(19)國(guó)家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局(12)發(fā)明專利(10)授權(quán)公告號(hào)CN120105829B(21)申請(qǐng)?zhí)?02510583254.9(22)申請(qǐng)日2025.05.07(65)同一申請(qǐng)的已公布的文獻(xiàn)號(hào)申請(qǐng)公布號(hào)CN120105829A(43)申請(qǐng)公布日2025.06.06路28號(hào)(74)專利代理機(jī)構(gòu)西安通大專利代理有限責(zé)任公司61200(56)對(duì)比文件權(quán)利要求書(shū)2頁(yè)說(shuō)明書(shū)7頁(yè)附圖3頁(yè)(54)發(fā)明名稱一種高能故障下電力變壓器結(jié)構(gòu)失效計(jì)算方法及相關(guān)設(shè)備(57)摘要本發(fā)明公開(kāi)了一種高能故障下電力變壓器結(jié)構(gòu)失效計(jì)算方法及相關(guān)設(shè)備，屬于電力變壓器結(jié)構(gòu)失效計(jì)算技術(shù)領(lǐng)域，首先搭建電力變壓器三維幾何模型，電力變壓器三維幾何模型包括液體域模型和固體域模型，對(duì)液體域模型和固體域模型進(jìn)行網(wǎng)格剖分，得到網(wǎng)格液體域模型和網(wǎng)格固體域模型，然后基于網(wǎng)格液體域模型，計(jì)算高能電弧故障油壓載荷，基于高能電弧故障油壓載荷獲取網(wǎng)格固體域模型的結(jié)構(gòu)應(yīng)變，模擬了電力變壓器在高能電弧故障沖擊下的狀態(tài)，基于網(wǎng)格固體域模型的結(jié)構(gòu)應(yīng)變獲得電力變壓器的失效行為，最后對(duì)電力變壓器的失效行為進(jìn)行評(píng)估和分21.一種高能故障下電力變壓器結(jié)構(gòu)失效計(jì)算方法，其特征在于，包括：搭建電力變壓器三維幾何模型，所述電力變壓器三維幾何模型包括液體域模型和固體域模型，對(duì)液體域模型和固體域模型進(jìn)行網(wǎng)格剖分，得到網(wǎng)格液體域模型和網(wǎng)格固體域?；诰W(wǎng)格液體域模型，計(jì)算高能電弧故障油壓載荷；基于高能電弧故障油壓載荷獲取網(wǎng)格固體域模型的結(jié)構(gòu)應(yīng)變；基于網(wǎng)格固體域模型的結(jié)構(gòu)應(yīng)變獲得電力變壓器的失效行為；對(duì)電力變壓器的失效行為進(jìn)行評(píng)估和分析；其中，基于網(wǎng)格固體域模型的結(jié)構(gòu)應(yīng)變獲得電力變壓器的失效行為的步驟具體：基于網(wǎng)格固體域模型的結(jié)構(gòu)應(yīng)變描述電力變壓器結(jié)構(gòu)失效運(yùn)動(dòng)過(guò)程的顯式動(dòng)力學(xué)方程，配置網(wǎng)格固體域模型的求解器、求解步長(zhǎng)和求解時(shí)間，基于電力變壓器結(jié)構(gòu)失效運(yùn)動(dòng)過(guò)程的顯式動(dòng)力學(xué)方程計(jì)算電力變壓器的失效行為；電力變壓器結(jié)構(gòu)失效運(yùn)動(dòng)過(guò)程的顯式動(dòng)力學(xué)方程為：2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高能故障下電力變壓器結(jié)構(gòu)失效計(jì)算方法，其特征在于，3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高能故障下電力變壓器結(jié)構(gòu)失效計(jì)算方法，其特征在于，計(jì)算高能電弧故障油壓載荷的步驟具體為：模擬高能電弧故障狀態(tài)，根據(jù)Navier-Stokes方程獲得電弧故障下網(wǎng)格液體域模型的氣泡動(dòng)力學(xué)方程，再設(shè)置網(wǎng)格液體域模型的流場(chǎng)求解器，基于電弧故障下網(wǎng)格液體域模型的氣泡動(dòng)力學(xué)方程求解高能電弧故障油壓載荷。