基于DGM的油浸式变压器热点温度计算

为了准确计算油浸式变压器的热点温度,在对比了有限元法(FEM)和有限体积法(FVM)计算变压器热点温度各自特点的基础上,提出了基于间断式伽辽金方法(discontinuous Galerkin method,DGM)的一种计算变压器热点温度的全新计算方法;并以天威合肥变压器厂的一台180 MV·A-220 kV变压器为例,计算了变压器的绕组热点温度。为校验计算方法的准确性,笔者对这台主变进行了变压器绕组温升试验,监测了绕组的热点温度数据,并将利用DGM的计算结果分别与实际监测数据、IEEE导则计算数据、使用FEM算法计算出的数据以及使用FVM算法计算出的数据进行了对比。对比结果表明,利用DGM的计算结果与实际监测数据的标准差只有1.46℃,而利用IEEE导则模型计算结果、FEM算法计算结果以及FVM算法计算结果与实际监测数据的标准差分别高达4.81、3.71、2.58℃。DGM的计算精度明显高于IEEE导则模型、FEM算法和FVM算法,证明了DGM能更准确地计算油浸式变压器绕组热点温度。     

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。     

基于混合法的油浸式变压器二维瞬态温度场仿真

温升是影响油浸式变压器正常运行的重要因素,为了得到变压器的温度场分布,提出一种基于混合方法的多物理场计算方法。对于油浸式变压器流体场和温度场的强耦合问题,混合方法考虑了温度对媒质物性参数的影响,采用迎风有限体积法和迎风有限元法依次计算流体场和温度场,即流体场和温度场依次循环求解,最终得到油浸式变压器启动过程瞬态温度场和稳态温度场。为了验证文中算法的有效性,采用换流变压器二维简化模型,分别采用文中方法和多物理场仿真软件Comsol计算了常温下的稳态温度场,计算结果验证了混合方法的准确性和有效性。在验证文中算法有效性的基础上,利用该方法分析了换流变压器常温环境下启动过程的瞬态温度场分布,分析结果可为工程提供参考。     

基于有限体积法的油浸式变压器绕组温度分布计算

针对变压器内部产热散热的对流换热过程,并考虑到变压器内部系统的非齐次性,采用有限体积法(FVM)将支配流动与传热的控制偏微分方程对微小控制体积积分,构造一组离散的控制方程,结合系统的初始条件和边界条件,求解一类自然油循环电力变压器温度场,仿真计算绕组温度分布.并与实验室温升用试验变压器不同条件下的实测数据进行对比验证,...     

基于改进粒子群优化的变压器绕组热点温度建模

分析油浸式变压器绕组损耗和内部传热机理,基于IEEE Std C57.91导则Annex G,并利用传热学理论对热点温度进行建模研究。针对模型参数优化问题,分别采用改进粒子群算法和遗传算法对参数进行寻优,对比表明改进粒子群算法对参数优化的结果最佳。结合实验室变压器内部温度测量试验系统采集的实测数据,应用该模型计算热点温度,与实测数据、IEEE导则推荐方法和普通底层油温模型计算结果相比较。结果表明:该模型的计算值与实测值基本一致,具有较好的适应性,且计算性能和精度均优于IEEE导则推荐方法和普通底层油温模型。     

基于FVM的大型油浸式变压器风机控制策略研究

针对大型油浸式变压器内部流—固耦合的流动传热过程,采用控制体积法(FVM)将流—固—热耦合流动传热的非线性偏微分方程转变为网格单元上积分形式的守恒方程,对积分形式的守恒方程应用高斯散度公式得到控制体边界形式的积分守恒方程,通过应用PISO算法分离求解出绕组与变压器油的温度分布,计算结果与实测数据进行比较,验证了FVM法计算大型油浸式变压器三维流—固—热耦合场的可行性与准确性,并在此基础上应用FVM仿真计算不同风机控制策略下绕组与变压器油的温度分布,对比分析获取最优风机控制策略,对实际运行的大型油浸式变压器风机的智能控制有一定的参考价值。     

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。     

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。     

油浸式立体卷铁心变压器温度场仿真分析

采用有限体积法对油浸式立体卷铁心变压器三维温度场进行了计算分析,研究了不同负载情况下变压器内部温度及油流速度分布特性,分析了不同油道结构设计对变压器散热效果的影响。     

