油浸式变压器油流速与温度场关联性建模
利用Fluent计算的油浸式变压器绕组热点温度研究
Ｆｕｎ 求解器；后处理部分则直接使用 Ｆｕｎ 求解 ｌ ｔ ｅ ｌ ｔ ｅ
涡流 损耗 分 布 极不 均 匀 ，在 变压 器绕 组 和 油 箱 、 夹
到 ３部 分 软 件 ： 处 理 软件 、 解 器 、 处 理 软件 。 前 求 后 本 文使 用 的前 处 理 软 件 是 具 有 超 强 组 合 建 构 模 型
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电力变压器温度建模与仿真研究
电力变压器温度建模与仿真研究随着电力系统的不断发展和电力负荷的不断增长，电力变压器在电网中扮演着至关重要的角色。
而电力变压器的温度是评估其运行状态的重要指标之一，高温会导致变压器的寿命缩短甚至故障发生。
因此，对电力变压器的温度建模与仿真研究具有重要的理论意义和实际应用价值。
电力变压器的温度模型是通过对变压器内部和外部的热量分布及传递进行研究，建立数学模型来描述变压器的温度分布情况。
温度建模旨在预测变压器在不同工作条件下的温度变化，并帮助决策者优化运维策略、提高变压器的运行安全性和寿命。
在电力变压器的温度建模研究中，一种常见的方法是基于热平衡方程进行建模。
这种方法将变压器视为一个热力学系统，通过热量的收支平衡方程来描述变压器内部温度的变化。
另外，还可以基于电热耦合原理，考虑电流、电压和热损耗等参数的影响，建立电流和温度之间的关系。
这些模型可以通过实测数据进行参数拟合和验证，提高其准确性和可靠性。
除了静态温度建模，动态温度建模也是电力变压器研究的重要方向之一。
动态温度建模考虑了变压器在不同负荷变化下的温度响应，可以帮助运维人员更好地了解变压器的工作状态和运行特性。
动态温度建模通常需要考虑变压器的热惯性和传热过程的时间延迟等因素，通过数学模型进行仿真分析和预测。
温度建模的研究离不开对变压器内部热量的传递和散热机制的研究。
电力变压器的内部热量是由电流激励产生的，而变压器的散热机制主要通过冷却系统实现。
因此，在温度建模研究中，对变压器内部的热量分布与传递进行准确的建模是非常重要的。
研究者可以借助流体力学和传热学等领域的理论和方法，建立冷却系统的散热模型，并将其与变压器的温度模型进行耦合，从而提高温度建模的准确性与可信度。
为了验证温度模型的准确性，仿真研究是不可或缺的一个环节。
通过对温度模型进行仿真，可以得到变压器在不同工况下的温度分布图和温度变化曲线。
同时，也可以通过与实际变压器的运行数据进行对比和验证，进一步提高模型的可靠性和适用性。
基于ANSYS软件的油浸式变压器温度场有限元仿真计算
基于ANSYS软件的油浸式变压器温度场有限元仿真计算薛飞;陈炯;周健聪;李忠【摘要】应用传热学和流体力学原理分析了变压器内部生热以及散热机制,建立了流固耦合的变压器温度场有限元分析模型,并在此基础上选取了适当的边界条件及求解参数,在综合考虑非线性热源以及随温度变化的油动力粘度的前提下,采用有限元分析软件ANSYS计算了变压器内部的温度场分布,确定了热点的温度及位置.【期刊名称】《上海电力学院学报》【年(卷),期】2015(031)002【总页数】5页(P113-116,126)【关键词】油浸式变压器;热点温度;温度场;流固耦合;有限元;ANSYS软件【作者】薛飞;陈炯;周健聪;李忠【作者单位】上海电力学院电气工程学院,上海200090;上海电力学院电气工程学院,上海200090;国网四川省电力公司资阳供电公司,四川资阳641300;国网四川省电力公司资阳供电公司,四川资阳641300【正文语种】中文【中图分类】TM411;TM743随着电力建设的不断推进，电力设备朝着大型化方向发展，但大型变压器的内部温升控制问题一直是近年来困扰电网运行部门的技术难题之一.《GB/T 1094.7—2008油浸式电力变压器负载导则》中明确指出:“绕组最热区域内达到的温度，是变压器负载值的最主要限制因素，故应尽一切努力来准确地确定这一温度值”.[1]当热点温度超过指定限值时，会加速绝缘老化，缩短变压器寿命，影响变压器的正常运行.因此，开发合适的温度场计算技术，准确计算绕组热点温度及位置是亟待解决的问题.目前，计算变压器热点温度的依据一般是实验结果和实践经验，但其误差较大，不能反映最热点温度和变压器内部整个温度的分布，并且难以确定热点的准确位置.[2]因此，笔者从传热学和流体力学理论出发，结合强大的有限元分析软件ANSYS，建立了油浸式变压器的有限元分析模型，分析并计算了变压器稳态运行下的温度场分布，较为准确地定位出热点的位置.1 发热及传热原理1.1 变压器的热源变压器内部的热量主要由损耗转化而来，包括绕组损耗和铁心损耗，可以表示为:[3]式中:PT——总损耗;PC——铁心损耗;PL——绕组损耗.绕组中的损耗包括直流电阻损耗、涡流损耗及杂散损耗等，其中直流电阻损耗占主要部分，可表示为:式中:I2R——绕组的电阻损耗;PW——绕组中的涡流损耗;PZ——杂散损耗.铁心损耗主要由铁心中的磁滞损耗和涡流损耗构成，可以表示为:式中:P1——铁心中的磁滞损耗;P2——铁心中的涡流损耗;δh——磁滞损耗系数;δe——涡流损耗系数;f——电流频率，Hz;Bm——磁通密度的最大值，Wb/m2.绕组的涡流损耗和直流电阻损耗产生的热量直接作用于绕组，从而引起绕组温度升高，并且也是变压器内部热量的主要来源.1.2 传热机理分析对于油浸式变压器来说，运行中所产生的热量主要以传导和对流方式进行传递，其热量散失过程如图1所示.图1 变压器内部传热原理示意热量的传递过程分为4个部分:一是铁心、绕组产生热量，经内部传导，热量传递到与油接触的外表面;二是外表面的热量经过对流传递到油，油温逐渐升高;三是变压器油向上流动，接触油箱壁，油温下降，油向下流动;四是冷油回到底部又重新流入绕组，形成了闭合的对流路线.油箱壁对空气的辐射传热可忽略不计.因此，热传递在变压器内部固体间表现为热传导，在固体与油之间表现为对流.通过适当假设以及参照能量守恒定律可得出热传导的数学模型[4]假设如下.(1)绕组为各向同性的连续介质.(2)导体的密度、比热容和导热率均为常物性.(3)导体内部有热源且均匀分布.q v为单位体积的生热率，V为导体体积，则qv=P/V.所得微分方程式如下:式中:a——热扩散率，即导温系数;λ——导热系数;c——比热;ρ——密度.在不考虑时变的稳态传热时，式(4)可简化为:对流主要取决于对流换热系数、固体与油流温度差、换热表面积，实际工程中采用牛顿冷却公式:[2]式中:hf——对流换热系数;S——换热表面积;tw——固体表面温度;tf——油流温度.由于对流过程中油的导热系数、比热及密度都是温度的函数，因此正确确定hf是计算变压器内部温度场的关键.