(19)中华 人民共和国 国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202111415922.5 (22)申请日 2021.11.25 (71)申请人 广西电网有限责任公司电力科 学研 究院 地址 530023 广西壮 族自治区南宁市民主 路6-2号 (72)发明人 陈梁远　黎大健　余长厅　赵坚　 张磊　 (74)专利代理 机构 南宁东智知识产权代理事务 所(特殊普通 合伙) 45117 代理人 黎华艳 (51)Int.Cl. G06F 30/23(2020.01) G06F 113/04(2020.01) G06F 119/04(2020.01)G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 三维有限元多物理场高压并联电抗器机械 疲劳的计算方法 (57)摘要 本发明属于电力技术领域， 提供了一种三维 有限元多物理场高压并联电抗器机械疲劳的计 算方法， 包括步骤： 获取电抗器机械结构参数和 电气参数； 根据电抗器机械结构参数和电气参数 建立含铁芯、 绕组、 油箱、 夹件的三维有限元模 型； 设置三维有限元模型的参数； 设置物理场； 计 算高压并联电抗器内部的磁场分布； 计算铁芯的 磁致伸缩分布； 计算铁芯饼的麦克斯韦应力张 量； 计算绕组的洛伦兹力； 计算高压并联电抗器 油箱的振动应力； 将计算得到的振动应力作用于 电抗器， 得到电抗器结构 件在磁场效应作用下的 形变量计算结果， 生成应力分布图； 观察应力分 布图， 计算电抗器结构件容易发生机械疲劳的部 位， 预测设备投运后可能出现机 械故障的位置 。 权利要求书1页 说明书5页 附图2页 CN 114218821 A 2022.03.22 CN 114218821 A 1.三维有限元多物理场高压并联电抗器机械疲劳的计算方法， 其特征在于： 包括以下 步骤： 步骤1： 获取电抗器机 械结构参数和电气参数； 步骤2： 根据电抗器机械结构参数和电气参数建立含铁芯、 绕组、 油箱、 夹件的三维有限 元模型； 步骤3： 设置三维有限元模型的参数； 步骤4： 设置物理场； 步骤5： 计算高压并联电抗器内部的磁场分布； 步骤6： 计算铁芯的磁致伸缩分布； 步骤7： 计算铁芯饼的麦克斯韦应力张量； 步骤8： 计算绕组的洛伦兹力； 步骤9： 计算高压并联电抗器油箱的振动应力； 步骤10： 将计算得到的振动应力作用于电抗器， 得到电抗器结构件在磁场效应作用下 的形变量计算结果， 生成应力分布图； 步骤11： 观察应力分布图， 计算电抗器结构件容 易发生机 械疲劳的部位。 2.根据权利要求1所述的三维有限元多物理场高压并联电抗器机械疲劳的计算方法， 其特征在于： 所述步骤1中的结构参数包括： 铁心窗口的尺寸、 绕组的尺寸、 夹件、 油箱的尺 寸。 3.根据权利要求2所述的三维有限元多物理场高压并联电抗器机械疲劳的计算方法， 其特征在于： 所述铁心窗口 的尺寸包括铁心窗口 的长、 宽和高； 所述绕组的尺寸包括绕组的高度、 内径、 外径； 所述夹件的尺寸包括夹件的长、 宽、 高、 厚度； 所述油箱的尺寸包括油箱的长、 宽、 高、 厚度。 4.根据权利要求1所述的三维有限元多物理场高压并联电抗器机械疲劳的计算方法， 其特征在于： 所述电气参数包括电抗器的额定电流。 5.根据权利要求1所述的三维有限元多物理场高压并联电抗器机械疲劳的计算方法， 其特征在于： 所述 步骤3中设置参数 具体包括： 设置材 料属性和线圈中的电流。 6.根据权利要求5所述的三维有限元多物理场高压并联电抗器机械疲劳的计算方法， 其特征在于： 所述材料属性包括铁心饱和磁化强度和最大磁致伸缩系数， 线圈导线电导率， 夹件、 油 箱的磁导 率。 7.