组合式变电站损耗及温升问题研究
发布时间：2021-04-14 04:16
本文以一台型号为ZBW-1000/35组合式变电站为研究对象,采用理论分析、数值仿真和试验相结合的方法,以流体动力学与传热学理论为基础,对箱变内部热源进行温度场仿真分析,对箱变的通风散热进行优化方案的设计。主要分析的问题有以下几个方面:（1）对组合式变电站进行介绍,针对温升对箱式变电站的影响进行具体分析,计算箱式变电站内部发热源的损耗,主要包括变压器的空载损耗、负载损耗、附加负载损耗、杂散损耗、引线损耗,以及低压柜的损耗。（2）针对一台型号为SCB10-1000/38.5/0.315干式电力变压器,利用UG和MAGNET软件对箔式绕组电流密度进行了仿真计算,并依据其电流密度分布进一步对箔式绕组的温升进行了计算。采用有限元方法建立干式变压器电磁计算二维仿真模型,完成对箔式绕组额定工况下电流密度沿轴向分布的计算。在此基础上建立干式变压器三维热-流耦合分析模型,其中将箔式绕组的端部采用分块建模,利用ANSYS CFX软件,将上述计算结果作为载荷加载到三维热-流耦合分析模型中,对箔式绕组的温度场进行仿真分析,并与未分块建模情况进行了对比。（3）针对型号为ZBW-1000/35的组合式变电站,建...
【文章来源】：沈阳工业大学辽宁省
【文章页数】：67 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
组合式变电站实物图
第2章组合式变电站损耗理论基础9栓或者通过焊接的方式连接在一起，外壳以钢板为主，将防护油漆涂抹在表面。图2.2组合式变电站俯视图Fig.2.2Topviewofcombinedsubstation2.1.2箱式变电站温升对箱变的功率、寿命等产生影响的主要因素为温升。箱变主要发热元件——变压器在运行过程中要产生损耗,这些损耗将全部转变为热量。部分热量让变压器温度提升，剩下的热量散发至周围。对变压器而言，电磁载体均为发热体，其中，最主要的发热体为绕组、铁芯[44]。变压器的寿命取决于其绝缘介质的寿命。在正常运行条件下,主要是温度对绝缘介质产生影响。长期的高温会使绝缘介质老化,逐渐丧失其耐电性能。各种绝缘介质在某一温度作用下都有一定的寿命。根据热老化定律，绕组温度每增加6℃，老化加倍，即预期寿命缩短一半。绕组的实际工作温度等于环境温度和温升之和[45]。油浸式变压器所采用的绝缘材料主要是绝缘纸和纸板,设计寿命一般为20年。经过实验和生产实践，发现当绝缘介质的寿命为二十年时，所能承受的温度最高为98℃。这就意味着，在油浸式变压器而言，当温度条件为98℃时，绝缘介质能够持续工作的时间为二十年。对变压器而言，不同部位所对应的温度存在明显的差异。在额定条件下运行时,各部位的温度都不应该超过绝缘材料所允许的最高工作温度。所以,GB1094标谁规定了油浸式变压器的正常使用条件为：海拨不超过1000m,最高气温+40℃,最热月平均温度+30℃,最高年平均温度+20℃等;规定了变压器在连续额定容量稳态下的温升限值为:顶层油温升55K(非全密封型),绕组平均温升65K。标淮规定的温升限值是把变压器周围空气的年平均温度20℃作为基数,是顶层油温和绕组平均温度对年平均20℃空气
沈阳工业大学硕士学位论文10温度的差值。变压器的绝缘最重要的是绕组绝缘,一般认为,绕组最热点温度与平均温度相差13K,所以,绕组的平均温升限值是98-20-13=65K。变压器在运行过程中所产生的热量是靠热传导、热辐射和对流这三种形式散出的。从绕组到绕组表面,热量靠热传导的形式散出、从绕组表面到油中,靠对流的形式散出;热量从油箱外壁散到空气中是靠对流和辐射这两种形式实现的。油箱外壁对空气的温差最大,约占总温升的60%~70%,从这点看,变压器运行的环境温度是很重要的。现阶段，很多箱式变电站都装设了干式变压器，绕组温升最大值为100K，最热点温度比平均均值高15K,干式变压器的正常使用条件与油变相同。但是,干式变压器是一个比油变高得多的热源,从干变到变电站内的空间再到变电站外的空间,有很大的温度梯度。一般的干式变压器都带有风机,可以在强迫风冷的状态下运行,风机使变压器的温度更快地散发到周围的介质中。这就要求箱式变电站具备更好的通风散热条件。要求变电站内、外空间的温度保持不变难以做到,但必须控制变电站对外部空气的温升,使之趋于最校以59~630kvA为例,为保证温升限值而降低负荷,其相互关系如图2.3所示。图2.3箱式变电站温升与负荷的关系Fig.2.3Relationshipbetweentemperatureriseandloadofbox-typesubstation2.2变压器损耗计算2.2.1空载损耗的计算变压器一个绕组施加额定频率下的额定电压，其他绕组开路时，变压器吸收的功率定义为空载损耗。空载损耗主要决定于所用的磁性钢片，此外，和铁心的设计和制造工艺有关。