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高能故障下電力變壓器結(jié)構(gòu)失效計(jì)算方法，其特征在于，基于高能電弧故障油壓載荷獲取網(wǎng)格固體域模型的結(jié)構(gòu)應(yīng)變的步驟具體為：將高能電弧故障油壓載荷加載至網(wǎng)格固體域模型，然后設(shè)置網(wǎng)格固體域模型的材料屬性、載荷邊界條件、求解時(shí)間和計(jì)算步長(zhǎng)，確保計(jì)算結(jié)果收斂，然后添加網(wǎng)格固體域模型的材料本構(gòu)關(guān)系，基于網(wǎng)格固體域模型的材料本構(gòu)關(guān)系、載荷邊界條件、求解時(shí)間和計(jì)算步長(zhǎng)，采用Johnson-Cook本構(gòu)模型描述網(wǎng)格固體域模型的結(jié)構(gòu)應(yīng)變。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種高能故障下電力變壓器結(jié)構(gòu)失效計(jì)算方法，其特征在于，3Johnson-Cook本構(gòu)模型為：應(yīng)變，為等效應(yīng)變速率，o為相對(duì)應(yīng)變速率，T*為相對(duì)溫度，T*的計(jì)算公式為：6.一種高能故障下電力變壓器結(jié)構(gòu)失效計(jì)算系統(tǒng)，其特征在于，包括：模型建立模塊：用于搭建電力變壓器三維幾何模型，所述電力變壓器三維幾何模型包括液體域模型和固體域模型，對(duì)液體域模型和固體域模型進(jìn)行網(wǎng)格剖分，得到網(wǎng)格液體域模型和網(wǎng)格固體域模型；計(jì)算模塊：用于基于網(wǎng)格液體域模型，計(jì)算高能電弧故障油壓載荷；配置模塊：用于基于高能電弧故障油壓載荷獲取網(wǎng)格固體域模型的結(jié)構(gòu)應(yīng)變；失效行為獲取模塊：用于基于網(wǎng)格固體域模型的結(jié)構(gòu)應(yīng)變獲得電力變壓器的失效行評(píng)估分析模塊：用于對(duì)電力變壓器的失效行為進(jìn)行評(píng)估和分析；其中，基于網(wǎng)格固體域模型的結(jié)構(gòu)應(yīng)變獲得電力變壓器的失效行為的步驟具體：基于網(wǎng)格固體域模型的結(jié)構(gòu)應(yīng)變描述電力變壓器結(jié)構(gòu)失效運(yùn)動(dòng)過(guò)程的顯式動(dòng)力學(xué)方程，配置網(wǎng)格固體域模型的求解器、求解步長(zhǎng)和求解時(shí)間，基于電力變壓器結(jié)構(gòu)失效運(yùn)動(dòng)過(guò)程的顯式動(dòng)力學(xué)方程計(jì)算電力變壓器的失效行為；電力變壓器結(jié)構(gòu)失效運(yùn)動(dòng)過(guò)程的顯式動(dòng)力學(xué)方程為：其中，0ij為固體域柯西應(yīng)力張量，其中i和j分別表示應(yīng)力張量的兩個(gè)方向，Ps為材料密7.一種計(jì)算機(jī)設(shè)備，包括存儲(chǔ)器、處理器以及存儲(chǔ)在所述存儲(chǔ)器中并可在所述處理器上運(yùn)行的計(jì)算機(jī)程序，其特征在于，所述處理器執(zhí)行所述計(jì)算機(jī)程序時(shí)實(shí)現(xiàn)如權(quán)利要求1至5任一項(xiàng)所述一種高能故障下電力變壓器結(jié)構(gòu)失效計(jì)算方法的步驟。8.