基于有限体积法的分体式冷却变压器热学三维仿真技术

变压器分体式冷却系统与常规冷却方式的散热器安装位置与安装方式均差别较大。由于分体式冷却系统的特殊性,在进行仿真模型研究时参数制定和模型搭建较复杂,目前对其进行热学仿真的研究较少,且仿真准确性难以验证,需要开展更加深入的仿真研究和试验比对工作。对改造的10 k V油浸式变压器进行分体式冷却方式下的模拟试验,基于模拟试验变压器及分体式冷却器的设置建立了变压器分体式冷却系统的三维流-固-热耦合仿真计算模型,采用有限体积法求解出变压器及分体式冷却器的温度场分布,得到分体式冷却器在不同布置方式下的绕组热点温度。将仿真计算结果与试验数据、IEEE导则计算结果进行比对,结果显示,仿真得到的绕组热点温升、顶层油温升的误差比IEEE导则计算结果的误差分别减小了16.6、15.15 K,验证了该仿真模型的准确性和工程实用性。分析显示,试验模型散热器中心高度增加2 m,热点温度降低了7.9 K;散热器与变压器水平距离缩短3.5 m,热点温度上升了4.1 K,从而获得了分体式冷却布置方式对变压器热点温度变化趋势的影响。     

油浸式变压器分体冷却装置模拟试验研究

为研究目前地下变电站变压器常用的分体冷却方式的实际散热效果,调研总结了应用于地下变电站的典型分体冷却系统布置方式,并根据ONAN方式的分体冷却系统的实际布置进行了模拟温升试验。地下变电站常用的分体冷却方式包括ODWF、OF/OF/AN和ONAN 3种。以1台110 kV/80MVA油浸式变压器为实验对象,采用变压器本体与散热器同水平面不同间距布置以及将散热器垂直提升5.75 m的实验方案,测量关键部位油温及绕组温度,对比不同模拟试验方案下的温升情况。研究表明,对于ONAN冷却方式的分体冷却系统,同水平面布置方式下,改变变压器本体与散热器间的水平距离对散热器的散热效果影响较小;将散热器垂直提升5.75 m布置会降低变压器和散热器间的油循环速度和散热器的实际散热功率,同时变压器绕组与变压器油间的热传递减缓,出现顶层油温不高但绕组温升已经很高的情况。文中的结论对实际工程中分体冷却装置的布置及变压器温升试验的改进具有参考价值。     

基于流体-温度场耦合的油浸式变压器温升特性仿真分析

针对变压器铁芯、绕组等因电磁损耗可能产生过高热量导致绝缘老化而影响使用寿命的问题,建立了基于流体-温度场耦合的油浸式变压器二维轴对称模型,对变压器油流速度及油流通道入口宽度对其温升特性的影响进行了仿真分析。结果表明,当油流速度从0.05 m/s增加到0.20 m/s时,铁芯最高温度降低11.62 K,高压绕组则降低9.26 K,低压绕组变化不明显;当入口宽度从30 mm增加到100 mm时,铁芯最高温度降低14.27 K,低压绕组和高压绕组则分别降低6.87 K和16.06 K。进一步分析后发现,增大入口宽度可加快变压器油在循环散热时流经其部件时的速度,从而提高散热效率。     

10kV铜铝绕组干式变压器温度场分析比较

本文笔者采用有限元法对630kVA/10kV铜铝绕组干式变压器建立三维对称流-固-热耦合模型，仿真计算了绕组和铁心的温度场分布，并分析不同负载率、不同环境温度、不同风速、突发短路对铜铝绕组干式变压器绕组温升和热点温升的影响。     

基于参数热等效的10 kV变压器温度流体场三维仿真计算

变压器温度流体场三维仿真是准确计算变压器绕组热点温度的重要方法,然而变压器绕组结构复杂,精确考虑绕组导线和绝缘结构的三维模型建模和网格剖分困难,同时计算效率低,难以满足实际工程需求.提出了一种配电变压器绕组结构的热等效简化分析方法,采用热导率各向异性、比热容等效的块状导体来等效实际的绕组结构.应用所提方法对一台S13-M-200 kV·A/10 kV型油浸式变压器三维温度流体场进行了计算.基于短路法的变压器温升试验结果表明:热等效参数方法大幅减少了变压器三维网格剖分数量,同时温度场计算结果能有效反映绕组轴向温度分布,热点温度仿真值与温升试验值温差相对误差不超过4％,验证了所提方法的有效性与准确性.     

10 kV油浸式立体卷铁芯变压器温度流体场分析

变压器温度流体场三维仿真是准确计算变压器绕组热点温度的重要方法.文章构建了 S13-M·RL-100 kVA/10 kV型立体卷铁芯变压器三维仿真计算模型,对变压器在不同负载率条件下的温度流体场分布进行了计算,同时采用短路法温升试验对计算结果进行了验证,试验中通过在变压器绕组内敷设光纤温度传感器来测量变压器绕组温度,在...     

