力變壓器的單項高中壓繞組短路瞬態(tài)電流波形存儲為圖片，采用圖像 捕捉工具對所述圖片進行讀取，計算獲得述的油浸式電力變壓器的三維幾何模型中的油浸 式電力變壓器的材料屬性。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，該方法還包括： 通過所述油浸式電力變壓器繞組所受的瞬態(tài)電磁力，計算獲得所述油浸式電力變壓器 在短路狀態(tài)下三維空間中的電磁場分布情況； 其中，所述電磁場分布情況包括所述油浸式電力變壓器在任意位置或任意路徑的場強 分布。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，該方法還包括： 通過所述油浸式電力變壓器繞組所受的瞬態(tài)電磁力，計算獲得所述油浸式電力變壓器 瞬態(tài)電磁損耗量； 根據(jù)所述油浸式電力變壓器瞬態(tài)電磁損耗量，對所述油浸式電力變壓器進行模擬散熱 分析，獲得所述油浸式電力變壓器的熱源參考值。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述根據(jù)分別對所述三維幾何網(wǎng)格模型中 三相繞組上施加的正弦電流，計算所述油浸式電力變壓器各相繞組所受的瞬態(tài)電磁力，包 括： 分別對所述三維網(wǎng)格幾何模型中三相繞組上施加正弦電流，獲得所述油浸式電力變壓 器的短路瞬態(tài)模式； 根據(jù)預(yù)設(shè)的邊界條件，采用有限元法對麥克斯韋方程組進行數(shù)學(xué)離散計算，獲得所述 三維網(wǎng)格幾何模型中空間各點的磁通量密度和磁場強度； 根據(jù)所述磁通量密度和所述磁場強度，計算獲得所述油浸式電力變壓器各相繞組所受 的瞬態(tài)電磁力。6. -種三維瞬態(tài)電磁場數(shù)值模擬分析裝置，其特征在于，該裝置包括： 第一建模模塊，用于根據(jù)油浸式電力變壓器的三相繞組、鐵芯和油箱的結(jié)構(gòu)參數(shù)，構(gòu)建 所述油浸式電力變壓器的三維幾何模型； 第二建模模塊，用于采用有限元法對所述三維幾何模型進行網(wǎng)格剖分，得到所述油浸 式電力變壓器的三維幾何網(wǎng)格模型； 第一計算模塊，用于根據(jù)分別對所述三維幾何網(wǎng)格模型中三相繞組上施加的正弦電 流，計算所述油浸式電力變壓器各相繞組所受的瞬態(tài)電磁力。7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的裝置，其特征在于，該裝置還包括： 第二計算模塊，用于將所述油浸式電力變壓器的單項高中壓繞組短路瞬態(tài)電流波形存 儲為圖片，采用圖像捕捉工具對所述圖片進行讀取，計算獲得述的油浸式電力變壓器的三 維幾何模型中的油浸式電力變壓器的材料屬性。8. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的裝置，其特征在于，該裝置還包括： 第三計算模塊，用于通過所述油浸式電力變壓器繞組所受的瞬態(tài)電磁力，計算獲得所 述油浸式電力變壓器在短路狀態(tài)下三維空間中的電磁場分布情況； 其中，所述電磁場分布情況包括所述油浸式電力變壓器在任意位置或任意路徑的場強 分布。9. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的裝置，其特征在于，該裝置還包括： 第四計算模塊，用于通過所述油浸式電力變壓器繞組所受的瞬態(tài)電磁力，計算獲得所 述油浸式電力變壓器瞬態(tài)電磁損耗量； 第一分析模塊，用于根據(jù)所述油浸式電力變壓器瞬態(tài)電磁損耗量，對所述油浸式電力 變壓器進行模擬散熱分析，獲得所述油浸式電力變壓器的熱源參考值。10. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的裝置，其特征在于，所述第一計算模塊包括： 第一獲取單元，用于分別對所述三維網(wǎng)格幾何模型中三相繞組上施加正弦電流，獲得 所述油浸式電力變壓器的短路瞬態(tài)模式； 第一計算單元，用于根據(jù)預(yù)設(shè)的邊界條件，采用有限元法對麥克斯韋方程組進行數(shù)學(xué) 離散計算，獲得所述三維網(wǎng)格幾何模型中空間各點的磁通量密度和磁場強度； 第二計算單元，用于根據(jù)所述磁通量密度和所述磁場強度，計算獲得所述油浸式電力 變壓器各相繞組所受的瞬態(tài)電磁力。
【文檔編號】G06F17/50GK106055812SQ201610399098
【公開日】2016年10月26日
【申請日】2016年6月7日
【發(fā)明人】李德波, 許凱, 鐘俊, 馮永新, 孟源源, 楊賢, 周丹, 柯春俊, 饒章權(quán)
【申請人】廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司電力科學(xué)研究院