[5]2 ANSYS模型的建立ANSYS软件是融合电场、磁场、温度场于一体的大型通用有限元分析软件.其强大的多物理场耦合计算功能使其在跨领域多变工程中得到广泛的使用.[6] ANSYS Workbench Environment(AWE)作为新一代多物理场协同 CAE仿真环境，集建模、有限元分析、优化设计3大模块于一体，为设计人员提供了系统级的解决方案.本文就是利用Workbench对油浸式变压器内部流固耦合的环境进行仿真分析.2.1 确定边界条件及物性参数本仿真过程为稳态求解，即发热和散热达到热平衡.固体所用的比热、导热系数及材料密度均为常数，油的物性参数采用拟合输入，见表1.热源密度为常数，环境温度及初始油温为20℃.表1 变压器油物性参数油的物性数拟合公式动力粘度μ μ=11.71exp(－0.02T)密度ρ ρ=894－0.6(T－273)比热 C C=807.163+3.58T本文所模拟的油浸式变压器只考虑自然对流，并且忽略油箱壁对空气的辐射散热，因此用到两类边界条件，即第1类边界条件和第3类边界条件.油与铁心、绕组及油箱壁之间是典型的对流换热，属第3类边界条件，满足:式中:λ——导热系数;n——法方向.由于油箱的几何形状比较规则，因此自然对流换热系数hf可取均值.式中:Nu——努塞尔数;Ra——瑞利数，Ra=GrPr;G r——格拉晓夫数;α——热膨胀系数，α =1/T;β——运动粘度，m2/s;H——特征尺寸，m;Δt——温差，℃;C，n——比热和法方向，数值由试验确定;Pr——普郎特数.油流与绕组的对流散热比较复杂，由于各绕组的生热率、几何形状及空间位置都不同，使得它们与油之间的hf相差较大，不能采用均值.事实上，油流可分为层流和湍流，两者换热效果相差较大，可通过雷诺系数Re来判断:式中:v——流体流速;ρ——流体密度;L c——特征尺寸;μ——动力粘度.当Re＜2 300时，流动为层流，反之为湍流.对于油箱壁面则用到了传热学中的第1类边界条件，即规定流体边界上的温度为常数20℃.2.2 仿真模型及网格划分本文所选变压器为三相对称，且各相关量的变化成轴对称，即温度场的分布在变压器内部沿圆周方向没有梯度变化，这里选用其中一相，作1/4三维轴对称圆柱体模型进行温度场计算.模型的参数如下:油箱尺寸为820 mm×800 mm×500 mm;铁心导热系数为40 W/mK;生热率为9 651.39 W/m3;绕组导热系数为336W/mK;低压绕组平均生热率为28 954.17 W/m3;高压绕组平均生热率为12 578.81 W/m3.网格划分的方式对分析结果影响较大，本模型为流固耦合模型，因此采用完全非结构化分段划分方法，[7]在耦合交界面以及温度梯度较大的部位网格较细，这样在保证精度的前提下又不至于过分影响系统的计算效率.网格划分后的局部模型如图2所示.图2 模型上端部网格划分2.3 程序计算流程仿真计算流程如图3所示.需要注意的是，要先建立流体场分析模型，在此基础上再建立固体模型，添加材料属性和划分网格.计算结束后对每一次的计算结果进行收敛性以及精度的判断，当精度未达到要求时，返回修改流场参数及网格参数，然后再次进行迭代计算，直到达到足够精度为止.[8]图3 仿真计算流程2.4 仿真结果及分析利用ANSYS软件计算了在环境温度20℃下，额定容量为2 500 kW且在额定负荷运行下的变压器的温度场分布情况，其轴截面温度场分布如图4所示.图4 温度场分布从图4可以看出，铁心及绕组的温度分布都不均匀，下部温度低，上部温度高;最低温度出现在铁心的下端部分，最热点则出现在低压绕组内侧轴向80% ～85%处，其温度为85.7℃，低于变压器所规定的参考温度98℃.[1]从传热学及流体力学的角度考虑，热量从绕组的内侧以一定的传导系数向外传热，在绕组表面与油接触后进行对流换热，沿轴向向上流动，因此要带走一部分热量;同时，绕组上端部散热效果比下端部差，从而使得上面温度高于下面温度;高压绕组在外层，散热效果比低压绕组好，因此温度低于低压绕组.3 结语本文采用ANSYS软件对油浸式变压器进行了建模与仿真，考虑油粘滞度随温度的变化及非线性的绕组发热功率，最后得到变压器内部温度场分布图，并结合传热学及流体力学的原理对所得结果进行了分析.经与经验测量结果及 IEEE推荐方法计算值对比发现，计算精度可满足工程要求，同时也为热点位置的定位提供了理论依据. 参考文献:【相关文献】[1]中国电器工业协会.GB/T 1094.7—2008油浸式电力变压器负载导则[S].北京:中国标准出版社，1994.[2]傅晨钊，汲胜昌，王世山.变压器绕组温度场的二维数值计算[J].高电压技术，2002，28(5):10-12.[3]陈伟根，苏小平，周渠，等.基于顶层油温的变压器绕组热点温度计算改进模型[J].重庆大学学报，2012，35(5):69-75.[4]曲德宇，刘文里，韩波.干式变压器绕组温度场的二维数值分析[J].变压器，2011，48(12):21-25.[5]崔伟，张喜乐，李永刚，等.基于Fluent软件的干式变压器绕组热点温度计算与分析[J].电力科学与工程，2011，27(1):32-35.[6]温波，刘爽，冯加奇，等.油浸式电力变压器绕组温度场的二维仿真分析[J].变压器，2009，46(9):35-38.[7]杜莉，王秀春.油浸式变压器内流场和温度场的数值模拟研究[J].变压器，2012，49(1):19-22.[8]李季，罗隆福，许加柱.电力机车主变压器油箱三维温度场有限元分析[J].高电压技术，2005，31(8):21-23.。
变压器热点温度及顶层油温预测模型
Internal Combustion Engine &Parts0引言电力变压器是电力系统的关键设备，其安全稳定运行与电力系统的可靠性密切相关。
而变压器热特性是影响变压器寿命的重要因素。
变压器温度升高会加速其绝缘劣化，降低变压器的使用寿命，甚至导致绝缘击穿造成重大电力事故。
因此，如何建立准确实用的变压器热分析模型对于维护变压器安全稳定运行具有十分重要的意义。
变压器热分析模型主要有三种方法：数学计算模型、有限元方法、热电等值电路模型。
数学计算模型[1-2]是热模型研究的基础，其基于热量传递机制，运用数值分析方法，通常用于热点温度的预测。
有限元分析方法[3-5]将变压器内部空间分割成若干个微元体，根据能量守恒并结合计算流体力学求解出温度的连续分布，其结果较为精确，但计算过程十分复杂，对于微分方程组的求解是一大难题。
热电等值电路模型[6-7]根据变压器内部传热规律，将热参数类比为电参数，进而建立与传热规律对应的电路拓扑结构。
热电等值电路虽然不能求解温度的连续分布，但可以根据求解精度建立相应阶次的电路，求解关键部位的温度，其计算量远低于有限元方法。
