基于有限元法的油浸式变压器振动特性分析及优化设计

doi:10.3969/j.issn.1008-0198.2024.01.002

湖南电力 ›› 2024, Vol. 44 ›› Issue (1): 11-17.doi: 10.3969/j.issn.1008-0198.2024.01.002

基于有限元法的油浸式变压器振动特性分析及优化设计

袁发庭^1,2, 颜智威², 曹浩³, 姬睿氢², 唐波^1,2

1.湖北省输电线路工程技术研究中心(三峡大学),湖北宜昌 443002;
2.三峡大学电气与新能源学院,湖北宜昌 443002;
3.国网湖南省电力有限公司电力科学研究院,湖南长沙 410208

收稿日期:2023-09-27 修回日期:2023-10-26 出版日期:2024-02-25 发布日期:2024-03-11
通信作者: 袁发庭(1988),男,博士,副教授,硕士生导师,研究方向为变压器多物理场仿真计算及优化设计。
作者简介:颜智威(2000),男,硕士研究生,研究方向为变压器振动特性分析及故障诊断。
基金资助:
国家自然科学基金项目(52307179);三峡大学科学基金项目(2023KJ010)

Vibration Characteristics Analysis and Optimal Design of Oil-Immersed Transformer Based on Finite Element Method

YUAN Fating^1,2, YAN Zhiwei², CAO Hao³, JI Ruiqing², TANG Bo^1,2

1. Hubei Provincial Engineering Technology Research Center for Power Transmission Line (China Three Gorges University), Yichang 443002, China;
2. College of Electrical and New Energy, China Three Gorges University, Yichang 443002, China;
3. State Grid Hunan Electric Power Company Limited Research Institute, Changsha 410208, China

Received:2023-09-27 Revised:2023-10-26 Online:2024-02-25 Published:2024-03-11

摘要/Abstract

摘要： 根据油浸式变压器的电气和结构参数,基于有限元仿真软件建立电路-磁场仿真模型;根据材料磁特性实验测量结果,结合J-A磁滞模型辨识得到的特征参数,获得材料的磁特性模型。建立变压器磁场-结构力场仿真模型,获得变压器周围磁场和应力分布;将计算得到的铁心麦克斯韦力和磁致伸缩力、绕组洛仑兹力作为激励,计算得到考虑材料磁特性的变压器振动位移;提取铁心不同位置的振动位移,获得铁心振动特性分布规律。在此基础上,为降低油浸式变压器的铁心振动,将有限元法与实验设计方法相结合,通过调整变压器绕组参数获得最佳的参数,结果表明优化前后变压器最大振动位移分别为6.12 μm和5.71 μm,优化方法显著降低了变压器的振动,对油浸式变压器减振降噪具有重要的指导意义。

关键词: 油浸式变压器, 耦合仿真模型, 磁场和力场, 振动位移

Abstract: According to the electrical and structural parameters of the oil-immersed transformer, the circuit magnetic field simulation model is established based on the finite element simulation software. Based on the experimental measurement results and the characteristic parameters identified by J-A hysteresis model, the magnetic property model of the material is obtained. The simulation model of transformer magnetic field-structure field is established to obtain the distribution of magnetic field and stress around the transformer. Taking the calculated core Maxwell force, magnetostrictive force and winding Lorentz force as excitation, the transformer vibration displacement considering the magnetic properties of the material is calculated. The vibration displacements at different positions of the core are extracted, and the distribution rules of the vibration characteristics of the core are obtained. On this basis, in order to reduce the vibration of the oil-immersed transformer, the finite element method is combined with the time-experimental design method, and the optimal parameters are obtained by adjusting the winding parameters of the transformer. The results show that the maximum vibration displacement of the transformer before and after optimization is 6.12 μm and 5.71 μm respectively, and the optimization method significantly reduces the vibration of the transformer, which has important guiding significance for the vibration and noise reduction of oil-immersed transformer.

Key words: oil immersed transformers, coupling simulation model, magnetic field and stress, vibration displacement

中图分类号:

TM411

袁发庭, 颜智威, 曹浩, 姬睿氢, 唐波. 基于有限元法的油浸式变压器振动特性分析及优化设计[J]. 湖南电力, 2024, 44(1): 11-17.

YUAN Fating, YAN Zhiwei, CAO Hao, JI Ruiqing, TANG Bo. Vibration Characteristics Analysis and Optimal Design of Oil-Immersed Transformer Based on Finite Element Method[J]. Hunan Electric Power, 2024, 44(1): 11-17.

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Vibration Characteristics Analysis and Optimal Design of Oil-Immersed Transformer Based on Finite Element Method

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