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油浸式变压器温度场的数值计算与分析

作　者: 刘永志
导　师: 李岩
学　校: 沈阳工业大学
专　业: 电机与电器
关键词: 油浸式变压器 三维温度场 油流场 有限元 温升
分类号: TM411
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要


变压器是电力传输中重要的设备,它对电能的经济传输、灵活分配和安全使用具有重要的意义。电力变压器的节能降耗以及控制过热是目前电力系统所需要解决的重要问题之一,也是保证电力系统长期安全可靠运行的一个重要条件。因此准确计算出变压器的平均温升和最热点温升,并进而合理地控制其分布,以满足标准要求,是保证变压器安全、稳定和高效运行的关键。通过实验能够证明,漏磁通对主磁通的比值会随着变压器容量的增大而增大,由此产生绕组损耗过大继而引起过热问题,当绕组的温升达到一定程度,就会超出国家所规定的温升限值,而变压器的使用寿命是判定温升限值的基础。本文结合国内外对变压器温度场计算研究的现状,立足于工程实践应用,根据传热学基本原理和经典试验换热准则,分析了电力变压器的内部热源及散热方式,总结出了饼式绕组的平均导热系数以及油箱外表面对流换热系数的求解公式,应用大型有限元软件FLUENT分析了强油循环变压器与自然油循环变压器的三维温度场与油流场。首先,计算了17000 kVA /37.6kV强油循环变压器各部件的温度场分布以及油流场分布,并将仿真结果与实验结果进行了对比,总结了误差产生的原因,验证了计算方法的准确性,在此基础上分析了磁屏蔽对油箱表面温度场的影响以及入口油速对变压器温度场的影响;其次,应用FLUENT软件中的Boussinesq模型计算了10000 kVA /35kV自然油循环变压器的温度场,建立了绕组为饼式结构的变压器三维模型,通过GAMBIT对复杂的饼式绕组及水平油道采用从下往上分层切块的方法进行剖分,保证了网格的质量,提高了计算的精确性,将仿真结果与解析结果进行了对比,相对误差在±10%之内;最后,建立了自然油循环变压器的二维温度场模型,二维结果与三维结果基本吻合,在此基础上通过二维模型分析了水平油道高度、绕组导向区数、发热中心与散热中心之比、负载系数对绕组平均温升与热点温升的影响,并给出了结论,对变压器的结构优化有一定的指导意义。

全文目录


摘要  5-6
Abstract  6-10
第一章 绪论  10-15
  1.1 课题的研究背景和意义  10-12
    1.1.1 课题的研究背景  10
    1.1.2 课题的研究意义  10-12
  1.2 国内、外研究现状  12-14
    1.2.1 国内相关研究现状  12-13
    1.2.2 国外相关研究现状  13-14
  1.3 本课题的主要研究内容  14-15
第二章 电力变压器内部热源及散热分析  15-23
  2.1 电力变压器的内部热源  15-19
    2.1.1 绕组区域的热源  15-18
    2.1.2 铁心区域的热源  18-19
  2.2 电力变压器的散热分析  19-22
    2.2.1 热传导计算  19-21
    2.2.2 对流散热计算  21
    2.2.3 辐射散热计算  21-22
  2.3 小结  22-23
第三章 强油循环变压器温度场有限元分析  23-36
  3.1 电力变压器的允许温升及油流速限值  23-24
    3.1.1 变压器的允许温升  23-24
    3.1.2 变压器的油流速限值  24
  3.2 强油循环变压器温度场计算  24-35
    3.2.1 强油循环变压器的冷却结构  25-26
    3.2.2 强油循环变压器温度场的物理模型  26
    3.2.3 网格剖分  26-27
    3.2.4 强油循环变压器温度场的数学模型  27-28
    3.2.5 强油循环变压器温度场边界条件  28
    3.2.6 强油循环变压器温度场结果分析  28-32
    3.2.7 温度场结果对比  32
    3.2.8 屏蔽对油箱壁温升的影响  32-34
    3.2.9 入口油速对变压器温升的影响  34-35
  3.3 小结  35-36
第四章 自然油循环变压器温度场有限元分析  36-56
  4.1 自然油循环变压器三维温度场有限元分析  36-46
    4.1.1 自然油循环变压器三维温度场的物理模型  36-37
    4.1.2 网格剖分  37-39
    4.1.3 自然油循环变压器温度场的边界条件  39-40
    4.1.4 自然油循环变压器温度场的结果分析  40-46
    4.1.5 三维温度场结果对比  46
  4.2 变压器温升影响因素分析  46-54
    4.2.1 自然油循环变压器温度场二维验证  46-49
    4.2.2 水平油道高度对绕组温升的影响  49-50
    4.2.3 导向区数对绕组温升的影响  50-52
    4.2.4 发热中心与散热中心之比对绕组温升的影响  52-53
    4.2.5 负载系数对绕组温升的影响  53-54
  4.3 小结  54-56
第五章 结论  56-57
参考文献  57-60
在学研究成果  60-61
致谢  61

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中图分类: > 工业技术 > 电工技术 > 变压器、变流器及电抗器 > 电力变压器 > 油浸式电力变压器
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