本文基于热电等值基本原理建立了三阶的变压器热电等值电路，可以计算出绕组、铁芯、箱体温度及底层油温和顶层油温，实现对变压器内部温度的实时监测，在负荷改变时能够预测变压器内部各组件温升，便于电力监控中心拉限“负荷”防止变压器过载。
本文根据负荷及变压器铭牌参数计算铜耗、铁耗，再结合历史数据运用最小二乘法估计热电等值电路各热阻热容，通过基尔霍夫定律计算各点温度。
运用热电等值电路可以求解温度变化的动态过程，为简化计算也可直接求解热过程稳定后的温度。
1变压器热电等值电路1.1热电等值基本原理热电等值运用电路刻画热量传递规律，其中热阻、热容控制方程与电阻、电容一致，电位代表温度，电流源代表热源功率。
热阻反映两点之间热量传递的难易程度，两点之间温差不变，热阻越小，热量传递越剧烈。
油浸式三相电力变压器电磁场及温度场的瞬态仿真分析
油浸式三相电力变压器电磁场及温度场的瞬态仿真分析本文研究模拟S7-10kV级以下，额定容量为630kVA的三相油浸式电力变压器在瞬态启动过程中铁芯与绕组在各相峰值时刻电磁场的分布状态以及其所产生的损耗作为内热源，来模拟铁芯与绕组温度场的分布情况。
目前国内外学者只针对变压器电磁场和温度场来单独进行研究，或是只给定绕组电流密度来模拟变压器的温升情况。
本文通过对模拟电力变压器正常运行过程中产生的损耗来转化为变压器的内热源，从而分析其温度场的分布情况，这样可以更准确的与实验结果相校核，从而探索出影响变压器温升值的根本因素。
本文通过ANSYS Workbench14.0有限元分析软件中的ANSOFT Maxwelll和Transient Thermal模块来分别模拟变压器铁芯与绕组在各相峰值时刻的电磁场分布情况与温度场分布情况。
首先对变压器分别进行空载、负载系数为0.5、负载系数为1三种不同负载运行工况下的电磁场模拟，分析其瞬态启动过程中产生的感生电压、负载电流波形的变化，并研究铁芯与绕组在各相峰值时刻的磁感应分布（B）特性、磁场分布（H）特性、电流密度分布（J）特性等。
然后将结果集成到Transient Thermal 模块来计算铁芯与绕组的损耗，并模拟其温度场从瞬态到稳态过程的分布情况，以及铁芯与绕组最大温差值的变化特性。
通过分别对变压器在空载、负载系数为0.5、负载系数为1工况下进行电磁场模拟，结果表明三相中一次侧电压与对应二次侧感生电压值之比为25：1；在空载工况和负载系数为1工况下的两次模拟结果显示，空载电流远远小于初级额定电流的5%～8%；空载工况下会产生励磁涌流现象其最高电流可达到稳态电流的6～8倍，而大容量变压器可达到几十倍以上。
通过以上结论可知模拟的结果符合实际情况，满足变压器仿真要求。
模拟分析铁芯和绕组在各相峰值时刻的电磁场分布情况，中间B相的磁场强度相较于A、C两相变化范围小，绕组的磁场矢量变化形式整体呈锥形分布，最大磁场强度出现在铁芯横向与纵向交汇处；随着负载系数的增大，绕组的磁场强度随之成倍数增加；三种工况下铁芯各相的磁感应分布均匀，随着负载系数的变化，铁芯表面的磁感应均值和最大值变化不大，负载系数对铁芯表面磁感应强度没有影响。
ODFS-334000500大型油浸式电力变压器绕组温度场数值模拟
ODFS-334000/500大型油浸式电力变压器绕组温度场数值模拟油浸式变压器是我国电力系统中最重要的装置,随着其电压等级和容量的不断提升,变压器内局部温度过高和变压器内部热量集中等散热问题日益严重,直接威胁变压器的安全运行,进而威胁到电力输送的稳定性与安全性。
因此,研究油浸式变压器内部的温升特性,优化绕组的冷却油道结构,具有重要的学术价值和现实意义。
本文利用商用CFD软件CFX,对一台型号为ODFS-334000/500的大容量、高电压大型油浸式变压器进行分析,重点针对变压器低压、中压绕组的三维温度场及内流场分步进行研究。
本文首先对低压绕组进行了全面分析。
通过二维薄壁模型和二维完全模型对比发现,二维薄壁模型可有效地减少网格量,研究表明,两种模型得到的绕组平均温度、热点温度、热点位置均比较接近,故可以采用薄壁模型来简化换位导线内部的绝缘材料。
然后分别建立了低压、中压绕组的二维薄壁模型及三维薄壁模型,通过对比发现,绕组三维薄壁模型中的垫块、撑条及周向绝缘垫块对油流动具有阻塞效应,阻碍了油对绕组的冷却,使油流速和油温在周向具有明显差异,绕组内部存在明显的三维流动现象。
低压绕组三维薄壁模型绕组平均温度比二维薄壁模型高4.756℃,热点温度高6.4℃,绕组热点位置也由168层绕组降低到153层绕组。
绕组的二维薄壁模型可以作为三维模型的简化,用来快速了解绕组内部温度变化规律。
本文通过增设导油挡板的形式分别对低压、中压绕组进行了冷却油道改进,并利用二维薄壁模型对改进模型进行数值模拟,计算结果显示,低压绕组改进模型的绕组平均温度和热点温度分别下降了7.484℃和5.372℃,中压绕组改进模型绕组平均温度下降了4.343℃,改进效果非常明显。
本文利用绕组的薄壁模型对其它绕组进行了二维数值模拟分析,并对铁芯中心柱底部端绝缘结构进行了三维流动分析,分别求出了各绕组和端绝缘结构的多孔介质阻力系数及孔隙率大小,并利用低压绕组验证了多孔介质模型的准确性,最终建立了变压器三维多孔介质简化模型。
油浸式电力变压器热点温度在线监测方法研究
油浸式电力变压器热点温度在线监测方法的研究摘要:变压器热点温度是影响绕组绝缘状态最重要的原因,热点位置也是变压器油纸绝缘老化最严重的区域之一,监测热点温度具有重要意义。
由热电类比理论,建立了顶层油温油浸式电力变压器内部温升热路模型,推导出变压器热点温度计算公式,并提出了一种油浸式电力变压器热点温度在线监测方法。
这种在线监测方法需要采集的信息量少且易于获取,计算过程简单,计算精度较高,能为变压器的运行管理提供有效的技术支持。
关键词:变压器热路模型热点温度在线监测中图分类号:tm4 文献标识码:a 文章编号:1672-3791 (2010)7(b)-0090-021 引言电力变压器是电力系统最重要和最昂贵的电气设备之一,其运行的稳定性和安全性直接关系着供电质量和电网稳定性。
油浸式电力变压器绝缘采用油纸绝缘结构型式,温度是促使绝缘老化的主要因素[1]。
热点区域是温度对绝缘状态影响最严重的区域,也是油纸绝缘老化最快的区域之一,因此监测变压器热点温度能为变压器运行管理提供有效的技术支持。
目前测量热点温度主要分为直接测量法和间接测量法。
直接测量法指在绕组中靠近导线部分埋设传感器,由温度测量仪直接测温,测量结果精确并能确定热点位置,但需要在变压器设计制造时预埋传感器,维护技术复杂,价格昂贵。
因此,工程中常采用间接测量法,主要包括数值计算法[2-4],该方法基于建立变压器内部热传递模型,根据传热学理论和边界条件求解变压器内部温度场,计算精度较高,可以获取求解区域内任一位置的温度,但计算过程复杂,对计算机性能要求较高;热模拟法[5]是将从电流互感器取得的附加电流在电热元件上所产生的附加温升,叠加到变压器顶层油温上,从而获得变压器的绕组热点温度,但目前使用的技术仍存在一定的误差。