树脂浇注干式变压器温度场分布的计算分析

为更准确地掌握树脂浇注干式变压器的内部温度场分布,为变压器的绝缘寿命评估提供依据,在分析变压器产热散热机理及导热途径的基础上,依据干式变压器的实际对流传热和热辐射特性及温度场计算的流固耦合模型,在多物理场仿真软件COMSOL中实现了树脂浇注干式变压器温度场分布的建模计算,得到了干式变压器铁心和绕组的温度分布。同时将计算结果与干式变压器温升试验实测数据进行了对比,两者吻合较好,误差±5.5%,说明了计算结果的正确性。此外,计算结果表明:干式变压器绕组和铁心底部到顶部的温度分布呈现低—高—低走势,绕组热点位于低压绕组轴向约85%处,为变压器绝缘最薄弱点;绕组温度分布与负载大小关系有限,热点位置相对固定。     

油浸式变压器内部温度的热-流场耦合仿真与特性分析

绕组热点温升是评估油浸式变压器运行状态及剩余寿命的关键指标。以110 kV油浸自冷式变压器为研究对象，搭建包含散热器等效几何结构的二维闭环全尺寸热-流场仿真模型，模型预测温度与温升试验结果误差小于5℃，准确性较高。仿真结果显示绕组水平油道内存在油流静止段，为改善此区域的油流循环，分析了水平油道宽度和挡油板数量对油流速和绕组温升的影响规律。研究结果表明：加宽水平油道可降低绕组平均温度和热点温度；安装挡油板可显著提升水平油道油流速，降低绕组平均温升；所设置条件下，安装5个挡油板为综合散热性能最优方案。     

基于温度流体场耦合的油浸式变压器热点温度计算*

提出了一种10 kV油浸式变压器热点温度的三维温度流体场耦合分析方法,仿真中考虑变压器内部金属结构件对绕组热点温度的影响,利用变压器空载试验和负载试验确定变压器内部总损耗,基于有限体积法,对变压器温度流体场进行计算,进而获取变压器绕组热点温度.绕组热点温度计算结果与预埋光纤测温系统的变压器温升试验结果相吻合,最大误差不超过3℃,验证了该方法的有效性和准确性.     

大型油浸式变压器绕组温度场的有限元分析

大型油浸式电力变压器负载损耗较高,且绕组及油道结构复杂,为更好地掌握大型油浸式电力变压器绕组温度场分布特性,文中针对220 kV大型油浸式电力变压器,在分析变压器损耗与传热的基础上,建立了变压器流体力学-温度场耦合的仿真模型,基于有限元分析求得变压器内部温度—流体场,研究结果表明:由于绕组内部起导油作用的油道隔板的影响,温度沿绕组轴向高度呈周期性上升趋势;绕组局部温度分布不均衡,对绕组油道结构进行优化设计可改善绕组温度分布的局部不均衡性,降低绕组热点温度。     

多物理场耦合下不同短路与接地故障对变压器绕组状态影响的仿真研究

为研究不同短路与接地故障对变压器多次冲击后绕组状态的影响,基于变压器电、磁、热、力物理场理论,搭建了三相变压器的三维模型,考虑了温度对绕组材料属性的影响,采用迭代方法对电磁-热场进行了双向耦合仿真,然后将各故障类型下的电、磁和温度等物理量导入瞬态结构场,实现了绕组形变位移的仿真计算。结果表明,变压器内部的最大漏磁密对应故障为低压侧三相短路;绕组中部线饼服从整体磁密分布,其余部分线饼呈现一端大,另一端小的分布规律;绕组最高温度对应故障为低压侧三相短路,最高温度为97.36℃,位于A相低压绕组0°处;单次冲击下,位移最大对应故障为低压侧三相短路,其出现在高压绕组-20°～20°范围、高度1/3～2/3范围内;多次冲击后,绕组最大累积位移对应故障为低压侧两相接地,累积位移随冲击次数的增加而增加,直至趋于饱和。研究为变压器的多物理场耦合数值仿真提供参考。     

温度场的数值模拟法在干式电力变压器热设计中的应用

建立了干式变压器二维非稳态温度场的数学模型，采用有限差分布方法来求解变压器一相的温度场，分析计算了铁心，低压绕组，高压绕组的温升特性及整体温度分布和最热点位置。     

油浸变压器的温度和温升

1　温升限值与最热点温度GB 10 94 .2中油浸变压器绕组的温升限值为 6 5K。该值系用电阻法量测 ,测出的是绕组平均温度 ,并非指最热点温度。油浸变压器最热点温度 ,一般是指变压器绕组靠近顶部最热点的温度。这里说靠近顶部并未指出确切位置 ,准确位置不易计算 ,也很难测出。它不同于故障点最热点温度 ,例如存在匝间短路又在继续运行的油浸变压器 ,其最热点多在匝间短路处 ,不一定在绕组顶部。油浸电力变压器的设计温升也是指平均值 ,首先计算绕组对油的温升 ,它与绕组的热负荷、绕组的型式、绕组的表面积以及变压器油路的结构有关。计算…     

