一種變壓器鐵芯振動噪聲分析方法
【專利摘要】本發明公開了一種變壓器鐵芯振動噪聲分析方法，包括：采集基礎數據；根據采集到的數據擬合得到經驗公式；構建硅鋼片的等效磁致伸縮模型；構建弱耦合模型；根據硅鋼片的等效磁致伸縮模型，得到模型中各個節點處所受的等效磁致伸縮力大小，使得對變壓器磁致伸縮變形的模擬更接近實際情況，為進一步分析變壓器鐵心振動以及由振動引起噪聲提供依據。本發明有益效果：通過建立了鐵芯硅鋼片的等效磁致伸縮力模型，可以在求得變壓器鐵芯中磁通密度分布的前提下，得到各個節點處所受的等效磁致伸縮力大小，使對變壓器磁致伸縮變形的模擬更接近實際情況，進一步正確分析變壓器鐵心振動以及由振動引起噪聲的基礎。
【專利說明】-種變壓器鐵芯振動噪聲分析方法
【技術領域】
[0001] 本發明屬于電力變壓器故障檢測領域，特別涉及一種變壓器鐵芯振動噪聲分析方 法。
【背景技術】
[0002] 隨著電力事業的發展，原本處于郊區的變電站離居民區越來越近，電力變壓器引 起的噪聲問題對居民生活的影響也日益突出，因此科學并合理的解決電力變壓器的噪聲問 題已經成為變壓器制造業與使用部口急需解決的問題。
[0003] 根據變壓器的結構可將噪聲來源分為本體噪聲與冷卻裝置噪聲。本體噪聲主要是 指變壓器鐵也、繞組、油箱（磁屏蔽）等部分的噪聲，各種變壓器的本體結構相似，因此研究 該部分的噪聲機理具有重要意義。一般認為，本體噪聲主要來源于鐵芯的電磁吸力、磁致伸 縮效應，繞組的電動力W及油箱（磁屏蔽）的磁致伸縮效應。
[0004] 鐵芯的電磁吸力主要存在于鐵芯接縫處，主要是由接縫處穿過娃鋼疊片的法向磁 通引起的，一般該部分力比較小，可通過夾緊力進行限制。鐵芯的磁致伸縮存在于整個鐵芯 內，是由鐵芯娃鋼片平面內的磁場分布引起的，磁致伸縮引起的娃鋼片變形最終也主要作 用于鐵芯娃鋼片之間的摩擦W及接縫處的撞擊。繞組的電動力是由繞組內的電流與漏磁場 相互作用引起的，其不但會發出噪聲，也會破壞繞組的結構。
[0005] 由于變壓器鐵也制造工藝的改進，使得鐵也接縫處的法向磁通減小，相應的電磁 吸力的作用也減小。而在不同的磁通密度下，繞組的電動力與鐵也的磁致伸縮對變壓器 的噪聲貢獻程度也不同，當磁通密度小于1. 4T時，兩者同等重要；而當磁通密度大于1. 4T 時，一般認為鐵也的磁致伸縮占據主導地位。變壓器的正常運行磁通密度一般處于1. 6? 1.7T，所W主要分析鐵芯的磁致伸縮現象對變壓器振動噪聲的影響，確定噪聲的分布情況， 為變電站噪聲的抑制提供有效的參考。
【發明內容】
[0006] 本發明的目的就是為了解決上述問題，提出了一種變壓器鐵芯振動噪聲分析方 法，該方法根據磁致伸縮應變的經驗公式W及彈性力學的理論建立了等效的磁致伸縮節點 力模型，可W在求得變壓器鐵芯中磁通密度分布的前提下，得到各個節點處所受的等效磁 致伸縮力大小，使對變壓器磁致伸縮變形的模擬更接近實際情況，為進一步分析變壓器鐵 也振動W及由振動引起噪聲提供依據。
[0007] 為了實現上述目的，本發明采用如下技術方案：
[0008] -種變壓器鐵芯振動噪聲分析方法，包括W下步驟：
[0009] (1)采集基礎數據；利用激光位移測量儀，對磁通密度分布均勻的娃鋼片進行磁 致伸縮測量，得到沿社制方向磁化和垂直于社制方向磁化時的娃鋼片磁致伸縮應變數據；