一種計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)，所述計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)存儲(chǔ)有計(jì)算機(jī)程序，其特征在于，所述計(jì)算機(jī)程序被處理器執(zhí)行時(shí)實(shí)現(xiàn)如權(quán)利要求1至5任一項(xiàng)所述一種高能故障下電力變壓器結(jié)構(gòu)失效計(jì)算方法的步驟。4[0007]搭建電力變壓器三維幾何模型，所述電力變壓器三維幾何模型包括液體域模型和域模型；5[0016]優(yōu)選地，計(jì)算高能電弧故障油壓載荷的步驟具[0017]模擬高能電弧故障狀態(tài)，根據(jù)Navier-Stokes方程獲得電弧故障下網(wǎng)格液體域模型的氣泡動(dòng)力學(xué)方程，再設(shè)置網(wǎng)格液體域模型的流場(chǎng)求解器，基于電弧故障下網(wǎng)格液體域模型的氣泡動(dòng)力學(xué)方程求解高能電弧故障油壓載荷。[0018]優(yōu)選地，基于高能電弧故障油壓載荷獲取網(wǎng)格固體域模型的結(jié)構(gòu)應(yīng)變的步驟具體[0019]將高能電弧故障油壓載荷加載至網(wǎng)格固體域模型，然后設(shè)置網(wǎng)格固體域模型的材料屬性、載荷邊界條件、求解時(shí)間和計(jì)算步長(zhǎng)，確保計(jì)算結(jié)果收斂，然后添加網(wǎng)格固體域模型的材料本構(gòu)關(guān)系，基于網(wǎng)格固體域模型的材料本構(gòu)關(guān)系、載荷邊界條件、求解時(shí)間和計(jì)算步長(zhǎng)，采用Johnson-Cook本構(gòu)模型描述網(wǎng)格固體域模型的結(jié)構(gòu)應(yīng)變。塑性應(yīng)變，為等效應(yīng)變速率，o為相對(duì)應(yīng)變速率，T*為相對(duì)溫度，T*的計(jì)算公式為：[0025]優(yōu)選地，基于網(wǎng)格固體域模型的結(jié)構(gòu)應(yīng)變獲得電力變壓器的失效行為的步驟具[0026]基于網(wǎng)格固體域模型的結(jié)構(gòu)應(yīng)變描述電力變壓器結(jié)構(gòu)失效運(yùn)動(dòng)過(guò)程的顯式動(dòng)力學(xué)方程，配置網(wǎng)格固體域模型的求解器、求解步長(zhǎng)和求解時(shí)間，基于電力變壓器結(jié)構(gòu)失效運(yùn)動(dòng)過(guò)程的顯式動(dòng)力學(xué)方程計(jì)算電力變壓器的失效行為。[0027]優(yōu)選地，電力變壓器結(jié)構(gòu)失效運(yùn)動(dòng)過(guò)程的顯式動(dòng)力學(xué)方程為：[0028]σij+ρsf?=ρsfu?(i,j=1,2[0029]其中，0ij為固體域柯西應(yīng)力張量，其中i和j分別表示應(yīng)力張量的兩個(gè)方向，Ps為[0030]一種高能故障下電力變壓器結(jié)構(gòu)失效計(jì)算系統(tǒng)，[0031]模型建立模塊：用于搭建電力變壓器三維幾何模型，所述電力變壓器三維幾何模型包括液體域模型和固體域模型，對(duì)液體域模型和固體域模型進(jìn)行網(wǎng)格剖分，得到網(wǎng)格液體域模型和網(wǎng)格固體域模型；[0033]配置模塊：用于基于高能電弧故障油壓載荷獲取網(wǎng)格固體域模型的結(jié)構(gòu)應(yīng)變；[0034]失效行為獲取模塊：用于基于網(wǎng)格固體域模型的結(jié)構(gòu)應(yīng)變獲得電力變壓器的失效6[0035]評(píng)估分析模塊：用于對(duì)電力變壓器的失效行為進(jìn)行評(píng)估和分析。