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| 編輯推薦： |
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本书梳理和归纳了电力变压器故障冲击问题的研究现状，结合理论研究介绍电力变压器故障冲击时的励磁特性和电磁场变化规律及其等效建模方法、电力变压器故障冲击时的温度场变化规律和温升对材料特性的影响及其等效建模方法、电力变压器故障冲击时绕组变形的弹塑性关系和失稳机理，结合工程案例介绍提高电力变压器故障冲击能力评估方法和提高抵抗能力的设计方法。
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| 內容簡介： |
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电力变压器是智能电网与能源互联网运行的关键组成部分。近年来电力变压器的故障率逐年上升，已成为电力行业急需解决的难题。这一现象主要源于电力系统容量持续增长，导致变压器承受的故障冲击负荷增加，使得其强度逐渐无法满足需求。现今需要更加可靠的与设计方法配套的理论知识，保障未来电网传输设备的安全。本书详细介绍了电力变压器承受故障冲击时的电磁特性、热特性和机械特性的机理和建模过程。（1）分析了电力变压器承受故障冲击过程中的电磁暂态问题，分别给出单相变压器和三相变压器故障冲击过程中电磁暂态过程的机理解释、数学模型及特性分析。然后，阐述了电力变压器承受故障冲击过程中电磁热耦合作用问题，包括电磁热耦合作用机理、温升的解析和数值计算模型及其求解方法。同时，分析了温度对材料力学特性的影响。（2）揭示了电力变压器承受故障冲击电磁-温度-结构场耦合作用机理，包括故障冲击和多次故障冲击工况下，绕组的弹塑性、屈曲形变机理及其数学模型和求解方法。（3）针对工程实践需要的强度校核、稳定性设计和层间状态问题，分别进行了论述。分享了采用前沿机器学习方法的故障状态辨识实践应用案例和工程设计实践案例，包括承载力设计的方法和准则、深度学习赋能绕组层间强度问题的模型设置等内容。本书内容面向电气类相关专业计算机仿真、数字孪生技术、变压器设计与分析、多物理场耦合领域研究生和科研人员，以及变压器产品研发设计人员。
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| 目錄：
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第1章 电力变压器故障冲击问题概述/001
1.1 背景和意义/001
1.2 研究进展/004
1.3 本书的结构安排/007
第2章 电力变压器故障冲击电磁特性/008
2.1 概述/008
2.2 单相变压器故障冲击/008
2.3 三相变压器故障冲击/015
参考文献/025
第3章 电力变压器故障冲击热特性/026
3.1 概述/026
3.2 故障冲击绕组温升计算/026
3.3 绕组区域温度场计算与分析/036
3.4 温升对弹性模量的影响/039
参考文献/040
第4章 电力变压器绕组故障冲击力学特性/041
4.1 概述/041
4.2 绕组弹塑性变形机理/042
4.3 故障冲击绕组弹塑性变形/044
4.4 变压器绕组弹塑性变形计算/051
参考文献/059
第5章 电力变压器绕组稳定性分析/060
5.1 概述/060
5.2 绕组辐向屈曲机理/061
5.3 绕组失稳破坏机理/073
5.4 绕组辐向弹塑性稳定性/076
参考文献/079
第6章 电力变压器多次故障冲击累积电磁特性/080
6.1 概述/080
6.2 多次故障冲击过程/081
6.3 变压器多次故障冲击电磁特性/096
6.4 案例/102
参考文献/105
第7章 电力变压器多次故障冲击累积机械特性/106
7.1 概述/106
7.2 多次故障冲击绕组弹塑性变形/107
7.3 变压器多次故障冲击绕组变形计算/119
参考文献/127
第8章 电力变压器绕组层间强度问题机器学习方法/128
8.1 概述/128
8.2 电压电流特征分析/130
8.3 端口信号数据集整理/141
8.4 卷积神经网络算法/144
8.5 卷积神经网络设计/149
参考文献/153
第9章 电力变压器绕组强度的工程计算/154
9.1 概述/154
9.2 绕组强度轴向计算/155
9.3 绕组强度辐向计算/160
第10章 电力变压器绕组承载力设计案例/164
10.1 概述/164
10.2 初始缺陷和残余应力/165
10.3 承载力设计算例/168
10.4 试验与算例/169
第11章 电力变压器绕组匝间短路深度学习辨识案例/173
11.1 概述/173
11.2 变压器匝间短路辨识算例/175
11.3 学习架构参数的影响/183
11.4 端口数据质量的影响/187
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| 內容試閱：
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随着全球能源需求的不断增长，电力系统作为支撑现代社会运行的重要基础设施，其容量和稳定性面临着前所未有的挑战。在此背景下，电力变压器作为电力系统中不可或缺的关键组件，其承受故障冲击的风险随之增大。电力系统的负荷增加不仅要求电力系统扩容以满足更高的供电需求，同时使得变压器在更长的时间内运行在接近甚至超过额定容量的状态。现有的变压器在设计时并未充分考虑到未来电力系统的发展需求，在材料、技术的应用上存在局限性。在网运行变压器面临服役挑战，需要产品升级以适应新的运行环境。近期多项法规和标准呼吁变压器行业进行技术革新。可见，变压器的产品升级不仅是提升性能的需要，也是符合法规要求的必要举措。
提升电力变压器抗冲击能力的设计水平，对于确保电力系统的稳定运行至关重要。变压器在遭受故障冲击，如短路或过载时，会经历复杂的多物理场耦合作用过程，包括
电磁场、热场、力学场等。在故障冲击下，电磁场的分布和强度发生变化，产生额外的电磁力。故障冲击还会加剧热量的产生。热量短时间内不能有效散发，导致变压器内部温度升高，劣化绝缘和支撑材料的性能。电磁力和其他机械力共同作用会导致变压器结构的应力集中，引起材料疲劳或断裂，最终造成产品损坏。这些物理场之间的相互作用直接影响变压器的结构完整性和功能性能。深入理解这些耦合作用的机理，是优化变压器设计、提高其抗冲击能力的关键。
笔者多年来从事电力变压器多物理场耦合作用机理研究，在国家自然科学基金项目、辽宁省自然科学基金重点项目等项目的资助下完成了若干项电力变压器绕组强度和稳定性相关研究工作，将理论研究成果与过程中的工程案例汇集，形成此书。一路走来，对所从事的研究工作和变压器行业产生浓厚感情，深知变压器研究工作的不易，受固有技术安全考量、多学科交叉性和实验条件限制的挑战，希望自己的一点工作，为推动本领域理论研究和变压器产品技术进步起到积极作用。感谢恩师李岩教授的引入和培养。本书内容的完成得到了李龙女、井永腾、王欢等同门和行业企业同仁研究工作的支持，在此致以诚挚的谢意。希望能够同本领域研究者一样在研究中扎根坚持，为提升变压器设计水平共同奋斗。本书鄙陋之处，期待各位同行慷慨赐教。
张 博
2024年03月
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