油浸式变压器的热模拟及结构优化

论文摘要

油浸式变压器由于低损耗、大容量、散热好等特点,仍然是电网中运行的主要产品。自然油循环的变压器兼顾了以上的特点外还有低噪音、避免“油流带电”等优点,更是得到越来越多的应用与关注。采用自然油循环冷却方式的直接后果是铜油温差加大,变压器的散热问题更加突出。同时由于电力需求量的不断增加和对供电可靠性的要求不断的提高,变压器产生的损耗就更大,如何将产生的热量有效地散发出去而避免变压器发生故障,是亟待解决的问题。随着对变压器热故障的深入研究发现,变压器内部材料寿命受温度影响最敏感的部位是绕组的绝缘纸,绝缘纸的老化是从最热点开始的。因此对自然油循环变压器内温度场和热点的研究和冷却结构的优化处理具有重要的意义。本文在对油浸式自然油循环变压器热性能的理论分析的基础上,利用AUTOCAD及GAMBIT软件建立了简化的油浸式自然油循环变压器模型。模型将变压器看做一个整体,采用FLUENT流体计算软件模拟了变压器内的温度场及流场,模拟时考虑了变压器油物性随温度的变化。通过对温度场的分析确定了变压器绕组的热点温升及热点的具体位置,为变压器热点测量提供了依据。本文针对不同模型的几何构造,分析研究了导向结构、无导向结构、水平油道尺寸、垂直油道宽度、散热器的位置及负载对热点温升的影响,提出了改善变压器冷却条件的方法。利用厂家提供的试验值对FLUENT模拟结果进行验证, FLUENT模拟结果与试验值基本吻合,在允许的误差范围内。证明FLUENT软件可以对复杂模型进行流场的模拟,同时对实际变压器的运行有指导意义。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• §1-1 课题研究的背景及意义
• 1-1-1 研究的背景
• 1-1-2 研究的意义
• §1-2 国内外研究概况
• 1-2-1 直接测量
• 1-2-2 间接估算
• §1-3 本课题研究的创新点及主要内容
• 1-3-1 本课题的创新点
• 1-3-2 本课题的主要内容
• 第二章 变压器发热及散热原理
• §2-1 概述
• §2-2 油浸式变压器的发热和冷却
• 2-2-1 变压器中的传热过程及各部分的温度分布
• 2-2-2 变压器的各种冷却方式
• §2-3 油浸式变压器内部换热分析
• 2-3-1 热传导计算
• 2-3-2 对流散热计算
• 2-3-3 辐射散热计算
• 2-3-4 油浸式变压器所用绝缘油的介绍
• 第三章 变压器的允许温升及变压器的负载问题
• §3-1 概述
• §3-2 油浸式变压器的损耗
• 3-2-1 空载损耗
• 3-2-2 负载损耗
• §3-3 油浸式变压器的温升限值
• 3-3-1 绝缘材料的等级及其耐温能力
• 3-3-2 油浸式变压器的允许温升
• §3-4 变压器的额定容量和负载能力
• 第四章 油浸式变压器内部温度场及速度场的仿真模拟
• §4-1 FLUENT 软件的介绍
• §4-2 油浸式变压器温度场及流动场的数值模拟
• 4-2-1 中小型变压器的温度场及流场的模拟
• 4-2-2 大型油浸式变压器的温度场及流场的数值模拟
• §4-3 油浸式自然油流导向冷却结构变压器与油浸式自然油流非导向冷却结构变压器的比较分析
• §4-4 变压器热点影响因素的热模拟
• 4-4-1 水平油道尺寸对油浸式自然油流导向冷却变压器绕组热点的影响
• 4-4-2 散热中心与产热中心的高差对油浸式自然油流导向冷却变压器绕组热点的影响
• 4-4-3 垂直油道的宽度对油浸式自然油流导向冷却变压器绕组热点的影响
• 4-4-4 负载损耗对油浸式自然油流导向冷却变压器绕组热点的影响
• 4-4-5 导向区线饼数对油浸式自然油流导向冷却变压器绕组热点的影响
• 第五章 数值模拟结果验证及对比分析
• 第六章 结论与展望
• §6-1 主要结论
• §6-2 对后期工作的展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间所取得的相关科研成果