[0036]一種計(jì)算機(jī)設(shè)備，包括存儲(chǔ)器、處理器以及存儲(chǔ)在所述存儲(chǔ)器中并可在所述處理器上運(yùn)行的計(jì)算機(jī)程序，所述處理器執(zhí)行所述計(jì)算機(jī)程序時(shí)實(shí)現(xiàn)一種高能故障下電力變壓器結(jié)構(gòu)失效計(jì)算方法的步驟。[0037]一種計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)，所述計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)存儲(chǔ)有計(jì)算機(jī)程序，所述計(jì)算機(jī)程序被處理器執(zhí)行時(shí)實(shí)現(xiàn)一種高能故障下電力變壓器結(jié)構(gòu)失效計(jì)算方法的步驟。[0038]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果：本發(fā)明提供了一種高能故障下電力變壓器結(jié)構(gòu)失效計(jì)算方法，首先搭建電力變壓器三維幾何模型，電力變壓器三維幾何模型包括液體域模型和固體域模型，對(duì)液體域模型和固體域模型進(jìn)行網(wǎng)格剖分，得到網(wǎng)格液體域模型和網(wǎng)格固體域模型，然后基于網(wǎng)格液體域模型，計(jì)算高能電弧故障油壓載荷，基于高能電弧故障油壓載荷獲取網(wǎng)格固體域模型的結(jié)構(gòu)應(yīng)變，模擬了電力變壓器在高能電弧故障沖擊下的狀態(tài)，基于網(wǎng)格固體域模型的結(jié)構(gòu)應(yīng)變獲得電力變壓器的失效行為，最后對(duì)電力變壓器的失效行為進(jìn)行評(píng)估和分析，提高了電力變壓器在高能電弧故障下的結(jié)構(gòu)響應(yīng)評(píng)估的準(zhǔn)確性。附圖說(shuō)明[0039]圖1為本發(fā)明實(shí)施例的油浸式變壓器有限元網(wǎng)格模型圖。[0040]圖2為本發(fā)明實(shí)施例的一種高能故障下電力變壓器結(jié)構(gòu)失效計(jì)算方法流程圖。[0041]圖3為本發(fā)明實(shí)施例的故障發(fā)生后不同時(shí)間油箱內(nèi)部油壓分布云圖，其中a為t=[0042]圖4為本發(fā)明實(shí)施例的故障發(fā)生后不同時(shí)間油箱結(jié)構(gòu)應(yīng)變分布云圖，其中a為t=[0043]圖5為本發(fā)明實(shí)施例的焊縫應(yīng)變-時(shí)間曲線圖。[0044]圖6為本發(fā)明實(shí)施例的一種高能故障下電力變壓器結(jié)構(gòu)失效計(jì)算系統(tǒng)框圖。具體實(shí)施方式[0045]為使本發(fā)明實(shí)施例的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例。通常在此處附圖中描述和示出的本發(fā)明實(shí)施例的組件可以以各種不同的配置來(lái)布置和設(shè)計(jì)。[0046]因此，以下對(duì)在附圖中提供的本發(fā)明的實(shí)施例的詳細(xì)描述并非旨在限制要求保護(hù)的本發(fā)明的范圍，而是僅僅表示本發(fā)明的選定實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有作出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范[0047]應(yīng)注意到：相似的標(biāo)號(hào)和字母在下面的附圖中表示類個(gè)附圖中被定義，則在隨后的附圖中不需要對(duì)其進(jìn)行進(jìn)一步定義和解釋。[0048]為了使本領(lǐng)域的技術(shù)人員更好地理解本發(fā)明的技術(shù)方案，下面將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)介紹。