Structural stochastic reliability of testing transformers with impulse current under short-circuit condition based on the magnetic field-circuit coupling

CHEN Zhiwei; WU Xuefeng; LI Xiaowei; PAN Zhongda; WU Xuyang

doi:10.16579/j.issn.1001.9669.2025.04.016

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Structural stochastic reliability of testing transformers with impulse current under short-circuit condition based on the magnetic field-circuit coupling

·Optimization·Reliability· | 更新时间：2025-04-25

- Structural stochastic reliability of testing transformers with impulse current under short-circuit condition based on the magnetic field-circuit coupling
- Journal of Mechanical Strength Vol. 47, Issue 4, Pages: 131-138(2025)
- 作者机构：
  
  国网浙江省电力有限公司金华供电公司，金华 321000
- 作者简介：
  
  CHEN Zhiwei, E-mail: yang196407@126.com
- 基金信息：
  
  National Natural Science Foundation of China(51777119);State Grid Zhejiang Electric Power Co., Ltd. Technology Project(CF058713002022002)
- DOI：10.16579/j.issn.1001.9669.2025.04.016
  CLC： TM41
- Received：31 August 2023，
  
  Revised：28 September 2023，
  
  Published：15 April 2025
- 稿件说明：
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陈志伟，吴雪峰，厉晓伟，等. 基于场路耦合的试验变压器短路冲击电流下结构随机可靠性［J］. 机械强度，2025，47（4）：131-138.

CHEN Zhiwei，WU Xuefeng，LI Xiaowei，et al. Structural stochastic reliability of testing transformers with impulse current under short-circuit condition based on the magnetic field-circuit coupling［J］. Journal of Mechanical Strength，2025，47（4）：131-138.
陈志伟，吴雪峰，厉晓伟，等. 基于场路耦合的试验变压器短路冲击电流下结构随机可靠性［J］. 机械强度，2025，47（4）：131-138. DOI： 10.16579/j.issn.1001.9669.2025.04.016.

CHEN Zhiwei，WU Xuefeng，LI Xiaowei，et al. Structural stochastic reliability of testing transformers with impulse current under short-circuit condition based on the magnetic field-circuit coupling［J］. Journal of Mechanical Strength，2025，47（4）：131-138. DOI： 10.16579/j.issn.1001.9669.2025.04.016.

摘要

短路工况下的冲击电流是影响试验变压器结构可靠性的关键因素。因此，提出了基于概率密度演化理论的变压器结构可靠性分析模型。首先，介绍了概率密度演化理论的基本原理，给出了磁-电耦合下短路工况绕组电磁力场分析方法。以此为基础，利用Abaqus软件有限元分析方法构建了变压器结构力学数值分析模型。以某AGF型20 kV试验变压器为例，对上述模型进行了论证，选取绕组纵向Mises应力为模型控制变量，给出了结构的应力分布特征和概率密度演化特征，计算了可靠度指标，并进一步讨论了铁芯和绕组的力学极值响应和分布区域。结果表明，短路冲击电流作用下绕组应力显著提升，可达阈值的82%左右，是影响可靠性的控制因素，提高变压器阻抗对于提升可靠性有显著影响。

Abstract

Impulse current under short-circuit condition is the key factor for the structural reliability of the testing transformer. Therefore

the structural reliability analysis model of transformers was proposed based on the probability density evolution theory. Firstly

the basic principle of probability density evolution theory was introduced

and the analysis method of electromagnetic force field for windings was given considering the coupling effects of magnetic and electric fields. On the basis， the numerical analysis model of transformers structure was constructed by using the Abaqus software finite element analysis method. Taking an AGF 20 kV testing transformer as an example

the above model was validated. The longitudinal Mises stress of windings was chosen as the control variable

and the stress distribution and probability density evolution characteristics were given. Then

the structural reliability index was calculated

and the extreme mechanical response and the corresponding distribution zones of windings and iron cores were discussed. The results show that the stress of windings increases significantly under the action of short-circuit impulse current. The maximum value of windings’stress reaches 82% of the threshold

and plays the key role in structural reliability

the increase of impedance has obvious influence on the reliability of transformers.

关键词

Keywords

references

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