牵引变压器内部温升试验与仿真研究

发布时间：2017-09-06 13:22

  本文关键词：牵引变压器内部温升试验与仿真研究

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【摘要】：牵引变压器作为电气化铁路供电系统中最重要的电气设备之一,其性能的优劣对电气化铁路的运营有着决定性的影响。由于牵引变压器平均负载率很低,但对短时过载能力要求很高,负荷具有明显的冲击性,因此牵引变压器绕组热点温升规律和绝缘老化规律有别于电力变压器,准确计算出绕组热点温度和老化速率有助于保证使用寿命的同时减小容量,发挥最大的经济效益。本文根据牵引变压器的结构特点和负荷特性建立牵引变压器温升试验平台和对应的数值计算模型,研究了稳态时、阶跃负荷下和连续冲击负荷下变压器内部温度场与油流场分布特性和变化规律,分析了散热器位置和导向油道对绕组热点温度的影响,并建立DQY-31500/220牵引变压器数值计算模型,探究了典型负荷曲线下绕组热点温升规律和绝缘老化规律。论文针对负荷状态对变压器温度场与油流场的影响展开研究,首先研制了一套牵引变压器温升试验系统,测量了不同负荷下变压器内部温度的分布特性和变化规律以及散热器油流平均速度,并通过调节油泵阀门大小改变油流循环速度,研究油流循环速度对绕组热点温升的影响。然后根据试验系统建立对应的数值计算模型,求解牵引变压器温度场与油流场分布,将仿真值与实验结果对比,验证仿真模型,并研究了稳态时、阶跃负荷下和连续冲击负荷下绕组热点温度、绕组均温、散热器进出口油温、顶层油温和平均油温变化规律,分析了稳态时和阶跃负荷下绕组热点温度和油流速度的关联性,探究了冲击负荷之前的温度场与油流场对冲击负荷作用时的绕组热点温度的影响,为优化变压器结构,降低绕组热点温度,研究了绕组中心与散热器中心相对位置和挡板对绕组热点温度的影响。最后基于有限体积法构建DQY-31500/220牵引变压器仿真模型,研究其在典型负荷曲线下的绕组热点温升规律和绝缘老化规律,计算了在此典型负荷曲线下的日均寿命损失。
【关键词】：牵引变压器 温升试验 数值计算 温度场 油流场 热点温度
【学位授予单位】：西南交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U224.22
【目录】：

• 摘要6-7
• Abstract7-11
• 第1章 绪论11-15
• 1.1 课题的研究背景和意义11
• 1.2 国内外研究现状11-14
• 1.2.1 直接测量法现状12
• 1.2.2 热路法研究现状12-13
• 1.2.3 数值计算法研究现状13-14
• 1.3 本文的研究内容14-15
• 第2章 牵引变压器温升试验15-27
• 2.1 引言15
• 2.2 牵引变压器温升试验平台搭建15-19
• 2.2.1 牵引变压器温升试验平台结构设计15-18
• 2.2.2 牵引变压器传感器安装18-19
• 2.3 试验步骤19-20
• 2.4 试验结果20-26
• 2.4.1 稳态时温升试验结果20-21
• 2.4.2 阶跃状态时温升试验结果21-22
• 2.4.3 连续冲击负荷下温升试验结果22-24
• 2.4.4 绕组纵向高度温度曲线24-25
• 2.4.5 油流速度对绕组温度的影响25-26
• 2.5 小结26-27
• 第3章 牵引变压器数值计算模型验证27-38
• 3.1 引言27
• 3.2 变压器的散热方式27-30
• 3.3 流体流动方式30
• 3.4 固液耦合传热数值计算30-31
• 3.5 自然油循环理论31-32
• 3.6 牵引变压器数值计算模型建模32-34
• 3.7 边界条件设置34
• 3.8 数值计算模型验证34-37
• 3.8.1 温度场与油流场分布云图34-36
• 3.8.2 绕组热点温度验证36-37
• 3.9 小结37-38
• 第4章 牵引变压器温度场与油流场研究38-52
• 4.1 引言38
• 4.2 稳态时变压器温度场与油流场研究38-41
• 4.2.1 绕组温升分析38-39
• 4.2.2 散热器进出油口温度分析39
• 4.2.3 顶层油温与平均油温分析39-40
• 4.2.4 内部最大油流速度40-41
• 4.2.5 绕组热点温度与油流速度关联研究41
• 4.3 阶跃负荷下变压器温度场与油流场研究41-44
• 4.3.1 绕组温升分析41-42
• 4.3.2 散热器进出油口温度分析42-43
• 4.3.3 顶层油温与平均油温分析43
• 4.3.4 绕组热点温度与油流速度关联性研究43-44
• 4.4 连续冲击负荷下变压器温度场与油流场研究44-47
• 4.4.1 绕组温升分析45
• 4.4.2 散热器进出油口温度分析45-46
• 4.4.3 顶层油温与平均油温分析46-47
• 4.5 冲击负荷时绕组温升影响因素研究47
• 4.6 牵引变压器结构优化47-49
• 4.6.1 散热器高度对热点温度的影响47-48
• 4.6.2 导向油道对热点温度的影响48-49
• 4.7 热点温度计算与寿命预测49-51
• 4.8 小结51-52
• 结论与展望52-54
• 致谢54-55
• 参考文献55-59
• 攻读硕士学位期间发表的论文及科研成果59

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本文编号：803365