本文编号：3136641
【文章来源】：沈阳工业大学辽宁省
【文章页数】：67 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
组合式变电站实物图
第2章组合式变电站损耗理论基础9栓或者通过焊接的方式连接在一起，外壳以钢板为主，将防护油漆涂抹在表面。图2.2组合式变电站俯视图Fig.2.2Topviewofcombinedsubstation2.1.2箱式变电站温升对箱变的功率、寿命等产生影响的主要因素为温升。箱变主要发热元件——变压器在运行过程中要产生损耗,这些损耗将全部转变为热量。部分热量让变压器温度提升，剩下的热量散发至周围。对变压器而言，电磁载体均为发热体，其中，最主要的发热体为绕组、铁芯[44]。变压器的寿命取决于其绝缘介质的寿命。在正常运行条件下,主要是温度对绝缘介质产生影响。长期的高温会使绝缘介质老化,逐渐丧失其耐电性能。各种绝缘介质在某一温度作用下都有一定的寿命。根据热老化定律，绕组温度每增加6℃，老化加倍，即预期寿命缩短一半。绕组的实际工作温度等于环境温度和温升之和[45]。油浸式变压器所采用的绝缘材料主要是绝缘纸和纸板,设计寿命一般为20年。经过实验和生产实践，发现当绝缘介质的寿命为二十年时，所能承受的温度最高为98℃。这就意味着，在油浸式变压器而言，当温度条件为98℃时，绝缘介质能够持续工作的时间为二十年。对变压器而言，不同部位所对应的温度存在明显的差异。在额定条件下运行时,各部位的温度都不应该超过绝缘材料所允许的最高工作温度。所以,GB1094标谁规定了油浸式变压器的正常使用条件为：海拨不超过1000m,最高气温+40℃,最热月平均温度+30℃,最高年平均温度+20℃等;规定了变压器在连续额定容量稳态下的温升限值为:顶层油温升55K(非全密封型),绕组平均温升65K。标淮规定的温升限值是把变压器周围空气的年平均温度20℃作为基数,是顶层油温和绕组平均温度对年平均20℃空气
沈阳工业大学硕士学位论文10温度的差值。变压器的绝缘最重要的是绕组绝缘,一般认为,绕组最热点温度与平均温度相差13K,所以,绕组的平均温升限值是98-20-13=65K。变压器在运行过程中所产生的热量是靠热传导、热辐射和对流这三种形式散出的。从绕组到绕组表面,热量靠热传导的形式散出、从绕组表面到油中,靠对流的形式散出;热量从油箱外壁散到空气中是靠对流和辐射这两种形式实现的。油箱外壁对空气的温差最大,约占总温升的60%~70%,从这点看,变压器运行的环境温度是很重要的。现阶段，很多箱式变电站都装设了干式变压器，绕组温升最大值为100K，最热点温度比平均均值高15K,干式变压器的正常使用条件与油变相同。但是,干式变压器是一个比油变高得多的热源,从干变到变电站内的空间再到变电站外的空间,有很大的温度梯度。一般的干式变压器都带有风机,可以在强迫风冷的状态下运行,风机使变压器的温度更快地散发到周围的介质中。这就要求箱式变电站具备更好的通风散热条件。要求变电站内、外空间的温度保持不变难以做到,但必须控制变电站对外部空气的温升,使之趋于最校以59~630kvA为例,为保证温升限值而降低负荷,其相互关系如图2.3所示。图2.3箱式变电站温升与负荷的关系Fig.2.3Relationshipbetweentemperatureriseandloadofbox-typesubstation2.2变压器损耗计算2.2.1空载损耗的计算变压器一个绕组施加额定频率下的额定电压，其他绕组开路时，变压器吸收的功率定义为空载损耗。空载损耗主要决定于所用的磁性钢片，此外，和铁心的设计和制造工艺有关。
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