国家标准推荐法[6]计算过程简单,但负荷变化时计算精确度需待提高;热路模型法[7-12]是基于热电类比法,把变压器内部热传递过程转化为热路模型,可以直观的反应出变压器热传递过程,并可根据热电类比原理推导出各种特征温度的计算公式,是目前研究变压器内部温升比较常用的一种方法。
基于数据和模型的油浸式电力变压器健康管理系统研究
基于数据和模型的油浸式电力变压器健康管理系统研究一、本文概述随着电力系统的智能化、信息化进程加速，对油浸式电力变压器这类核心电气设备的精细化管理需求日益凸显。
此类变压器因其容量大、电压等级高、结构复杂，其健康状况直接影响到整个电力系统的安全可靠运行。
传统的定期检修模式已无法满足现代电力系统的高效运维要求，而基于数据驱动与模型推理的健康管理策略则展现出显著优势。
本文的研究工作旨在填补这一技术空白，开发出一套能够有效整合多源监测数据、利用先进分析模型、实现变压器全生命周期健康管理的智能系统。
提出的THMS设计遵循模块化、集成化原则，主要包括数据采集与预处理模块、状态监测与特征提取模块、健康评估与故障诊断模块、以及维护决策支持模块。
数据采集与预处理模块负责从现场传感器、在线监测设备、定期检测报告等多途径获取变压器运行数据，并进行清洗、校准、融合等预处理操作。
状态监测与特征提取模块运用信号处理、模式识别等技术，实时提取反映变压器健康状态的关键特征指标。
健康评估与故障诊断模块基于机器学习、深度学习、物理模型等多元模型融合策略，对特征数据进行深入分析，实现变压器状态的定量评估、潜在故障的早期预警及故障类型的精准诊断。
维护决策支持模块则结合设备历史数据、运行工况、经济性等因素，提出科学的预防性维护计划或维修建议，辅助电力企业进行高效运维决策。
本文研究的核心技术涵盖了大数据处理、多源信息融合、特征工程、机器学习算法应用、模型融合与优化等多个领域。
具体包括：大数据处理技术：用于海量监测数据的高效存储、索引、查询与实时分析。
多源信息融合技术：解决不同类型、不同精度、不同时间尺度数据的整合与一致性问题。
特征工程方法：设计并提取能有效表征变压器状态变化的特征变量，为后续模型训练提供高质量输入。
机器学习与深度学习算法：如支持向量机、随机森林、神经网络等，用于变压器状态分类与回归分析。
物理模型与数据驱动模型融合：结合变压器内在物理规律与实际运行数据，提升诊断准确性和鲁棒性。
ansys变压器温度场分析
变压器温度场的有限元分析华北科技学院机制B091班220 kV大容量油浸式电力变压器温度场的有限元分析随着电力建设的不断发展，电力设备朝着大型化方向发展，但大型变压器在内部温升控制方面一直是近年来困扰变压器制造企业的技术难题之一。
如何开发合适的温度场计算技术，准确地计算变压器在各种运行状态下内部线圈、结构件及铁芯等部位的温度，控制内部热点温度不超过其内部绝缘材料的许用温度，从而保证变压器的热寿命，提高变压器的安全可靠性，是企业急需解决的问题。
本课题采用有限元技术对大容量变压器的温度场进行数值模拟与分析。
主要研究内容有：1)了解和掌握大型变压器的结构与工作状况；2)建立典型的220 kV变压器的有限元分析模型；3)分析与计算变压器的温度场分布；表1 该变压器主要参数定义油和所有线圈的相对磁导率为1，油箱的磁导率为300，屏蔽材料的磁导率为2000。
表2 变压器结构参数(1)变压器几何尺寸在宽度方向与x轴对称:铁心窗口上、下边距绕组高度中心线相等油箱上、下盖的内侧距绕组高度中心线相等。
(2)忽略励磁电流和环流，一、二次侧绕组安匝平衡。
(3)油箱磁屏蔽的μ→∞，可作为边界而处理。
(4)旁扼截面可看成矩形截面。
电力变压器是电力网中的主要设备，其总容量达到发电设备总容量的5～6 倍。
电力变压器的技术性能、经济指标直接影响着电力系统的安全性、可靠性和经济性。
随着科学技术的发展、生产技术的进步以及新型电工材料的开发应用，变压器的各项性能指标不断刷新，单机容量越来越大，变压器中的漏磁场也随之增大，引起了人们的关注。
在额定运行情况下，漏磁场的增强引起的变压器附加损耗的增加将直接影响变压器的行效率和产品的竞争力。
严重的是，由于漏磁场在一定范围内的金属结构件中产生的涡流损耗不均匀，有可能造成这些结构件的局部过热现象。
变压器的容量越大，漏磁场就越强，从而使稳态漏磁场引起的各种附加损耗增加，如设计不当它将造成变压器的局部过热，使变压器的热性能变坏最终导致绝缘材料的热老化与击穿。
变压器油温与绕组温度的变化关系分析
变压器油温与绕组温度的变化关系分析作者：杨娜娜来源：《科技与企业》2015年第10期【摘要】本文在对运行中的变压器油温与绕组温度的变化关系进行分析后，发现二者在正常运行负荷下是一致的，通过分析其变压器绕组工作的原理，并结合实证研究的方法进行验证，最终提出现场调校匹配器加热调节电阻的解决措施，实验取得了良好的实践效果。
【关键词】变压器；油温；绕组温度；变化关系一、引言伴随我国现代化电网建设的日趋发展，对各种类型变压器的需求也逐渐增大。
对变压器运行状态的判断关乎变压器正常使用及电网的安全。
目前针对变压器油温与绕组温度都有专门的测量装置，如变压器绕组温度表即以变压器的原理和结构来专门设计的测量装置，使用这种测量装置可以保障变压器运行的安全。
在实际的变电站变压器维修人员的日常维护中发现，变压器油温和绕组温度在正常的运行负荷情况下是基本一致的，这一般会导致运行人员对变压器运行状态的错误判断。
因此本文结合变压器油温与绕组温度的变化关系，并结合实例进行分析，最终提出相应解决措施以供运行及维护人员参考。
二、本项技术的原理无论使用何种绕组温度表，绕组温度表的工作原理一般如下：绕组温度表通过模拟测量的方法来间接测量到绕组的热点温度，也就是绕组温度T1等于变压器顶层油温T2和变压器铜油温差△T的相加，T1=T2+△T。
通过统计分析和实证研究发现，绕组热点温升问题是导致大多数变压器出现故障及事故的原因。
《油浸式电力变压器负载导则》中提出，变压器绕组最热部分内达到的温度，是限制变压器负载值的最主要原因，因此需要准确地确定最热的温度值。
通常变压器使用寿命是受承受最高温度区域的绝缘材料寿命所限制的。
变压器绕组的热点实际上是变压器运行时其绕组温度最热的区域，因此热点温度过高，会使绝缘老化加快，变压器寿命减短；反之，热点温度过低，那么变压器就得不到充分利用。
而与绕组温度密切相关的还有油温，如表1所示，在额定的负载下，油浸式的变压器其绕组平均温升是65K，热点温升是78K。
油浸式变压器内部热点温度的计算分析
关键 词 ：油 浸 式 变 压 器 ；温 度 场 ；热 点温 度 ；热 路
