[00941021]大容量电力变压器电磁与短路强度分析系统及其工程应用

变压器因短路损坏会严重影响电网的可靠性，并造成巨大的经济损失。据统计，中国110kV及以上的变压器因短路强度不够引起的损坏事故已成为变压器事故的首要原因。因此，变压器设计要求具有足够的抗短路能力，其关键是突发短路时变压器漏磁场与绕组所受的电动力、绕组的稳定性和强度问题的计算、分析、试验以及相关设计与制造技术。为此，该项目研究大型变压器电磁场、绕组短路强度计算方法和分析技术，开发工程实用分析系统，可为工程设计人员提供有效的设计工具，对中国自主研制具有国际领先水平的超高压、特高压大容量变压器，对于提高电网运行可靠性具有重要意义。该项目得到了国家自然科学基金和辽宁省科技攻关计划立项支持。项目主要内容和创新成果如下：(1)提出了模拟变压器在突发短路事故工况下的瞬态涡流场的场路耦合模型及绕组动态力计算模型并进行求解，解决了以往采用解析法或电流迭代方法计算误差大的问题，直接引入瞬态过程的电压约束条件，将电磁场和瞬态电流同时求解；(2)采用数值计算方法和短路动态分析方法，自主开发工程实用的电磁与短路强度分析系统。该系统可用于计算和分析各电压等级、容量的变压器线圈短路力问题，具有良好的人机交互界面和前后处理功能，满足工程要求，已推广应用于变压器制造行业；(3)计算和分析了变压器短路和空载合闸、重合闸工况下的绕组电动力分布规律。分析了合闸相角、铁心剩余磁通对电流的影响，进而分析了相应的绕组短路强度和稳定性；(4)建立了变压器绕组固有频率计算模型和分析方法，计算给出了不同预紧力作用下的绕组固有频率，并通过实验验证了方法的正确性；(5)针对110-1000kV电压等级多台大容量电力变压器进行了电磁与短路强度分析，给出了机械强度判据和设计依据；提出了绕组抗短路能力的技术并用于变压器研制，产品通过了短路试验考核，具有较强的工程实用性。成果已应用于20余家企业大型变压器设计、研制和专题分析等，取得了显著社会和经济效益；发表学术论文28篇，对于变压器设计和研究具有重要价值。