大型电力变压器涡流损耗计算与温升分布研究

发布时间：2017-05-24 19:28

  本文关键词：大型电力变压器涡流损耗计算与温升分布研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：随着大型电力变压器容量的不断增加,漏磁场显著增强,在金属结构件中由漏磁场引起的杂散损耗愈发严重。杂散损耗在结构件上分布不均而引起的局部过热问题,危害变压器的稳定运行。传统的解析法参考的经验系数较多,很难得到准确的损耗分布。受限于大型变压器结构的复杂性,铁磁材料具有非线性,各向异性等属性的影响,尤其是存在“大尺寸,小透入”给网格合理剖分带来困难而导致计算规模过大问题,使得一般商用电磁场有限元分析软件计算出的结构件杂散损耗与实验结果相差较大,并随着变压器容量的增加使该问题更加突出。因此,准确计算杂散损耗并确定其分布对于变压器的设计具有重大意义。为了提高杂散损耗的计算精度,本文将有限元法与解析法相结合来计算大型电力变压器油箱等结构件的涡流损耗,将有限元离散的过程转变为连续的数学函数,一定程度上弥补了有限元线性剖分带来的一些离散误差。首先,通过有限元法计算并提取油箱表面离散点的法向磁密,并使用双重傅里叶级数的解析表达式来拟合已获取的磁通密度。解析表达式的系数通过最小误差逼近,非线性曲线拟合技术以及优化算法来确定。基于电磁场理论与麦克斯韦方程组,可通过解析公式计算出涡流损耗。其次,探讨了另一种将有限元法与解析法相结合的分析方法。基于有限元计算得到金属结构件表面的磁通密度与涡流密度,考虑金属结构件的透入深度,在较小的计算代价下,可通过解析法来计算电力变压器金属结构件的杂散损耗。上述方法的有效性通过TEAM Problem 21模型B来验证,并将上述方法应用于一台型号为DFZ-28.333MVA/230k V的单相电力变压器的结构件的杂散损耗计算中。此外,从计算精度与计算规模的角度上,将上述计算方法与采用表面阻抗法,局部网格精细化技术的有限元法所获得的计算结果进行对比分析。考虑到材料属性受温度的影响,基于双向磁热耦合的分析方法计算电力变压器油箱及其他金属结构件上的杂散损耗与温升分布,并采取合理有效的措施,比如拉板开槽,降低杂散损耗并消除局部过热点。
【关键词】：双重傅里叶级数 磁热耦合 有限元 涡流损耗 电力变压器
【学位授予单位】：沈阳工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM41
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 绪论9-17
• 1.1 课题研究的背景和意义9-10
• 1.2 国内外研究概况10-15
• 1.2.1 电力变压器涡流场及杂散损耗计算方法的研究概况10-13
• 1.2.2 电力变压器结构件温升分布的研究现状13-15
• 1.3 课题研究的的主要内容15-16
• 1.4 论文的难点及需要解决的关键问题16-17
• 第2章 结构件涡流损耗的计算与分析17-26
• 2.1 电磁场基本理论17-18
• 2.2 数学模型的建立与验证18-22
• 2.2.1 有限元法与解析法相结合计算电力变压器涡流损耗18-21
• 2.2.2 结构件磁滞损耗的计算21-22
• 2.3 计算方法的验证与分析22-25
• 2.4 本章小结25-26
• 第3章 电力变压器漏磁场分析与结构件杂散损耗计算26-42
• 3.1 电力变压器漏磁场产生的原因与效应分析26-27
• 3.2 电力变压器结构件杂散损耗的计算方法27-32
• 3.3 DFZ-28.333MVA/230kV型单相电力变压器计算实例32-41
• 3.3.1 变压器三维漏磁场计算与分析32-37
• 3.3.2 变压器结构件杂散损耗计算与分析37-40
• 3.3.3 降低杂散损耗的措施40-41
• 3.4 本章小结41-42
• 第4章 电力变压器结构件温升分布的计算与分析42-54
• 4.1 电力变压器的换热特性42-44
• 4.2 散热系数的确定44-45
• 4.3 磁热耦合分析与计算45-53
• 4.3.1 DFZ-28.3MVA/230kV型变压器磁热耦合分析与计算47-49
• 4.3.2 局部过热分析49-53
• 4.4 本章小结53-54
• 第5章 结论54-55
• 参考文献55-58
• 在学研究成果58-59
• 致谢59

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