中图分类 号 ：ＴＭ４１１
文献标志码 ：Ａ
文章编号 ：２０９５—６８４３（２０１６）０３—０２４３—０４
Ｃａｌｃｕｌａ ｔｉｏｎ ａｎｄ ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ｉｎｔｅｒｎａｌ ｈｏｔ——ｓｐｏｔ ｔｅｍ ｐｅｒａｔｕｒｅ ｆ０ｒ ｏｉｌ—ｉｍ ｍ ｅｒｓｅｄ ｔｒａｎｓｆｏｒｍ ｅｒ
１ 油 浸 式 变 压 器 热 路模 型
．
１．１ 热路 模型 基本 原 理 温度 场 和 电场 的数 学 表达 式 完 全 相 同 ，根据 模
拟 理论 ，假若 描述 两 个 物理 现 象 的微 分 方 程 几 何形 状和边 界条件 相似 ，则两者 的解析解 可以完全 通 用 ，这就 是热 电类 比法 的理 论依 据 Ｊ。
油 浸 式 变 压 器 是 一 个 结 构 非 常 复 杂 的 大 型 电 力设 备 ¨Ｊ，它 的发 热 量 与变 压 器 的 线性 尺寸 立 方 成 正 比 ，而 且 散 热 面积 和线 度 尺 寸 的 平 方 成 正 比 ，因 此在 变 压 器 重 载 、过 载运 行 时 ，必 须 关 注 其 内 部 产 热 和外 部 散 热 的平 衡 。变 压 器 绕 组 热 点 温 度 是 它 在运行中内部温度的最：赶值 ，其热点温度分布的不 确定 性导 致 了热 点 位 置难 以准 确 测 量 ，尤 其 在 变 压 器运 行 中对 其 内部 直 接 测量 ，既不 经 济 ，也 不 安 全 。 所 以 ，为 了保 证 变 压 器 的安 全 运 行 ，对 油 浸 式 变 压 器热 点温 度 的仿 真 计 算 有 着 重 要 的实 用 价 值 。本 文根 据热 电类 比法 ，并 结 合传 热 学 理 论 建 立 油 浸式 变 压器 的 热 路 模 型 ，通 过 与 ＩＥＥＥ Ｓｔｄ Ｃ５７．９１导 则 计 算值 相 比较 ，以验证 该模 型 的有 效性 和可 行性 。
油浸式电力变压器内部温度场及其绕组热点的数值计算研究
Telecom Power Technology运营探讨油浸式电力变压器内部温度场及其绕组热点的数值计算研究王从龙，曾祺（广东电网有限责任公司佛山供电局，广东油浸式电力变压器内部的热量散失过程，并基于有限体积法计算油浸式电力变压器的温度通过变压器温度场模型分析判断油浸式电力变压器绕组热点及内部温度场分布情况，研究表明，不同环境温度下，运行工况的变化对变压器温度场产生的影响是不同的，其内部热点温度和平均温度会随着负载率与环境温度的升高而升高，但热点位置基本不会发生变化。
油浸式电力变压器；温度场；热点；负载能力Study on Numerical Calculation of Internal Temperature Field and Winding Hot Spot ofOil-Immersed Power TransformerWANG Conglong，ZENG QiGuangdong Power Grid Co.internal heat loss processimmersed power transformer 2021年1月10日第38卷 第1期Telecom Power TechnologyＪａｎ． １０， ２０２１ Ｖｏｌ．３８ Ｎｏ．１ 王从龙，等：油浸式电力变压器内部温度场 及其绕组热点的数值计算研究2 油浸式电力变压器内部温度场的有限体积法分析2.1 油浸式电力变压器结构模型鉴于油浸式电力变压器结构比较特殊，内部结构较为复杂，主要由套管、油箱、铁芯以及绕组等零件组成，如图1所示，在进行模型构建设计时需要进行简化[1]。
在此以XX集团所生产的型号为SZ11-63000/110（110/10.5 kV）的油浸自冷式变压器作为主要研究对象，其相关数据如表1所示。
图1 110 kV油浸自冷式电力变压器（ONAN）模型图表1 油浸式电力变压器结构模型数据指标取值/mm指标取值/mm铁芯直径560铁芯窗高1360上轭长度3240上轭宽度640上轭高度640油箱长度4570油箱宽度1630油箱高度27252.2 变压器内部损耗分析变压器能量的损耗多部分是由磁阻和电阻造成的，其中钢结构、绕组以及铁芯部分的损耗占据主要原因。
齿轮箱浸油润滑流场及温度场仿真分析
第50卷第8期2019年8月中南大学学报(自然科学版)Journal of Central South University(Science and Technology)V ol.50No.8Aug.2019齿轮箱浸油润滑流场及温度场仿真分析鲍和云，范永，朱如鹏，陆凤霞，靳广虎(南京航空航天大学直升机传动技术重点实验室，江苏南京，210016)摘要：为了研究浸油润滑齿轮箱的内部流场和温度场，采用RNG k-ε湍流模型、流体体积(VOF)模型和动网格模型，对齿轮箱内部流场进行动态数值模拟；应用多重参考系(MRF)模型对齿轮箱进行稳态温度场仿真，分析齿轮转速、浸油深度及滑油黏度等对齿轮温度场的影响。
研究结果表明：运用动网格法可以较好地对齿轮箱中的油液分布、速度场和压力场进行仿真；MRF模型可以用于对齿轮箱稳态温度场进行分析，且齿轮转速、浸油深度和滑油黏度对齿轮啮合面的温度影响较大。
关键词：齿轮箱；浸油润滑；动网格模型；流场；MRF模型；温度场中图分类号：TH132.413文献标志码：A文章编号：1672-7207（2019）08-1840-08 Simulation analysis of flow field and temperature field ofoil-immersion lubrication gearboxBAO Heyun,FAN Yong,ZHU Rupeng,LU Fengxia,JIN Guanghu(National Key Laboratory of Science and Technology on Helicopter Transmission,Nanjing University of Aeronauticsand Astronautics,Nanjing210016,China)Abstract:In order to study the internal flow field and temperature field of the oil-immersion lubrication gearbox,RNG k-εmodel,VOF(volume of fluid)model and dynamic mesh model were used to simulate the internal flow field of the gearbox.The steady-state temperature field of