[0010] 似根據步驟（1)中采集到的數據擬合得到經驗公式，根據所述經驗公式得到娃 鋼片的磁致伸縮應變與外加磁場之間的關系；
[0011] (3)構建娃鋼片的等效磁致伸縮模型；采用彈性力學理論分析娃鋼片的應力與應 變本構關系；
[0012] (4)構建弱禪合模型，通過弱禪合模型確定由磁致伸縮引起的變壓器鐵芯的振 動；所述弱禪合模型通過禪合場分析方法對磁場和結構場分別進行求解，實現變壓器鐵芯 電-磁-結構H場的禪合，驗證等效磁致伸縮力模型的精確度；
[0013] (5)根據娃鋼片的等效磁致伸縮模型，得到模型中各個節點處所受的等效磁致伸 縮力大小，使得對變壓器磁致伸縮變形的模擬更接近實際情況，為進一步分析變壓器鐵也 振動W及由振動引起噪聲提供依據。
[0014] 所述步驟（2)中擬合得到的經驗公式具體為：
[00巧] Ex =去X公A，巧X = 2i;
[0016] ￡、= k、B\幻y = 2i;
[0017]eX，ey，ky，ky，n,，riy其中，eX是X方向的磁致伸縮應變，ey是y方向的磁致;伸 縮應變，k,是X方向的磁致伸縮系數，ky是y方向的磁致伸縮系數，^是X方向不同磁化頻 率下的權值，ny是y方向不同磁化頻率下的權值，i是自然數；ky、ky、ny、ny的值均通過實驗 數據擬合得到。
[0018] 所述步驟（3)中構建的娃鋼片的等效磁致伸縮模型具體為：
【權利要求】
1. 一種變壓器鐵芯振動噪聲分析方法，其特征是，包括以下步驟： (1) 采集基礎數據：利用激光位移測量儀，對磁通密度分布均勻的硅鋼片進行磁致伸 縮測量，得到沿軋制方向磁化和垂直于軋制方向磁化時的硅鋼片磁致伸縮應變數據； (2) 根據步驟（1)中采集到的數據擬合得到經驗公式，根據所述經驗公式得到硅鋼片 的磁致伸縮應變與外加磁場之間的關系； (3) 構建硅鋼片的等效磁致伸縮模型：采用彈性力學理論分析硅鋼片的應力與應變本 構關系； (4) 構建弱耦合模型，通過弱耦合模型確定由磁致伸縮引起的變壓器鐵芯的振動； 所述弱耦合模型通過耦合場分析方法對磁場和結構場分別進行求解，實現變壓器鐵芯 電-磁-結構三場的耦合，驗證等效磁致伸縮力模型的精確度； (5) 根據硅鋼片的等效磁致伸縮模型，得到模型中各個節點處所受的等效磁致伸縮力 大小，使得對變壓器磁致伸縮變形的模擬更接近實際情況，為進一步分析變壓器鐵心振動 以及由振動引起噪聲提供依據。
2. 如權利要求1所述的一種變壓器鐵芯振動噪聲分析方法，其特征是，所述步驟（2)中 擬合得到的經驗公式具體為： &二欠召' = 2i ； Sy - k B- 2-Z ； ￡!￡，￡7，1^，1^，11!￡，117其中，￡ !￡是1方向的磁致伸縮應變，￡7是7方向的磁致伸縮應 變，kx是X方向的磁致伸縮系數，ky是y方向的磁致伸縮系數，nx是X方向不同磁化頻率下 的權值，ny是7方向不同磁化頻率下的權值，i是自然數；!^、!^、!^、!^的值均通過實驗數據 擬合得到。
3. 如權利要求1所述的一種變壓器鐵芯振動噪聲分析方法，其特征是，所述步驟（3)中 構建的硅鋼片的等效磁致伸縮模型具體為：