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。     

非重叠Mortar有限元法在电磁分析中的应用

Mortar元法（mortarelement method,MEM）是一种新型区域分解算法,它允许将求解区域分解为多个子域,在各个区域以最适合子域特征的方式离散。在各个区域的交界面上,边界节点不要求逐点匹配,而是通过建立加权积分形式的Mortar条件使得交界面上的传递条件在分布意义上满足。Mortar有限元法（mortar finite element method,MFEM）将MEM和有限元法（finite element method,FEM）相结合,在各区域中分别使用FEM网格离散,区域的交界面上通过施加Mortar条件实现区域间的自由度连续。该文阐述了非重叠Mortar有限单元法（non-overlappingMFEM,NO-MVEM）的基本原理,介绍了NO-MFEM的程序实现过程,使用NO-MFEM对2维静磁场问题和3维静电场问题进行了计算,并与FEM模型结果进行对比,验证了该文方法咐有效性。将NO-MFEM应用于电磁分析,丰富了电磁场数值计算理论,为运动涡流问题和大规模问题的分析提供了新的选择。     

汽轮机转子热疲劳寿命损耗监测面的有限元分析

利用ANSYS有限元程序对300MW汽机转子内外表面温差、应力和应变进行有限元计算分析。通过不同的启动方式分析,确定汽轮机高、中压转子应力危险监测面。在有限元模型建立和边界条件、初始条件处理方面提出新的想法,为实现汽轮机转子热疲劳损耗和机组寿命管理奠定了理论分析基础,对机组调峰运行有重要的指导意义。     

基于有限元法的隔离开关热稳定性仿真分析

隔离开关在实际运行中由于电阻损耗发热而温度升高,甚至超过允许温升,从而影响其工作性能。为了保证其工作的安全性和可靠性,建立了二维有限元分析模型,对隔离开关的进行热电耦合仿真分析。试验结果验证了仿真方法的准确性。该方法可为产品设计提供参考,并为提高隔离开关可靠运行提供理论依据。     

电磁悬浮控制系统磁场有限元分析

在分析电磁悬浮控制系统基本原理的基础上，以磁浮球控制系统的磁场为例，论述了轴对称非线性磁场的有限元分析方法，建立了有限元方程，应用二维磁场有限元软件对在不同的悬浮气隙下的磁场吸力进行了精确的计算。     

磁场调制式磁力齿轮及其有限元计算

为避免机械齿轮振动,或要在分开物体间传递力矩,可以采用磁力齿轮传动装置。设计该磁力传动装置时需要对其设计参数进行精确计算。在电机设计时,使用有限元方法对一种大力矩磁力齿轮——磁场调制式磁力齿轮进行了磁场计算,为设计该磁力齿轮提供了有力的工具。     

用有限元方法计算矩形母线的集肤效应

以Maxweu电磁场方程组为基础，推导出了矩形母线矢量磁位满足的二维微分方程，并用三角形有限元方法进行了理论分析。在此基础上给出了宽为80mm、厚为10mm系列的铜制母线在50Hz时，孤立导体、单相双导体及三相三导体的集肤效应系数曲线。     

电力机车主变压器油箱损耗的三维有限元分析

利用基于边单元的有限元法,对一台200km/h高速电力机车主变压器的油箱损耗进行了三维有限元分析和计算。由于电力机车主变压器是高漏抗,多绕组变压器,经试验(采用放大法)得到该台变压器油箱损耗为31.245kW,使用FEM二维有限元分析法计算结果为45.791kW,而采用三维有限元分析法计算结果为30.478kW。从而表明,采用三维有限元分析能够更加准确地计算主变压器油箱的涡流分布和杂散损耗,为其采取有效的屏蔽措施提供了更加可靠的科学依据。     

永磁电机电磁场有限元性能分析系统

介绍了基于有限元法和面向对象技术的永磁电机性能分析系统。该系统在应用有限元法精确计算电机内部电磁场分布的基础上，对永磁直流电机、永磁同步电机和无刷直流电机的运行性能进行了分析，解决了永磁电机电磁场计算中的一些关键问题。该系统面向用户，具有工程实用性，为永磁电机的分析和设计提供了一个有效的分析工具。     

AutoCAD在三维温度场有限元计算中的应用

本文结合三维温度场有限元计算的特点，对ＡｕｔｏＣＡＤ１２．０绘图软件进行了专业化处理，使之可以灵活应用于三维温度场有限元计算的前后处理之中．