分体式油浸自冷变压器散热器布置方法研究

以一台分体式油浸自冷变压器为例,建立了三维仿真模型,根据有限元计算结果,分析了分体式变压器散热器水平与垂直布置方式对温度场和流速场的影响。     

混合绝缘液浸电力变压器的热-流耦合场分析及绝缘和散热器结构的改进

由于传统的变压器温升计算公式不再适用于混合绝缘结构的液浸式新型电力变压器设计,为此笔者采用传热学和流体动力学原理建立了变压器热流耦合场的有限元模型,模型中考虑了变压器油热力学参数的非线性和绕组结构中垫快、纸筒对散热的影响,并根据不同的绕组形式进行单元离散。通过对混合绝缘结构的液浸式变压器热-流耦合问题的求解,得到了变压器内部各点的温度和流场分布状况,高低压绕组平均温升与试验结果吻合。结合计算和试验结果对变压器的绝缘材料进行了改进,充分发挥了材料的耐温特性和经济性。最后,提出了通过升高散热器进出口的高度差来达到降低变压器热点温升的有效方法。     

外部短路冲击下瓦斯保护动作性能研究

作为变压器的非电量主保护,瓦斯保护动作可靠性一直处于较低水平。近年来,外部短路冲击下瓦斯继电器误动跳闸的事故屡次发生,威胁变压器运行效率。为揭示瓦斯保护误动的本质原因,从绕组发热和振动入手,仿真研究了短路穿越电流对变压器内部油流和瓦斯保护的影响。为研究短路电流热效应对变压器内部油流的影响,采用有限体积法仿真计算了外部故障状态下变压器内部热场与流场耦合作用下的散热过程及流场变化。为分析绕组振动对油流的影响,仿真计算了外部短路情况下绕组的动态电磁力及振动位移,考虑流固耦合作用,计算求解了绕组振动引起的流场变化。结果表明,部件发热对变压器内部油流的驱动是持续性的,但短路电流的热效应对油流的驱动尚不足以引起瓦斯保护误动;绕组振动对油流的冲击更强烈且迅速,可能导致瓦斯保护误动。外部短路冲击下变压器的瞬态热场及流场的仿真计算分析在国内外均属首次开展,相关研究方法及结果可为瓦斯保护性能改进及提高提供参考依据。     

隔爆干式变压器温度场有限元分析

隔爆干式变压器是煤矿井下综合机械化采掘设备的配电电源装置,工作环境中存在着甲烷等易爆危险气体,为了避免变压器局部过热引起爆炸,必须保证其有良好的散热效果,因此隔爆干式变压器的温度场分析有很重要的意义。文中应用有限元软件Fluent分析了隔爆干式变压器的三维温度场与气流场,计算了高低压绕组、铁心以及箱体平均温升,将仿真结果与解析结果进行了对比,误差满足工程的需要。在此基础上建立了低压绕组二维温度场模型,分析了气道、负载系数对绕组平均温升和最热点温升的影响,对隔爆干式变压器的结构设计具有一定的指导意义。     

匝间短路故障下电力变压器绕组的物理特征分析

电力变压器绕组匝间绝缘状态与其安全运行水平密切相关,揭示单匝短路故障时绕组的多物理场特征有利于获取匝间绝缘状态信息,以避免设备损坏事故的发生。针对在实际试验研究中变压器绕组单匝短路系列故障设置困难问题,采用ANSYSElectronicsDesktop有限元仿真软件建立与实际变压器一致的"场–路"耦合模型,并导入Workbench协同仿真平台,进行"电磁–结构"与"电磁–热"的多物理场耦合仿真分析。通过在变压器模型外电路中设定二次绕组某时刻发生单匝短路故障,仿真研究该故障变压器的电磁、机械及温度等多物理参数变化特征及分布规律,得到故障情况下绕组受力情况及易变形部位,同时通过分析线匝损耗及绕组温升情况,得到匝间短路故障对变压器的危害主要在于损耗温升导致绝缘劣化而非受力变形,为电力变压器抗短路能力提升措施应用及其匝间短路故障在线检测和保护技术研究,提供理论依据。     

干式变压器温度场的仿真计算与分析

通过ANSYS仿真软件建立了干式变压器一相的轴对称二维数学物理模型,编程计算得到了与实际基本相符的变压器温度场分布情况,通过对其温度场的分析得到了高低压绕组的最热点温度及其位置、低压绕组的最热点温度高于高压绕组的最热点温度;最后,得出了最热点温度值的大小和位置是干式变压器是否稳定运行的关键因素的结论。     

树脂浇注干式变压器温升分析与计算

为更准确地反映树脂浇注干式变压器的内部温度情况,根据变压器的损耗,对干式变压器的整体温升进行了计算。同时结合ANSYS软件,对干式变压器进行了温度场仿真计算,分析了干式变压器的铁芯和绕组的温度分布情况。对某供电局开闭所内站用的干式变压器建立了温度监测系统,获得其三相温度分别为62.19、63.92、62.57°C。通过比对实际数据、理论计算和仿真分析的结果,指出干式变压器运行中的最热点位置位于低压绕组距底部70%高度的位置,该处即为干变的薄弱环节,可作为对干式变压器进行定点监测的参考依据。