基于非平均热源的油浸式变压器2维温度场分析

为了更准确地研究油浸式变压器温度场分布,考虑磁场损耗分布不均匀性和温度对媒质物性参数的影响,提出一种基于非平均热源的多物理场耦合计算方法。该方法结合了有限体积法和有限元法的优点,采用有限体积法分析变压器流场分布,采用有限元法研究变压器温度场分布,并在有限体积法和有限元法中分别加入迎风格式,可有效避免计算过程中产生的非物理振荡。通过数据映射方法,将磁场损耗分布映射到温度场的计算网格中,得到温度场分析的非平均热源。针对换流变压器2维简化模型,分别用该算法和多物理场仿真软件Comsol计算了流体场和温度场,2种方法得到的速度峰值最高差≤0.03 m/s,最高温度相差≤3 K,验证了该算法的有效性。此外,还对比分析了平均热源和非平均热源条件下的温度场分布,分析结果表明,与平均热源方法相比,非平均热源的计算结果与理论分析更相符,可为变压器的寿命预估与热点预测提供参考。     

油浸式电力变压器绕组温升的多物理场耦合计算方法

为了研究油浸式电力变压器运行过程中绕组温度的分布特性,该文提出了一种计算绕组温升的多物理场耦合有限元计算方法。应用最小二乘有限元法求解油流的流场控制方程,获得速度分布。建立油流与绕组耦合传热问题的统一温度场控制方程,应用迎风有限元法对场域的温度分布进行求解,其中流体及固体间的传热分界面条件能够自动满足。考虑温度对于场域媒质物性参数以及绕组焦耳损耗的影响,将流场与温度场方程通过顺序迭代求解,获得整体场域的最终温度分布。运用该多物理场耦合有限元计算方法对一个油浸式变压器绕组模型进行了分析,并与Fluent软件的计算结果进行了对比。计算结果表明:该文提出的多物理场耦合有限元计算方法与Fluent软件计算的流场分布基本一致,绕组温度分布与Fluent软件的计算结果相比误差小于1K,验证了计算方法的有效性。同时,与经典伽辽金有限元法计算场域温度分布相比,迎风有限元法能够有效地抑制解的非物理振荡,提高了计算方法的稳定性。     

基于数值求解的油浸式变压器瞬态热点温度计算北大核心CSCD

文中分析了变压器温度流体场耦合数值仿真求解方法,基于互感器小模型的温度流体场计算确定了瞬态数值求解的时间步长和迭代步数,进而对一台S13-M-100kVA/10kV型油浸式变压器的三维温度流体场进行了瞬态数值仿真。与预埋光纤的变压器温升试验获得的绕组瞬态热点温度相比,变压器绕组瞬态热点温度数值仿真结果与试验结果最大偏差不超过3%,基于经验公式计算的热点温度平均相对偏差为9.8%,验证了文中变压器温度流体场仿真模型的有效性及准确性。     

基于多尺度多物理场的油浸式变压器流动-传热数值研究

为改善油浸式变压器的性能,探索变压器内部温度场-流场的工作特性,该文提出基于涡流-温度-流场多物理场耦合方法,建立油浸式变压器内部流动-传热计算模型。该模型采用有限元差分法(FDM)计算变压器内涡流场;采用格子玻耳兹曼方法(LBM)计算变压器内温度-流场。该计算方法在宏观上以开尔文为单位通过传热学第一类边界条件实现了固-液边界传热;在介观上以无量纲的格子玻耳兹曼方法中分子分布函数为单位对变压器内铁心绕组固体域与绝缘油流体域进行温度传递与油流流动的计算,完成基于宏观-介观单位尺度变化的流-固温度耦合传热计算。在此基础上分析油浸式变压器内部温度场与流场的工作特性。为验证计算模型的有效性,该文设计变压器流动-传热模拟实验平台,进行正常工作状况下变压器模型的流动-传热实验。实验结果表明,该计算方法由于格子玻耳兹曼算法迭代前期需要扩散格子密度覆盖计算区域,计算迭代前期温升状况不明显,无法有效地拟合油浸式变压器内部温度场与流场工作特性;在计算方法迭代一定次数后,计算误差在5%以内,能有效地拟合变压器工作特性。该算法模型对开展预防油浸式变压器内部故障工作,减少油浸式变压器内部过热事故有着一定的工程意义。     