gearbox was simulated by using MRF(multiple reference frame)model. The factors affecting the temperature field such as gear speed,oil immersion depth and oil viscosity were analyzed.The results show that the oil-gas distribution,velocity field and pressure field in the gearbox can be well simulated by using the dynamic mesh method.The steady-state temperature field of the gearbox can be analyzed by using MRF model.The gear speed,depth of oil immersion,viscosity of lubricating oil have great influence on the temperature of gear meshing surface.Key words:gearbox;oil-immersion lubrication;dynamic mesh model;flow field;MRF model;temperature field闭式齿轮箱齿轮的润滑方式主要有浸油润滑和喷油润滑2种[1]。
油浸式变压器热管散热模型的试验研究
测量 结果 如 图 ６所 示 。 由图 ６可 以４ ０ ０ ｗ， 室内空气温度为 １ ６ ． ７
℃ 。测量 结果 如 图 ３ 、 图 ４所 示 。
后油箱 内最高温度显著降低 ， 变压器油 内温度场恒 定后 ， 有热管时的温度比无热管时的温度降低约 ４ ０ ℃。显然 ， 将热管插入油箱对变压器油进行 散热 的
２ 试 验 研 究 结 果及 分 析 Ｊ
２ ． １ 油箱 内温 度场分 布
ｍ ｍ× ５ ０ ０ ｍ ｍ的加热板模拟变压器 芯体产热 ； 其 对
称侧 壁面上 部 开孔 ， 将 热 管蒸 发 段 垂 直插 入 油 箱 内 并靠 近箱体 散热 壁 ， 热 管 冷凝 段 露 在 空气 中进 行 散 热 。试验所 用 热 管 为铜 管 ， 总长为 ８ ０ ０ ｍ ｍ， 外 径 为
热管是高导热元件 ， 在模拟 时可将热管看作具 有高 导热 系数 的等 温 棒 ， 通 过试 验 测 得 所 用热 管 的
收 稿 日期 ： ２ ０ １ ２— ０ ９— ０ ７
第 ２期
刘红 蕾 ， 等： 油浸 式 变压 器热 管散 热 模 型的试 验研 究
・ ３ ７・
铜 质热 管 （ 自制 ） ， 测试 以下 ２种 工况 ： 工况 １ ， 加 热 板加 热功 率 为 ２ ０ ０ ｗ， 室 内空气 温 度为 １ ６ ． ３ ｏ Ｃ； 工况
散热 ， 肋 片外径 为 ２ ５ｍ ｍ， 厚０ ． ３ ｍ ｍ。
定油温最高部位 ， 先对油箱进行加热， 待油箱内油温
达 到恒定并 维持 一段 时 间后 ， 用 热 电偶 测 试 油箱 各 部位 油 的温度 。测试 时将热 电偶 由上 到下依次 固定 在 细长木 条上 （ 由上 到下 依 次 为 １一 ６热 电偶 ） ， 将 另一个 热 电偶 （ ７ ） 固定 于距 地 面 １ ｍ处 ， 用 于测 量 室 内空气温 度 。移 动木 条 ， 由右 到左 依 次 测 量 油 箱 内部 ９个 部位 的油 温 （ 测量 位 置靠 近 加热 板 ） ， 热 电偶分 布及测 点分 布如 图 ２所示 。油 箱 中加 入 ８根
谈配电变压器负荷状态对绕组热点温升影响
谈配电变压器负荷状态对绕组热点温升影响作者/李燕、孙巧玲，国网山东省电力公司宁津县供电公司；官清，国网山东省电力公司夏津县供电公司文章摘要：使用Gambit能建立出变压器二维模型，将变压器二维模型导入到Fluent进行计算，就能对在各种稳态负荷的变压器绕组热点温升进行计算，并研究了阶跃负荷和连续冲击负荷下变压器绕组热点温升特性，以便更好地评估绝缘老化状态。
关键词：配电变压器；负荷状态分析；绕组热点温升；压器二维模型；建模；供电企业；连续冲击负荷引言配电变压器有着绝缘性能强、散热性能高以及性价比高的特点，因此油浸式变压器广泛应用到了电力系统运行中，但是随着配电变压器的负荷逐渐增长，发热冷却问题也就随之变得更加严重。
配电变压器负荷状态会直接影响到绕组热点温升，并且绕组热点温升还会加剧绝缘发生老化的速率，这就会极大减少配电变压器具有的绝缘性能和寿命。
只有对配电变压器负荷状态进行全面分析和研究，才能对绝缘老化状态进行合理评估，对配电变压器的绝缘寿命进行准确的估计。
１.对自然油循环变压器建模的分析■1.1对自然油循环相关理论的分析当前，我国电网中使用的配电变压器主要就是油浸式变压器，并且百分之八十以上油浸式变压器使用的冷却方式为自然油循环冷却方式。
传统的冷却方式有着“噪音扰民”、“油流带电”的问题，因此，当前的大型变压器也逐渐使用了自然油循环冷却方式，本文的主要内容就是对自然油循环配电变压器负荷状态对绕组热点温升影响的分析。
在自然油循环过程中，配电变压器油的循环过程主要通过对分别放置在配电变压器加热器和散热器中的油进行加热和散热，循环驱动力和循环阻力将会影响到自然油循环的进行。
热胀冷缩会影响到油流的进行，随着密度的变化，就会造成较大的浮力差，热油上升，冷油降低，驱动油流流动就形成了自然油循环的主要动力；油受到物理构造、油的物理性质和流动速度将会影响油循环过程中的阻力，当油循环中的阻力同驱动油循环的动力相同时，就能达到稳定的自然油循环状态；如果油循环中的阻力同驱动油循环的动力不相等时，油流的温度和速度就会发生变化，这种变化就会将循环驱动力与循环阻力逐渐趋于一致，最终达到稳定的自然油循环状态。
基于参数热等效的10kV变压器温度流体场三维仿真计算
第41卷第4期2021年4月电力自动化设备Electric Power Automation Equipment Vol.41No.4 Apr.2021基于参数热等效的10kV变压器温度流体场三维仿真计算邓永清1，阮江军1，龚宇佳2，黄道春1，赵庆源3（1.武汉大学电气与自动化学院，湖北武汉430072；2.中国电力科学研究院有限公司，湖北武汉430074；3.辽宁省电力有限公司本溪供电公司，辽宁本溪117000）摘要：变压器温度流体场三维仿真是准确计算变压器绕组热点温度的重要方法，然而变压器绕组结构复杂，精确考虑绕组导线和绝缘结构的三维模型建模和网格剖分困难，同时计算效率低，难以满足实际工程需求。
提出了一种配电变压器绕组结构的热等效简化分析方法，采用热导率各向异性、比热容等效的块状导体来等效实际的绕组结构。
