基于ANSYS的電力變壓器鐵芯磁場分布的仿真研究

摘 要：本文以三相電力變壓器SSZ11-50000/110為仿真對象，僅從靜態角度對鐵芯磁場進行分析研究。通過在Fortran6.5環境下進行仿真求解和ANSYS直接求解，得到基本一致的磁力線分布圖，驗證了Fortran語言編寫的有限元程序的正確性和實用價值。

關鍵詞：電力變壓器；鐵心磁場；有限元法

中圖分類號：TM402 文獻標識碼：A 文章編號：1674-7712 （2014） 20-0000-02

一、研究背景

電磁場和損耗的研究是討論大型電力變壓器中電、磁、熱力各種因素及其相互作用的基礎。目前鐵芯磁場及鐵芯損耗、漏磁場及結構件中附加損耗的分布是變壓器電磁場研究的主要內容之一[1]。變壓器主磁場的磁路沿著鐵芯路徑閉合，全由鐵磁材料組成，磁通密度很大。本文以三相電力變壓器SSZ11-50000/110為仿真對象，僅從靜態角度對鐵芯磁場進行分析研究。

二、電磁場的有限元法

有限元法廣泛地應用于以拉普拉斯方程和泊松方程所描述的各類物理場中，其基本思想是：由解給定的泊松方程化為求解泛函的極值問題[2]。

三、三繞組電力變壓器的建模

（一）電力變壓器基本數據

電力變壓器型號為SSZ11-50000/110，聯結組標號為YN-yn0-d11，額定容量SN=50000KVA。高壓線圈接法YN，額定相電壓U1=110000V，額定相電流I1=262.4A，線圈絕緣內半徑r1=522mm，線圈絕緣外半徑R1=621mm。中壓線圈接法yn，額定相電壓U2=37500V，額定相電流I2=769.8A，線圈絕緣內半徑r2=427mm，線圈絕緣外半徑R2=484mm。低壓線圈接法d11，額定相電壓U3=10500V，額定相電流I3=1587.3A，線圈絕緣內半徑r3=338mm，線圈絕緣外半徑R3=397mm。假定線圈軸向尺寸相等，均為HK=1450mm。鐵芯三相三柱式，材料型號為B30P110，直徑D=640mm，中心距M0=1395mm，窗高HW=1620mm。

（二）ANSYS建模

材料號為：空氣-1，變壓器鐵芯-2，高壓線圈-3，中壓線圈-4，低壓線圈-5。空氣相對磁導率為1，變壓器鐵芯相對磁導率為3000，高中低壓相對磁導率為1，高壓線圈施加面電流，數值1000，-1000。使用ANSYS建出的變壓器模型如圖1、2所示，其中圖1為軸向橫截面圖，圖2為網格剖分圖。

四、仿真與求解

（一）Fortran6.5環境下進行編譯運算

VisualFortran6.5環境下進行運算結束后，將有限元計算結果得到的矢量磁位A，磁感應強度B等數據導入ANSYS程序中，可得有限元計算的結果如圖3、4、5所示。

（二）ANSYS直接求解

在ANSYS中將變壓器模型加入載荷和邊界條件直接求解，所得結果如圖6-8所示。

五、結束語

兩種方法得到的磁力線分布圖基本一致，驗證了Fortran語言編寫的有限元程序的正確性和實用價值。

本文通過對變壓器主磁場（鐵芯磁場）的靜態分析，為今后分析大型電力變壓器的漏磁場（由于漏磁場的路徑完全不同于鐵心磁場，其磁路大部分由非鐵磁材料組成，有的是通過繞組部分空間油隙閉合，有的是通過繞組部分空間油隙在經過油箱壁閉合等），以及對大型電力變壓器進行諧波磁場分析以及動態分析提供了很好的依據。

參考文獻：

[1]閆學勤，杜勇，梁嵐珍.基于ANSYS的電力變壓器鐵芯磁場與漏磁場分布的仿真研究[J].新疆大學學報（自然科學版）：2005（03）.

[2]王澤忠.簡明電磁場數值計算[M].北京：機械工業出版社，2011.

[3]閻照文.ANSYS10.0工程電磁分析技術與實例詳解[M].北京：中國水利水電出版社，2006.

[作者簡介]王東杰（1988-），女，河北保定人，技術管理，專科，研究方向：大型變電力變壓器建模與仿真；任必興（1988-），男，河北保定人，碩士，研究方向：電機內的電磁場數值計算。