油浸式变压器三维电磁-流体-温度场耦合分析方法

提出了一种基于有限元法和有限体积法的变压器三维电磁-流体-温度场耦合分析方法。通过建立变压器三维模型,采用有限元法分析变压器内磁通密度分布,并求得变压器及绕组损耗。将变压器铁芯及绕组损耗作为热源,采用有限体积法求解变压器流体-温度场,分析变压器内部油流及温度分布,同时根据温度场结果对变压器损耗进行修正,通过迭代求解变压器流体-温度场获取变压器内部最终温度分布结果,提高求解精度。采用所提方法对35 k V油浸式变压器进行三维电磁-流体-温度场分析,将结果与经验公式的热点温度计算结果进行对比,验证了所提方法的有效性和正确性。     

温度分布不均匀对±500kV换流变压器二维非正弦稳态交直流复合电场的影响分析

为了分析温度分布不均匀对换流变压器非正弦稳态交直流复合电场的影响,该文采用一种单向耦合的方法,即首先建立±500k V换流变压器二维磁场仿真模型,计算得到铁心和绕组的损耗;其次,建立换流变压器二维流体-温度场仿真模型,并以磁场损耗为热源,利用流体仿真软件Fluent计算分析了热流耦合时的温度场分布;然后通过快速映射法把流体-温度场的温度结果映射到二维电场计算模型;最后通过标量电位的频域有限元方对比分析换流变压器在均匀温度假设和不均匀温度条件下的非正弦稳态交直流复合电场分析结果可为换流变压器的绝缘设计和故障分析提供指导。     

有限元和有限体积法结合的油浸式变压器温度场计算方法

油浸式电力变压器是电网中的重要设备。为了准确得到油浸变压器的温度场,文章经过对比有限元和有限体积法的各自优点,提出了一种新的变压器温度场分布的混合计算方法;以一台110 kV/31.5 MVA变压器为例建立立体模型,并利用有限元和有限体积混合方法,得到变压器的温度场分布结果。通过对比运行监测到的变压器顶层油温数据和混合方法得到的计算结果,结果表明,混合计算方法的计算结果与监测数据的平均误差只有1.6℃,证明了这种计算方法能更准确计算油浸式变压器的温度场。     

车载油浸式空心电抗器瞬态温度场计算和分析

车载油浸式空心电抗器进行特高压GIL交流耐压试验时工作电流大,绕组发热功率高。为避免过热故障,研究耐压试验情况下车载油浸式空心电抗器的瞬态温度场十分必要。文中应用有限元法耦合计算了二维轴对称电抗器模型的瞬态温度场和绝缘油瞬态流体场,分析了车载油浸式电抗器的温升和散热特性。车载油浸式空心电抗器依靠绝缘油自然对流散热速率有限,文中计算了两种辅助优化散热措施。外部吹风辅助散热措施易于实现,但散热速率提高有限。环境温度降低辅助散热实现难度适中,降温效果好于外部吹风辅助散热。文中计算结果为特高压GIL交流耐压试验提供了理论参考。     

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。     

换流变压器出线装置非线性电场模拟及其绝缘结构优化

直流稳态和极性反转是换流变压器出线装置两种典型的运行状态,且环氧浸纸、变压器油、油浸纸板等介质的电性能参数具有较强的场变、温变非线性。温度梯度条件下,其电性能参数的改变将影响复合绝缘的直流稳态和极性反转电场。基于此,为较准确模拟复合绝缘结构在考虑温度分布条件下的直流稳态场和极性反转瞬态场,建立了换流变出线装置复合绝缘结构全模型,应用RBF神经网络与NSGA-II混合算法对换流变出线装置进行了结构优化,对优化后的出线装置在工频电压、极性反转电压下进行了电场校核计算。结果表明温度梯度条件下较等温条件下的场强过冲现象更加显著,套管尾部、直型屏障的场强过冲系数分别达到65%、45%。以上研究成果可为换流变压器出线结构的设计提供参考。