应用所提方法对一台S13-M-200kV·A／10kV型油浸式变压器三维温度流体场进行了计算。
基于短路法的变压器温升试验结果表明：热等效参数方法大幅减少了变压器三维网格剖分数量，同时温度场计算结果能有效反映绕组轴向温度分布，热点温度仿真值与温升试验值温差相对误差不超过4%，验证了所提方法的有效性与准确性。
关键词：油浸式变压器；温度流体场；热等效；热点温度中图分类号：TM411文献标志码：A DOI：10.16081/j.epae.2021030120引言电力变压器是电力系统的重要设备，而绕组热点温度是影响变压器油纸绝缘劣化的重要因素，其在很大程度上影响着变压器性能和使用寿命［1-2］。
准确获取绕组热点温度可为指导变压器负荷控制、保障变压器设备的安全高效运行提供重要参考。
目前，变压器绕组热点温度通常采用经验公式和热路模型进行计算［3-4］，然而这2种方法主要关注变压器的绕组热点温度，无法了解变压器内部温度分布和详细的散热过程。
为准确分析变压器内部温度分布，指导变压器结构优化设计，数值计算方法在变压器温度流体场计算中得到了越来越广泛的应用。
油浸式变压器的冷却与油流
油浸式变压器的冷却与油流1油浸式变压器的冷却原理分析通常，油浸式变压器内部的冷却介质为矿物油，外部冷却介质为空气或者是水。
根据国家标准‘电力变压器 温升 GB1094.2-1996’的规定，油浸式变压器外部冷却介质为空气时的冷却方式如表1所示。
同时，表1中也指出了变压器的绕组中冷却介质（变压器油）的流动状态。
表1 外部冷却介质为空气的油浸式变压器冷却方式与绕组中的油流在油浸自冷（ONAN ）或油浸风冷（ONAF ）的冷却方式中，由于变压器油在整个油路系统中为自然对流循环流动，通常称为ON 冷却方式。
在ON 冷却方式下，作为变压器冷却介质的变压器油，在变压器闭合的油路系统中通过油的浮力、重力的变化而对流循环流动。
即在变压器油箱内部，被变压器油所包围的发热元件（例如绕组与铁心等）加热了周围的变压器油，受热的变压器油密度变小而形成浮力向上浮动，下部温度较低的油随之取代了上浮的油，使变压器油在变压器绕组及铁心等发热元件中自下而上的流动。
发热元件表面热流密度较大的地方，其油的流动速度也将自然加快。
热油至油箱顶部流入散热器，热油在散热器中将从变压器绕组等发热元件中带出的热量通过散热元件的外表面散失在周围空气中而使油的温度降低、比重变大，在重力作用下向下流动，又重新回流到变压器的油箱下部，从而形成了变压器油在其封闭的油路系统中自然对流循环流动。
变压器油的密度θρ与其温度θ的关系可以用（1-1）式表示。
()θβρθβρρθ0000111-≈+= 3-k g m （1-1）式中θ—变压器油的温度，C 0；θρ—变压器油温度为θ0C 时的变压器油密度，3-kgm ；0ρ—变压器油温度为00C 时的变压器油密度，3-kgm ；0β—变压器油温度为00C 时的变压器油受热体积膨胀系数，10-C 。
相似地，变压器油的比重θγ与其温度θ的关系也可以用（1-2）式表示。
()θβγγθ001-≈ 3-k g m（1-2） 式中θγ—变压器油温度为θ0C 时的变压器油比重，3-kgm ；0γ—变压器油温度为00C 时的变压器油比重，3-kgm ；其余符号意义见（1-1）式。
油浸式变压器油温测量和控制方法研究
油浸式变压器油温测量和控制方法研究摘要：油浸式变压器在运行过程中消耗的电能主要是热量,导致绕组温度更高,负载更低,甚至绝缘电阻更低。
冷却输入消耗能量,同时改善变压器的散热效果。
我们简要分析了油浸式压器的温度变化,包括冷却损耗,比较了不同温度对其损耗的不同影响,并提出了实现油浸式变压器温度合理控制的相关策略。
进一步提高油浸式变压器的安全运行和成本效益。
关键词：油浸式变压器；温度；控制策略关于油浸式变压器油温的测量与控制，油温过热是关注重点和需要解决的主要问题。
变压器油的热点温度超出允许值，势必影响变压器的使用寿命，同时也影像到变压器的运行安全。
因此测量和控制不同状况下变压器的油温值，及时诊断和消除变压器故障，是变压器安全运行的核心。
然而变压器构成复杂，影响安全运行的因素还有很对，使得变压器油温测量的难度加大。
而以往油温的测量通常是采用间接的模拟的测量方法，但其准确性低而且不能及时反馈，因此如何准确控制油温及时反馈信息就变得非常重要。
一、结构组成变压器内部结构组成主要包括铁心、绕组、油箱。
1.铁芯:是变压器磁路的一部分,在运行过程中,必须发生磁滞损耗和涡流损失,才能产生热量。
为了减少热损失,减少体积和重量,铁芯由冷轧晶粒钢制成,磁导率小于0.35毫米。
根据线圈在核心中的位置,有两种类型的核心和外壳。
对于大容量变压器,通常将冷却油通道安装在铁芯中,以完全消除周期中绝缘油的核心损耗产生的热量,达到良好的冷却油道效果。
2.绕组。
主要部件是绕组和铁芯,由于绕组本身的阻力或接头上的接触阻力,已知根据焦耳定律产生热量。
因此,绕组不能长时间超过额定电流。
此外,短路电流在改装时会产生巨大的电磁力,从而损坏变压器。
它的主要同心和交叠式。
变压器设计的主要缺陷是匝间和对外壳之间的短路。
匝间短路主要是由于变压器绝缘的老化或,以及短路时绝缘的机械损坏造成的。
3.油箱。
油浸式变压器在用钢板焊接的油箱中中。
中小型变压器的油箱由油箱壳和盖组成，变压器的主要部件放置在箱壳中,箱盖允许将吊出器身以进行维护。
油浸式变压器热时间常数
油浸式变压器热时间常数
油浸式变压器是一种常见的电力设备，它在输电和配电系统中起着重要的作用。
而热时间常数则是衡量变压器热特性的重要参数之一。
热时间常数是指变压器内部温度上升至稳定状态所需要的时间。
它是由变压器的结构、材料和环境等多个因素决定的。
一般来说，热时间常数越小，变压器的热响应能力越强，即温度上升和降温的速度越快。
油浸式变压器的热时间常数主要受到以下几个因素的影响：
1. 油的热容量：油浸式变压器中的绝缘油具有很高的热容量，它能够吸收和储存大量的热能。
因此，绝缘油的热容量越大，变压器的热时间常数就越长。
2. 绝缘材料的热导率：变压器的绝缘材料起到隔热作用，它能够减少热能的传导。
绝缘材料的热导率越低，变压器的热时间常数就越长。
3. 散热条件：变压器的散热条件对热时间常数有很大影响。
如果变压器的散热条件良好，即散热器的散热效果好，热时间常数就会较短。
反之，如果散热条件较差，热时间常数就会较长。
4. 负载大小：变压器的负载大小也会影响热时间常数。
当负载较大时，变压器的温度上升较快，热时间常数较短。
当负载较小时，变
压器的温度上升较慢，热时间常数较长。
油浸式变压器的热时间常数取决于多个因素，包括绝缘油的热容量、绝缘材料的热导率、散热条件和负载大小等。
