变压器绕组温度分布特性及热点定位研究

论文摘要

电力变压器是电力系统中最重要的设备之一,变压器绕组热点温度是影响绕组绝缘寿命的主要原因,也是变压器负荷运行的主要限制因素。论文结合国内外针对变压器绕组内部温度场计算及热点温度预测研究的现状,开展变压器绕组温度分布测量及绕组热点定位方法研究。通过对变压器热量产生和发散而表现出的温升特性研究,分析了变压器内部损耗产生的机理,以及变压器空载损耗和负载损耗对绕组热点温度的影响。通过推导变压器主要组成部分即绕组、铁芯、变压器油的升温和降温特性方程,给出了变压器绕组、铁芯、变压器油的升温和降温特性曲线。在搭建的变压器温升试验平台上实现对变压器内部温度分布的测量。采用光纤温度传感器与热电偶测量进行对比分析,验证了热电偶的测量结果能满足实验要求。通过在不同短路电流条件下的温升试验,得到了变压器内部的温度与时间、纵向高度之间的关系曲线,得出变压器内部热区域主要集中在约绕组自下而上高度的83.3%区域。通过对三个热区域水平油道温度分布的分析,得出水平油道中间区域温度较靠近内外径处温度高。基于数值模拟计算方法,通过仿真计算了变压器内部温度场,得出绕组沿纵向高度变化的温度特性。通过计算与模拟实测数据的对比分析,得出不同负载下绕组纵向温度曲线,计算与实测结果基本一致。计算曲线较平滑,实测结果存在波动,相对误差在10.9%以内。基于变压器绕组温度分布,得出绕组热点位置约位于绕组自下而上高度的92.1%区域,并初步探讨了数值计算方法和实际测量的影响因素分析。

论文目录

• 中文摘要
• 英文摘要
• 1 绪论
• 1.1 变压器绕组温度分布测量方法及热点定位研究的目的和意义
• 1.1.1 课题的研究目的
• 1.1.2 课题的研究意义
• 1.2 变压器绕组温度分布测量方法及热点定位的研究现状
• 1.2.1 直接测量法
• 1.2.2 间接计算测量方法
• 1.3 本文的主要研究内容
• 2 油浸式电力变压器热行为分析
• 2.1 电力变压器损耗组成
• 2.2 油浸式电力变压器不同冷却方式
• 2.3 油浸式电力变压器温升
• 2.4 变压器的绕组、铁芯和变压器油的热行为分析
• 2.5 小结
• 3 变压器绕组温度分布测量的实验室研究
• 3.1 变压器绕组温度监测平台的搭建
• 3.1.1 试验用变压器
• 3.1.2 试验用控制台
• 3.1.3 测温系统
• 3.2 绕组温度分布测量方法
• 3.2.1 热电偶测温精度对比试验
• 3.2.2 水平油道温度分布测量试验
• 3.2.3 绕组竖直高度温度分布测量试验
• 3.3 小结
• 4 基于数值模拟的变压器内部温度分布及绕组热点定位方法研究
• 4.1 变压器内部温度热传导
• 4.1.1 物理模型
• 4.1.2 数学模型
• 4.1.3 有限体积法
• 4.2 数值模拟计算法的求解
• 4.2.1 分离求解过程
• 4.2.2 参数的设定
• 4.2.3 网格剖分
• 4.2.4 变压器内部温度分布
• 4.3 绕组热点定位
• 4.4 小结
• 5 变压器绕组热点数值模拟定位方法的实验验证
• 5.1 数值模拟结果
• 5.1.1 负载系数K=0.9 时数值模拟结果
• 5.1.2 负载系数K=1.0 时数值模拟结果
• 5.1.3 负载系数K=1.1 时数值模拟结果
• 5.2 试验验证
• 5.3 数值计算与实验测量误差影响因素分析
• 5.3.1 试验方法的影响
• 5.3.2 数值模拟方法的影响
• 5.4 小结
• 6 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 后续工作的展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录：A. 作者在攻读硕士学位期间发表的论文目录
• B. 作者在攻读硕士学位期间参加的科研项目