7[0049]如圖2所示，本發(fā)明提供了一種基于顯式動(dòng)力學(xué)的高能故障下電力變壓器結(jié)構(gòu)失[0050](1)搭建電力變壓器三維幾何模型，所述電力變壓器三維幾何模型包括液體域模型和固體域模型，對(duì)液體域模型和固體域模型進(jìn)行網(wǎng)格剖分，得到網(wǎng)格液體域模型和網(wǎng)格固體域模型；[0051](2)基于網(wǎng)格液體域模型，計(jì)算高能電弧[0052](3)基于高能電弧故障油壓載荷獲取網(wǎng)格固體域模型的結(jié)構(gòu)應(yīng)變；[0053](4)基于高能電弧故障油壓載荷獲取網(wǎng)格固體域模型的結(jié)構(gòu)應(yīng)變；[0054]5)對(duì)電力變壓器的失效行為進(jìn)行評(píng)估和分析。[0055]進(jìn)一步的，所述步驟(1)具體為：基于Spaceclaim軟件搭建電力變壓器三維幾何模型的液體域模型和固體域模型；[0056]進(jìn)一步的，利用Meshing軟件選擇OctreeMethod函數(shù)搭建電力變壓器三維幾何模型，對(duì)液體域模型和固體域模型進(jìn)行網(wǎng)格剖分，得到網(wǎng)格液體域模型和網(wǎng)格固體域模型，網(wǎng)格固體域模型被剖分為359612個(gè)網(wǎng)格單元和124323個(gè)節(jié)點(diǎn)，如圖1所示。[0058]將網(wǎng)格液體域模型采用RNGk-ε湍流模型(Re-NormalizationGroupk-ε[0062]R的具體表達(dá)式為：湍流動(dòng)能。[0065]進(jìn)一步的，模擬高能電弧故障狀態(tài)，高能電弧故障油壓載荷通過(guò)電弧故障下網(wǎng)格液體域模型的氣泡動(dòng)力學(xué)方程得到，電弧故障下網(wǎng)格液體域模型的氣泡動(dòng)力學(xué)方程根據(jù)Navier-Stokes方程獲得。Navier-Stokes方程的計(jì)算公式為：8[0077]將步驟(2)計(jì)算的油壓載荷加載至網(wǎng)格固體域模型，具體為網(wǎng)格固體域模型的油[0086]σij+ρsf?=ρsū?(i,j=1,29[0088]配置網(wǎng)格固體域模型的求解器、求解步長(zhǎng)及求解時(shí)間，計(jì)算電力變壓器的失效行[0090]基于ANSYSWorkbench仿真平臺(tái)自帶的后處理工具觀察應(yīng)力、應(yīng)變、位移等關(guān)鍵參數(shù)的分布情況與演變規(guī)律，判斷電力變壓器油箱結(jié)構(gòu)在高能電弧故障下的薄弱點(diǎn)。[0091]圖3展示了大型油浸式電力變壓器在高能電弧故障下的內(nèi)部油壓分布云圖，可以看到，故障發(fā)生后52ms,油箱內(nèi)部油壓急劇升高，局部壓力峰值可達(dá)2.5MPa。圖4給出了電力變壓器油箱結(jié)構(gòu)的應(yīng)變分布云圖，揭示了油壓沖擊對(duì)變壓器油箱結(jié)構(gòu)的破壞效應(yīng)。應(yīng)變分布隨著時(shí)間的推移逐漸擴(kuò)展，最大應(yīng)變值出現(xiàn)在底部焊縫處，該區(qū)域也成為最早出現(xiàn)撕裂破壞的位置。圖5則詳細(xì)展示了焊縫處應(yīng)變隨時(shí)間的變化情況，故障發(fā)生后，應(yīng)變迅速增箱底部焊縫是內(nèi)部高能電弧故障下油箱結(jié)構(gòu)的薄弱環(huán)節(jié)。油箱結(jié)構(gòu)在數(shù)十毫秒內(nèi)沿著應(yīng)力集中方向破裂，最終導(dǎo)致壁面整體撕裂失效。通過(guò)對(duì)壓力、應(yīng)力和應(yīng)變的綜合分析，本研究有效揭示了電力變壓器在高能電弧故障下的失效機(jī)制，為后續(xù)的防爆設(shè)計(jì)改進(jìn)提供了技術(shù)支撐。