变压器油箱建模、分析和测试

论文摘要

变压器是电力系统中分布广泛、结构复杂、造价昂贵的重要电气设备,它担负着电压转换和电能传送的重任,它们的安全运行直接关系到整个电力系统的稳定性和安全性。油浸式电力变压器是电力系统中应用最普遍的关键设备,油箱作为油浸式变压器的外部包容设备,是极其重要的部件之一。实践证明,在变压器的工作期问,有30%的故障是由于油箱的设计不合理造成的。本课题对油浸式变压器的油箱及其附属部件进行建模、仿真、分析和测试,将理论分析结果与现场测试结果相对比,找出变压器油箱在设计中存在的问题。主要的工作包括如下内容:首先,参照变压器油箱的CAD二维平面图纸和PDF格式明细表,应用PRO/E参数化设计软件进行油箱及其部件的建模和仿真。其次,采用有限元分析方法,将建立的实体模型转化到ANSYS有限元分析软件下,对油箱上的重要部件(吊拌和千斤顶支撑)进行有限元分析。应用ANSYS有限元分析软件,采用其自身的建模功能,选取板壳单元,建立油箱模型,进行有限元分析。最后,采用传感器为电阻应变计的机械量电测法,应用DH5923动态信号测试系统,对实际工况下的测试点所受到的应力进行现场测试。对测试数据结果进行修正,将理论分析结果和试验修正结果进行对比性计算,检验理论分析结果与试验结果的吻合性。将得到的最终分析结果指导和优化变压器油箱的设计。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.1.1 研究电力变压器及其油箱的必要性
• 1.1.2 CAD/CAE/CAM技术在变压器设计中的应用
• 1.2 国内外电力变压器的发展现状
• 1.3 课题提出的意义
• 1.4 课题的研究内容与研究方法
• 第2章 变压器油箱及模型
• 2.1 变压器油箱
• 2.1.1 变压器油箱的结构形式
• 2.1.2 油箱基本尺寸计算
• 2.1.3 油箱的加强
• 2.1.4 油箱的技术要求
• 2.2 应用变压器设计程序建立油箱模型
• 2.2.1 变压器油箱的结构形式及程序
• 2.2.2 油箱的参数化设计
• 2.2.3 油箱模型
• 2.3 应用PRO/E软件建立油箱模型
• 2.3.1 油箱模型建立意义
• 2.3.2 油箱模型建立
• 2.4 本章小结
• 第3章 变压器油箱有限元分析
• 3.1 有限元分析概述
• 3.1.1 结构离散化
• 3.1.2 单元特征分析
• 3.1.3 单元组集
• 3.1.4 求解未知节点位移
• 3.1.5 计算单元内部应力和应变
• 3.2 实体结构有限元法
• 3.2.1 三维实体单元的位移向量
• 3.2.2 三维实体单元的应变矩阵与位移场的关系
• 3.2.3 三维实体单元的应变能
• 3.3 变压器吊拌的有限元分析
• 3.3.1 前处理
• 3.3.2 求解
• 3.3.3 后处理
• 3.3.4 对比分析及结论
• 3.4 变压器千斤顶支撑的有限元分析
• 3.4.1 前处理:创建或输入几何模型、对几何模型划分网格
• 3.4.2 求解:施加载荷、求解
• 3.4.3 后处理
• 3.5 板壳结构有限元法
• 3.5.1 弹性平板小挠度弯曲问题
• 3.5.2 矩形薄板单元的位移法
• 3.6 变压器油箱变形分析
• 3.6.1 创建几何模型并划分网格
• 3.6.2 求解
• 3.6.3 结果评价
• 3.6.4 存在的问题与不足
• 3.7 本章小结
• 第4章 试验设备仪器和应力测试
• 引言
• 4.1 应力应变测量概论
• 4.2 试验设备和器材
• 4.2.1 电阻应变片
• 4.2.2 动态应变测量系统
• 4.3 试验步骤
• 4.4 应用软件进行数据采集
• 4.4.1 参数设置
• 4.4.2 运行测试项目
• 4.4.3 数据采集
• 4.5 数据修正
• 4.5.1 微应变和应力求解程序
• 4.5.2 微应变和应力求解
• 4.5.3 数据对比
• 4.6 分析结论
• 4.7 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间所发表的学术论文
• 致谢
• 学位论文评阅及答辩情况表