其中，OxS X方向的正應力，Oy為y方向的正應力，Txy為垂直于xy平面的切應力， u xy是表示X方向變形引起y方向變形關系的泊松比，u yx是表示y方向變形引起X方向變 形關系的泊松比，Ex是X方向的彈性模量，Ey是y方向的彈性模量，Gxy是垂直于xy平面的 剪切模量，^是1方向的正應變，％是7方向的正應變，Yxy是垂直于xy平面的切應變； 假如只考慮硅鋼平面內的磁化現象，則切應力Txy與切應變Yxy為零； 在彈性力學理論里，應力的量綱為Pa,因此需要將應力轉化為力，具體公式如下： f = 〇 A 其中A是施加力的截面面積，〇為正應力。
4. 如權利要求1所述的一種變壓器鐵芯振動噪聲分析方法，其特征是，所述步驟（4)中 對磁場和結構場分別進行求解的方法為： 先給定一個初始位移變形，利用公式[S] [A] = [J]求得該變形下的磁場分布與相應地 等效磁致伸縮力分布，然后將等效磁致伸縮力代入公式[K][U] = [F]，求得結構場變形，并 將該變形結果代入磁場，對其初始位移變形進行修正直至結構收斂為止。
5. 如權利要求1所述的一種變壓器鐵芯振動噪聲分析方法，其特征是，所述步驟（4)中 采用有限元分析的直接耦合與順序耦合相結合的方法具體為：電場與磁場之間采用直接耦 合，磁場與結構場之間采用順序耦合。
6. 如權利要求5所述的一種變壓器鐵芯振動噪聲分析方法，其特征是，所述電場與磁 場之間采用直接耦合場分析方法為： 選用CIRCU124單元和PLANE53單元對變壓器的幾何模型進行網格劃分，得到電場磁場 的直接耦合有限元模型； 采用CIRCU124單元搭建施加電場的外電路，將所述外電路節點與線圈單元節點相連 實現可控外電場的施加。 通過對PLANE53單元中關鍵字Kl的設定分別將所述有限元模型劃分為鐵芯單元、線圈 單元和空氣單元模型；線圈單元通過電場的加載產生磁場，線圈單元產生的磁場以鐵芯單 元為通路進行流通。
7. 如權利要求5所述的一種變壓器鐵芯振動噪聲分析方法，其特征是，所述磁場與結 構場之間采用順序耦合場分析方法為： 建立數據庫，所述數據庫中包含所有物理分析所需的節點和單元；對于每個單元或實 體模型圖元，定義一套屬性編號，所述屬性編號在所有物理分析中是不變的，但在每個物理 環境中，每個編號對應的實際的屬性不同； 在同一個數據庫中創建電磁場物理環境文件和結構場物理環境文件； 首先讀取電磁場物理環境文件，進行磁場環境求解；然后讀取結構場物理環境文件，讀 入所述磁場求解結果并利用等效磁致伸縮力模型進行計算，得到等效力作為載荷施加到結 構場節點上進行耦合求解，將得到的所述耦合求解的結果返回電磁場物理環境文件，修正 網格變形，進行循環求解，直至結果不再變化為止。
8. 如權利要求7所述的一種變壓器鐵芯振動噪聲分析方法，其特征是，所述創建電磁 場物理環境文件和結構場物理環境文件的方法為： 創建物理模型，將電磁場直接耦合過程中的單元與材料參數分配到所述物理模型上即 得到電磁場物理環境文件； 在電磁場環境文件的基礎上不改變單元與屬性編號，將需要進行結構場分析的部分 的相同編號下的參數修改為結構場參數，對不需進行結構場分析部分直接定義為NULL ELEMENT O記得到結構場物理環境文件。
【文檔編號】G01H17/00GK104359549SQ201410709102
【公開日】2015年2月18日 申請日期:2014年11月27日 優先權日:2014年11月27日
【發明者】李宏偉, 任玉保, 鄭壯壯, 鄭鑫, 張黎, 趙彤, 鄒亮 申請人:國家電網公司, 國網技術學院, 山東大學