根据权利要求1所述的三维有限元多物理场高压并联电抗器机械疲劳的计算方法， 其特征在于： 所述步骤4中设置物理场为瞬态场， 求解器设置为瞬态求解器， 求解时间和求 解步长为[0:1e ‑5:0.02]s。 8.根据权利要求1所述的三维有限元多物理场高压并联电抗器机械疲劳的计算方法， 其特征在于： 所述 步骤5中采用COMSOL有限元 软件计算高压并联电抗器内部磁场分布。 9.根据权利要求1所述的三维有限元多物理场高压并联电抗器机械疲劳的计算方法， 其特征在于： 所述 步骤11中应力最大处即为电抗器结构件容 易发生机 械疲劳的部位。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 114218821 A 2三维有限元多物理场高压并联电抗 器机械疲劳的计算方 法 技术领域 [0001]本发明属于电力技术领域， 特别是涉及三维有限元多物理场高压并联电抗器机械 疲劳的计算方法。 背景技术 [0002]高压电网是我国现有电网的核心， 无功平衡是高压电网设计的关键技术之一， 高 压并联电抗器是实现这一技术的关键设备。 高压并联电抗器是电力系统中重要的无功补偿 设备， 对电力系统的安作用。 近年来全国范围内有多台高压并联电抗器处于异常状态或发 生故障， 因此对高压并联电抗器开展故障诊断具有十分重要的意义。 根据发生故障的高压 并联电抗器解体报告， 高压并联电抗器主要故障形式为内部紧固件松动， 产生局部悬浮电 位， 进而产生异常的局部放电、 乙炔增高， 最终导 致设备停运。 [0003]据相关资料显示， 目前常见的高压并联电抗器状态评估方法有油色谱法、 特高频 法、 超声法， 这些方法在高压并联电抗器故障后期(出现绝缘缺陷)陷诊断方面表现出较高 的准确性， 但对于其早期机械故障难以及时诊断。 如果能在设备投运前找到设备可能出现 故障的薄弱点， 可能发生的疲劳状态， 设置相适应的安装方案、 制定合理的运维计划、 有目 的的检测 检修， 将对设备的故障预测、 诊断、 分析等带来极大便利， 对电力系统的全稳定运 行具有重要意 义。 [0004]中国发明公开申请CN111812426A针对目前高压并联电抗器机械故障诊断结果不 准确， 对测点和电压依赖性强的问题， 提供了一种基于振动相位分布的高压并联电抗器故 障诊断方法， 包括以下步骤， (1)在高压并联电抗器上确定被测区域并划分网格， 网格的交 点为测点； (2)确定参考信号； (3)测量被测点振动； (4)获得振动相位分布； (5)计算相位分 布偏差因子； 所述相位分布偏差因子大于0.2则为发生机械故障， 小于等于0.2则为未发生 机械故障。 该方法具有诊断结果准确性高， 诊断精度不受测点和电压影响的优点， 并且由于 采取了合适的测量策略， 使得测量过程中使用较少数量的传感器， 并且测量可重复性高， 适 合现场运维人员。 但是该方法只是对机械故障进行诊断， 而不是预测， 因此， 发明一种根据 设备机械结构和电气参数计算设备疲劳状态的计算方法具有重要意义， 该方法具有坚实的 工程背景和广阔的应用前 景。 发明内容 [0005]为了解决上述问题， 本发明提供了三维有限元多物理场高压并联电抗器机械疲劳 的计算方法， 能够利用高压并联电抗器 自身机械结构和电气参数计算疲劳状态， 预测可能 出现机械疲劳的位置 。 具体技术方案如下： [0006]三维有限元多物理场高压并联电抗器机械疲劳的计算方法， 包括以下步骤： 三维 有限元多物理场高压并联电抗器机 械疲劳的计算方法， 包括以下步骤： [0007]步骤1： 获取电抗器机 械结构参数和电气参数； [0008]步骤2： 根据电抗器机械结构 参数和电气参数建立含铁芯、 绕组、 油箱、 夹件的三维说　明　书 1/5 页 3 CN 114218821 A 3