变压器绕组温度场的研究

论文摘要

在单台变压器容量越来越大,由温升问题引起的故障越来越多的情况下,对变压器温度场的研究也越来越重要。迫切需要知道变压器绕组在正常运行时最热点发生的位置,而目前计算变压器绕组温升的传统设计方法已经难以满足这一性能要求,该课题就是在此背景下提出的。通过对变压器建立适当的等效计算模型,采用Fluent有限体积法可近似模拟出变压器实际运行时的绕组温度场分布,为变压器工程设计人员提供了一种温升计算、分析方法,可以预防变压器设计过程出现的不合理而导致的温升故障问题,从而可避免了由此而引起的经济损失,具有重要的现实意义。本文主要做了以下工作:1)通过熟悉和掌握电磁损耗计算专用软件MF2D,在对干式变压器进行结构和电气分析的基础上,计算了该干式变压器在正常运行时的直流电阻损耗和涡流损耗,以此计算出绕组各区的体积损耗密度;2)在对该干式变压器详细分析的基础上,保留其对绕组温度有影响的部分并尽可能保持原结构特点,通过商用软件Fluent建立用于计算的变压器二维模型,该模型对结构的等效方法适合该干式变压器绕组温度场的计算,为模型简化提供了一种可靠思路;3)对所建模型电气以及结构特点部分进行实际运行时的参数设置,结合计算出的铁心、绕组各区损耗密度,采用Fluent仿真计算软件对正常运行时的绕组温度场进行计算分析;该计算结果由试验数据进行了验证并且可靠,在误差允许范围内;

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 选题背景及其意义
• 1.2 国内外研究动态
• 1.3 本文研究的主要内容
• 第2章 变压器温度场研究理论基础
• 2.1 变压器热源分析
• 2.2 电力变压器冷却措施
• 2.3 变压器的换热特性
• 2.3.1 散热方式分析
• 2.3.2 各种散热形式的数学描述
• 2.4 粘性流体、层流、湍流
• 2.4.1 k? ε湍流模型方程
• 2.5 控制方程的通用形式
• 2.6 本章小结
• 第3章 变压器温度场计算方法
• 3.1 求解方法简介
• 3.2 微分方程的数值解法
• 3.2.1 有限差分法
• 3.2.2 有限体积法
• 3.2.3 有限元法
• 3.2.4 有限分析法
• 3.2.5 边界元法
• 3.3 FVM 控制方程离散
• 3.3.1 FVM 的基本思想
• 3.3.2 FVM 的计算网格
• 3.3.3 基于FVM 热传导方程的离散化
• 3.3.4 基于FVM 的对流与扩散问题的方程离散
• 3.4 FVM 的求解方法
• 3.4.1 热传导问题的求解
• 3.4.2 流场问题的求解
• 3.5 FLUENT 简介
• 3.5.1 概述
• 3.5.2 FLUENT 操作
• 3.6 本章小结
• 第4章 实例建模、计算与分析
• 4.1 干式变压器模型的建立
• 4.1.1 轴截面的确立
• 4.1.2 绕组结构简化思想
• 4.2 对所建立模型剖分网格
• 4.3 漏磁分析及热源密度计算
• 4.3.1 漏磁分析
• 4.3.2 各区热源损耗密度计算
• 4.4 FLUENT 求解计算
• 4.4.1 Fluent 求解原理描述
• 4.4.2 边界条件
• 4.4.3 Fluent 计算结果
• 4.5 计算结果分析
• 4.5.1 计算结果理论分析
• 4.5.2 计算结果实验验证
• 4.5.3 不同风速下绕组热点温度的计算
• 4.6 改进冷却措施
• 4.7 本章小结
• 第5章 结论与展望
• 5.1 结论
• 5.2 展望
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文及其他成果
• 致谢
• 详细摘要