基于 COMSOL 的三主柱特高压变压器短路磁–固耦合建模与应用

赵文彬1, 陈阳1, 杨舒然2
1上海电力大学电气工程学部,上海,中国
2上海电力大学数理学院,上海,中国
Publié en 2026

针对特高压变压器实际短路工况下电磁载荷难以直接获取、绕组与绝缘支撑结构受力关系复杂的问题,建立一种基于故障录波数据的三主柱特高压变压器磁–固单向耦合分析方法。以1000 kV等级单相自耦变压器三主柱主体变为研究对象,将现场故障录波经端口—绕组电流换算及三柱并联分流后,作为三类绕组的时变激励输入。在COMSOL Multiphysics中,采用AC/DC模块的磁场(Magnetic Fields)接口计算三维漏磁场及电磁力,利用均匀化多匝线圈和线圈几何分析实现三主柱绕组建模,并通过结构力学模块的固体力学(Solid Mechanics)接口将洛伦兹力密度传递至绕组结构,进一步结合选择集、局部柱坐标和测点实现绕组及支撑部件的分层后处理。结果表明,基于实际故障录波的三维磁–固耦合模型能够实现由故障电流、电磁场、电磁力到结构响应的连续传递;三主柱模型整体应力呈明显空间非均匀性,低压绕组及其对应撑条表现出较为明显的局部应力集中,反映出三维漏磁场及离散支撑结构对载荷传递的影响。研究表明,COMSOL Multiphysics能够有效统一实际故障数据、三维多物理场计算及结构响应分析,为特高压变压器短路故障复现、局部受力分析及不同工况下的模型复用提供可追溯的数值建模方法。

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