[0092]如圖6所示，本發(fā)明又一實(shí)施例提供了一種高能故障下電力變壓器結(jié)構(gòu)失效計(jì)算[0093]模型建立模塊：用于搭建電力變壓器三維幾何模型，所述電力變壓器三維幾何模型包括液體域模型和固體域模型，對(duì)液體域模型和固體域模型進(jìn)行網(wǎng)格剖分，得到網(wǎng)格液體域模型和網(wǎng)格固體域模型；[0094]計(jì)算模塊：用于基于網(wǎng)格液體域模型，計(jì)算高能電弧故障油壓載荷；[0095]配置模塊：用于基于高能電弧故障油壓載荷獲取網(wǎng)格固體域模型的結(jié)構(gòu)應(yīng)變；[0096]失效行為獲取模塊：用于基于網(wǎng)格固體域模型的結(jié)構(gòu)應(yīng)變獲得電力變壓器的失效行為；[0097]評(píng)估分析模塊：用于對(duì)電力變壓器的失效行為進(jìn)行評(píng)估和分析。[0098]本發(fā)明一實(shí)施例提供的終端設(shè)備。該實(shí)施例的終端設(shè)備包括：處理器、存儲(chǔ)器以及存儲(chǔ)在所述存儲(chǔ)器中并可在所述處理器上運(yùn)行的計(jì)算機(jī)程序。所述處理器執(zhí)行所述計(jì)算機(jī)程序時(shí)實(shí)現(xiàn)上述各個(gè)方法實(shí)施例中的步驟?；蛘撸鎏幚砥鲌?zhí)行所述計(jì)算機(jī)程序時(shí)實(shí)現(xiàn)上述各裝置實(shí)施例中各模塊/單元的功能。[0099]所述計(jì)算機(jī)程序可以被分割成一個(gè)或多個(gè)模塊/單元，所述一個(gè)或者多個(gè)模塊/單元被存儲(chǔ)在所述存儲(chǔ)器中，并由所述處理器執(zhí)行，以完成本發(fā)明。[0100]所述終端設(shè)備可以是桌上型計(jì)算機(jī)、筆記本、掌上電腦及云端服務(wù)器等計(jì)算設(shè)備。[0101]所述處理器可以是中央處理單元(CentralProcessingUnit,CPU),還可以是其他通用處理器、數(shù)字信號(hào)處理器(DigitalSignalProcessor,DSP)、專用集成電路(ApplicationSpecificIntegratedCircuit,ASIC)、現(xiàn)成可編程門陣列(Field-ProgrammableGateArray,FPGA)或者其他可編程邏輯器件、分立門或者晶體管邏輯器件、分立硬件組件等。[0102]所述存儲(chǔ)器可用于存儲(chǔ)所述計(jì)算機(jī)程序和/或模塊，所述處理器通過(guò)運(yùn)行或執(zhí)行存儲(chǔ)在所述存儲(chǔ)器內(nèi)的計(jì)算機(jī)程序和/或模塊，以及調(diào)用存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器內(nèi)的數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)所述終端設(shè)備的各種功能。[0103]所述終端設(shè)備集成的模塊/單元如果以軟件功能單元的形式實(shí)現(xiàn)并作為獨(dú)立的產(chǎn)品銷售或使用時(shí)，可以存儲(chǔ)在一個(gè)計(jì)算機(jī)可讀取存儲(chǔ)介質(zhì)中。基于這樣的理解，本發(fā)明實(shí)現(xiàn)上述實(shí)施例方法中的全部或部分流程，也可以通過(guò)計(jì)算機(jī)程序來(lái)指令相關(guān)的硬件來(lái)完成，所述的計(jì)算機(jī)程序可存儲(chǔ)于一計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)中，該計(jì)算機(jī)程序在被處理器執(zhí)行時(shí)，可實(shí)現(xiàn)上述各個(gè)方法實(shí)施例的步驟。其中，所述計(jì)算機(jī)程序包括計(jì)算機(jī)程序代碼，所述計(jì)算機(jī)程序代碼可以為