了解和掌握这些因素对于设计和运行变压器具有重要意义。
只有在合理的设计和运行条件下，才能保证变压器的稳定运行和长寿命。
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油浸式变压器油流速与温度场关联性建模
杨海晶 1，晏东日 2，石 光 1，韩 伟 1，马 瑞2
（1.国家电网河南省电力公司 电力科学研究院，河南 郑州 450052；2.长沙理工大学 电气与信息工程学院，湖南 长沙 410004）
摘
要：变压器瓦斯继电器油流速的大小直接决定瓦斯保护是否动作，从油流速的角度分析瓦斯保护具有重要
第 32 卷第 2 期 电 力 科 学 与 技 术 学 报 Vol.32 No.2 2017 年 6 月 JOURNAL OF EIECTRIC POWER SCIENCE AND TECHNOLOGY Jun.2017
第 32 卷第 2 期
杨海晶，等：油浸式变压器油流速与温度场关联性建模
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目前，中国已建成多项大型直流输电工程，随 着这些直流输电工程的投运，直流输电的安全稳定 运行显得日益重要。统计数据表明，变压器瓦斯继 电器误动是故障主要因素之一。引发故障的具体动 作机理无法确定，是因电流产生的热效应导致油体 积膨胀，还是因大电流突变产生的电动力使带电体 变形造成对变压器油的挤出都无法考证，因此有必 要从原理上分析误动作的原因。 以油浸式变压器为研究对象，建立变压器内部 的物理模型及数学模型，利用有限元软件对其内部 温度进行仿真或建立变压器内部故障压力模型[1-3]。 研究变压器故障后内部物理变化和化学变化，分析 变压器内部绕组及铁芯的温度分布、油流分布、热 点与位置变化[4]；分析故障后内部气体变化、产气 研究故 原理以及有热解产气速率与温度的关系[5-6]， 障部位和故障性质对产气成分和产气速率的影响， 利用三比值法推断故障原因[7-9]， 以及建立变压器内 部流场模拟变压器故障预测和状态评估
(1.State Grid HAEPC Electric Power Research Institute, Zhengzhou 450052, China; 2.School of Electrical and Information Engineering,Changsha University of Science and Technology, Changsha 410004, China)
Hale Waihona Puke —————————————— 收稿日期：2016-07-09 基金项目：国家电网河南省电力公司重点科研项目 (201301032) 通信作者：马 瑞（1971-） ，男，博士，教授，主要从事电力系统分析与控制、低碳电力和电力大数据等研究；E-mail：marui818@
中图分类号：TM411
Correlation modeling of oil flow rate and temperature field in oil-immersed transformer
YANG Hai-jing1, YAN Dong-ri2, SHI Guang1, HAN Wei1, MA Rui2
意义。依据变压器运行时的产热、散热机理，基于 ANSYS 仿真软件和有限元数值计算方法，建立变压器三维 暂态温度场模型，计算出变压器内部稳态和故障时的温度场分布，定量反映故障前后变压器内部温度的变化情 况，在此基础上，推导出油膨胀和油裂解产气对油流速的影响，建立变压器油流速与暂态温度场关联性数学模 型。以某油浸式变压器为对象进行三维温度场仿真分析，分析油流速对变压器温度场的影响，仿真结果验证了 模型的正确性，为变压器气体继电器设置整定值提供良好的参考。 关 键 词：变压器；瓦斯继电器；油流速；温度场 文献标志码：A 文章编号：1673-9140（2017）02-0140-05
Abstract: The gas flow velocity of the gas relay in the transformer determines the operation of the gas protection relay. It is of great significance to analyze the oil flow rate influence to the gas protection. According to the operation mechanism of transformer heat production and heat dissipation, a transformer three-dimensional transient temperature field model was built by using ANSYS. It can calculate temperature field distribution under steady and fault condition, and quantify the temperature changes before and after the internal fault. On the basis, the influences for oil flow velocity caused by oil expansion and oil cracking gas were deduced, and then transformer oil flow and transient temperature field correlation mathematical model was built. Taking an oil immersed transformer as an example, the three-dimensional temperature field was simulated and analyzed, and the influence of oil flow rate on the temperature field was analyzed. The simulation results verified the correctness of the model, and provided a good reference for the setting value of the gas protection relay. Key words: transformer; gas protection relay; oil flow velocity; temperature field