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油浸式变压器三维温度场建模及在线温度监测系统研究

作　者: 许聚武
导　师: 钱苏翔
学　校: 江西理工大学
专　业: 机械电子工程
关键词: 变压器温度场实体建模有限元分析温度监测
分类号: TM411
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

随着国民经济的持续发展,我国的电力工业己进入一个新的发展阶段。电力变压器是电力系统中非常重要的设备之一,它的安全运行对保障电力系统的可靠运行极其重要。当前的变压器状态监测系统中常用的监测量是:油气量和局部放电信号。油气量的状态监测可以很好的实时监测变压器运行工况,但是不能完全满足变压器检修的要求;局部放电信号状态监测虽然可以实现故障定位,但实时性还不是很好。本课题结合国家自然基金项目“基于温度场模型及特征提取的大型变压器远程监诊方法与技术的研究”(项目编号: 50575095),探索了一种基于温度场的变压器状态监测和故障诊断方法。同时,对变压器实体在ANSYS下进行了几种典型情况下的温度场建模,并开展了基于温度场的变压器状态监测与故障诊断研究,设计出了基于单片机控制的油浸式变压器在线温度监测系统。第一章首先分析了国内外大型变压器状态监测与故障诊断的研究现状,在此基础上给出了本课题的研究意义和本论文的主要研究内容。第二章研究了油浸式变压器温升的相关理论,分析了油浸式变压器绕组的工程计算方法、铁芯温升和变压器的短路温升,为温度场的建模研究奠定了理论基础。第三章在对变压器的实际结构进行分析研究的基础上,运用SolidWorks三维建模技术建立了变压器的实体模型;且给出了ANSYS与SolidWorks数据交换的详细步骤,并结合本课题对变压器箱体和绕组分别做了正常条件下、发生局部过热时和发生绕组短路时的三维温度场分析。第四章在对变压器温度场建模的基础上进一步总结和分析了变压器的状态检测手段以及常用的在线监测技术,并提出了在线温度监测系统的设计。第五章通过对常用变压器温度检测技术的工作机理的分析和理解,设计了基于单片机控制的变压器在线温度监测系统,并将其应用于变压器温升模拟试验中,实验结果证实了ANSYS下三维温度场建模的正确性。第六章给出了全文的总结和对后续工作的展望。

全文目录

摘要  2-3
Abstract  3-7
第一章绪论  7-12
  1.1 课题研究的背景和意义  7-8
    1.1.1 本课题研究的背景  7
    1.1.2 本课题研究的意义  7-8
  1.2 国内外研究概况  8-10
    1.2.1 国外研究现状分析  8-9
    1.2.2 国内研究现状分析  9-10
  1.3 本课题研究的主要内容  10-11
  1.4 本章小结  11-12
第二章油浸式变压器温度场建模的理论基础  12-20
  2.1 油浸式电力变压器的温升限值  12-13
  2.2 变压器的发热和冷却原理  13-15
  2.3 油浸式变压器的温升计算模型  15-19
    2.3.1 绕组温升  15-16
    2.3.2 管式油箱温升  16-18
    2.3.3 短路温升  18-19
  2.4 本章小结  19-20
第三章变压器实体建模及三维温度场分析  20-33
  3.1 基于特征的变压器实体建模  20-22
    3.1.1 SolidWorks 实体建模流程  20-21
    3.1.2 变压器特征建模的实现  21-22
  3.2 SolidWorks 实体模型与 ANSYS 的数据转换  22-24
  3.3 有限元分析的前处理  24-27
    3.3.1 分析类型确定及材料参数设置  24
    3.3.2 单元类型选择  24-25
    3.3.3 网格划分  25-27
  3.4 变压器温度场模型构建与结果分析  27-31
    3.4.1 正常情况下变压器油箱和绕组的温度场建模  27-29
    3.4.2 局部过热时变压器油箱和绕组的温度场建模  29-31
    3.4.3 短路故障时变压器油箱和绕组的温度场建模  31
  3.5 本章小结  31-33
第四章油浸式变压器在线监测技术  33-40
  4.1 变压器故障类型  33-34
  4.2 变压器故障常规检测诊断方法  34-36
    4.2.1 利用人的感观诊断变压器故障  34
    4.2.2 利用仪器仪表检测诊断故障  34-36
  4.3 变压器在线监测技术  36-39
    4.3.1 变压器油中溶解气体在线监测  36-37
    4.3.2 绕组故障在线监测  37
    4.3.3 局部放电在线监测  37-38
    4.3.4 变压器温度在线监测  38-39
  4.4 本章小结  39-40
第五章基于单片机控制的变压器在线温度监测系统研究  40-53
  5.1 常用温度检测方法  40-44
    5.1.1 玻璃温度计  40-41
    5.1.2 双金属温度计  41
    5.1.3 热电偶  41-42
    5.1.4 热电阻  42
    5.1.5 光纤温度传感器  42-43
    5.1.6 红外检测技术  43-44
  5.2 基于单片机控制的变压器在线温度监测系统设计  44-50
    5.2.1 系统总体方案设计  45-46
    5.2.2 信号调理电路设计  46-47
    5.2.3 数据采集电路设计  47-48
    5.2.4 单片机控制电路设计  48-49
    5.2.5 USB 接口电路设计  49
    5.2.6 USB 驱动设计  49-50
  5.3 变压器在线温度监测系统应用研究  50-52
  5.4 本章小结  52-53
第六章全文总结与展望  53-55
  6.1 全文总结  53-54
  6.2 研究展望  54-55
参考文献  55-59
致谢  59-60
个人简历、在学期间发表的学术论文及研究成果  60

油浸式变压器三维温度场建模及在线温度监测系统研究

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