油浸式变压器饼式绕组电磁-温度-流体场双向耦合数值建模与分析

发布时间：2022-01-20 09:22

　　为提高油浸式变压器绕组温度场仿真计算的精确性,针对该类变压器饼式绕组和变压器油的材料参数均随温度变化的特点,通过分析研究其电磁场、温度场与流体场的三场控制方程及三场间耦合变量的关系,提出将电磁场与温度场松耦合,在温度场与流体场之间进行紧耦合实现电磁-温度-流体场三场耦合的建模方法.结合数值迭代计算的原理,以单匝导线作为三场间迭代计算数据映射的基本单元,应用有限元法与有限体积法联合求解.然后,针对一台实际的配电变压器低压饼式绕组,在测试且计及导线匝间绝缘对传热计算影响、对剖分网格进行敏感性分析基础上,建立饼式绕组三场耦合仿真模型,仿真计算饼式绕组的温度场分布和变压器油的运动特性.最后结合三场间的耦合理论公式对仿真结果进行了合理性分析验证.结果表明:提出的建模方法和所建的三场耦合仿真模型能有效地考虑三场间的耦合作用,从而提高计算结果的精确性,而且其计算时间在工程应用范围内可接受. 

【文章来源】：北京交通大学学报. 2020,44(04)北大核心CSCD

【文章页数】：9 页

【部分图文】：

多物理场完全耦合迭代计算流程

由于低压绕组散热条件较高压绕组差等因素限制,油浸式三相变压器的热点温度总是位于低压绕组中上部[4-5].本文以66MVA-225/26.4 kV ONAN/ONAF配电变压器中的低压绕组[10]作为研究对象,对其多物理场间耦合作用的不同简化方式展开研究.该变压器低压绕组结构如图2所示,采用 “之字形”冷却结构,由78段线饼组成,每段线饼由18匝扁铜导线沿辐向绕制而成,低压绕组内侧与对称轴间的距离为316.2 mm,左右侧竖直油道宽均为6.4 mm,水平油道宽为4.1 mm,由垫圈将整块饼式绕组分隔成5个区域,第一区域由2段线饼构成,其他分区均由19段线饼构成,上一分区的油流出口作为下一分区的油流入口,绕组内外侧均由绝缘筒所围,油流从低压绕组底部进入,通过垫圈及绝缘筒引导变压器油流过水平、竖直油道,与饼式绕组发生热交换.文献[10]中通过比较分析二维与三维的数值计算结果对二维数值模型进行修正,验证了二维数值计算的工程适用性,图2为绕组的特征流体存在的区域,二维数值计算占用较少的计算资源,因此根据低压绕组分区的几何对称性,通过二维轴对称数值计算探究多场之间的耦合作用.2.2 数值仿真模型精确性分析

数值分析方法计算的准确与否和网格剖分的质量直接相关,为了保证数值计算精度,通过特征区域内最高温度与对应剖分网格数量之间的关系验证网格的收敛性[15],如图3所示.由图3可知,对比网格单元数为539与394 415时计算结果,二者计算所得最高温度相对差值高达38.84%,印证了网格可靠性验证的必要性.当网格数量大于100 000时,最高温度的计算值变化小于0.24%,结合实际计算机资源,最终选择网格单元数为108 686,节点数为135 492进行计算.

【参考文献】：
期刊论文
[1]基于多面体网格剖分的油浸式变压器三维温度场及油流场仿真[J]. 周利军,唐浩龙,王路伽,蔡君懿.  高电压技术. 2018(11)
[2]油浸式电力变压器饼式绕组温升的影响因素分析[J]. 李琳,谢裕清,刘刚,王帅兵.  电力自动化设备. 2016(12)
[3]油浸式电力变压器绕组温升的多物理场耦合计算方法[J]. 谢裕清,李琳,宋雅吾,王帅兵.  中国电机工程学报. 2016(21)
[4]油浸式变压器三维电磁-流体-温度场耦合分析方法[J]. 廖才波,阮江军,刘超,文武,王珊珊,梁嗣元.  电力自动化设备. 2015(09)
[5]油浸式变压器二维电磁-流体-温度场耦合分析方法研究[J]. 廖才波,阮江军,逯怀东,于光远,王珊珊,文武,刘超.  科学技术与工程. 2014(36)



本文编号：3598573