非晶合金变压器矩形绕组电磁振动噪音及抗短路强度研究

As the structural feature of rectangular structure windings and the process feature that the windings are hardly wound tightly, there are a series of problems in the stable and safe operation of amorphous alloy transformer. Main shows are in: (1) the on-load electromagnetic vibration and noise of the windings is too large; (2) the short circuit ability of the windings is so poor. Unfortunately, those problems cannot be solved by traditional design and analysis methods. Based on those, this project will be devoted to the follows: (1) giving the relationship model between the wound method and the compaction of the rectangular windings, providing the numerical solution method and the quantitative technique of the wound compaction for calculating of vibration, noise and short-circuit resistance strength of the windings; (2) establishing the coupling mathematical model for calculating the electromagnetic noise of the rectangular windings in the coupled magnetic leakage, stress and sound field, calculating and analyzing main influencing factors of vibration and noise; (3)analyzing the structural instability ultimate force and buckling mode with a buckling model, proposing the checking method for the short-circuit resistance strength of rectangular windings; (4) experimental testing the vibration, noise, natural frequency, short circuit limit force and buckling modes of a test winding, presenting methods for insuring the wound compaction in the winding process, reducing the electromagnetic vibration and noise, and improving the short circuit ability.

非晶合金变压器绕组采用矩形的结构特征，以及矩形绕组不容易紧密绕制的工艺特征，导致变压器电磁振动噪音过大和绕组的抗短路能力较差。采用传统的设计和分析方法并不能解决非晶合金变压器遇到的上述问题，基于此，本项目重点研究（1）矩形绕组绕制方式与绕制紧密度之间的对应关系模型，并给出数值求解方法，解决绕制紧密度在绕组振动噪音、抗短路强度计算时量化的问题；（2）建立计算矩形绕组电磁振动噪音的漏磁场-应力场-声场的耦合数学模型，求解并分析振动噪音的主要影响因素；（3）采用屈曲模型分析矩形绕组结构失稳极限力及失稳模态，提出矩形绕组抗短路强度的校核方法；（4）试验测试绕组的振动噪音、固有频率、短路极限力及屈曲模态；提出保障矩形绕组绕制紧密度的绕制工艺、以及降低电磁振动噪音和提高抗短路能力的措施。

非晶合金变压器绕组采用矩形的结构特征，以及矩形绕组不宜紧密绕制的工艺特征，导致变压器电磁振动噪音过大和绕组抗短路能力较差。采用传统的设计和分析方法并不能解决非晶合金变压器遇到的上述问题，基于此，本项目（1）提出了矩形绕组绕制方式与绕制紧密度之间的对应关系模型，并给出数值求解方法，解决绕制紧密度在绕组振动噪音、抗短路强度计算时量化的问题；（2）采用漏磁场有限元方法计算变压器矩形绕组受到的辐向分布力和轴向分布力，根据材料力学理论计算绕组在各种变形模式下承受的应力及许用应力，提出以最大短路电流作用下导线所受应力与导线许用应力之比作为表征变压器的抗短路强度，为变压器的抗短路能力评价提供了反映机械性能的有效参量；（3）基于分枝型失稳理论，分别建立了非晶合金变压器矩形绕组辐向、轴向承受短路能力的有限元校核模型。通过求解压曲特征方程得到矩形线圈的辐向、轴向极限压缩力及不同极限压缩力作用下的压曲模态。通过将矩形绕组出口短路时受到的最大辐向、轴向力与压曲分析得到的极限力进行比较来判断该线圈的抗短路能力。与此同时，对矩形线圈的压曲形态及影响线圈抗短路能力的因素进行了研究；（4）基于弹性动力学理论，根据绕组轴向垫块弹性支撑等效原则，提出了一种高效的计算电力变压器绕组轴向固有频率的二维有限元模型，其固有频率的计算结果具有与三维模型一致的效果，同时相对于三维模型，其计算效率亦得到大大的提高。最后，通过对固有频率计算的实例校核，验证了所提二维模型方法的有效性；（5）设计了变压器振动模型，搭建振动测试平台，实验测试绕组的振动噪音、固有频率；提出保障矩形绕组绕制紧密度的绕制工艺、以及降低电磁振动噪音和提高抗短路能力的措施。