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1、變壓器溫度場(chǎng)的有限元分析華北科技學(xué)院機(jī)制B091班220kV大容量油浸式電力變壓器溫度場(chǎng)的有限元分析隨著電力建設(shè)的不斷發(fā)展，電力設(shè)備朝著大型化方向發(fā)展，但大型變壓器在內(nèi)部溫升控制方面一直是近年來困擾變壓器制造企業(yè)的技術(shù)難題之一。如何開發(fā)合適的溫度場(chǎng)計(jì)算技術(shù)，準(zhǔn)確地計(jì)算變壓器在各種運(yùn)行狀態(tài)下內(nèi)部線圈、結(jié)構(gòu)件及鐵芯等部位的溫度，控制內(nèi)部熱點(diǎn)溫度不超過其內(nèi)部絕緣材料的許用溫度，從而保證變壓器的熱壽命，提高變壓器的安全可靠性，是企業(yè)急需解決的問題。本課題采用有限元技術(shù)對(duì)大容量變壓器的溫度場(chǎng)進(jìn)行數(shù)值模擬與分析。主要研究?jī)?nèi)容有：1)了解和掌握大型變壓器的結(jié)構(gòu)與工作狀況；2)建立典型的220kV變壓
2、器的有限元分析模型；3)分析與計(jì)算變壓器的溫度場(chǎng)分布；表1該變壓器主要參數(shù)型號(hào)SFSZ9-31500/220聯(lián)結(jié)組標(biāo)號(hào)YNy0d22額定高壓電壓220KV額定高壓電壓10KV額定高壓電流165.3A額定低壓電流1818.7A高壓每相匝數(shù)737低壓每相匝數(shù)116高壓線圈φ948-φ1111低壓線圈φ598-φ710鐵芯直徑φ565/576鐵心軛高565油箱長(zhǎng)4830油箱寬1670油箱高2685線圈高1164定義油和所有線圈的相對(duì)磁導(dǎo)率為1，油箱的磁導(dǎo)率為300，屏蔽材料的磁導(dǎo)率為2000。表2變壓器結(jié)構(gòu)參數(shù)變壓器結(jié)構(gòu)參數(shù)表有限元分析參數(shù)名稱變量數(shù)值1鐵芯柱半徑(mm)cr282.52鐵芯
3、柱高度(mm)ch25553片間距(mm)c1662.54低壓線圈內(nèi)半徑(mm)d12995低壓線圈外半徑(mm)d23556中壓線圈內(nèi)半徑(mm)z13857中壓線圈外半徑(mm)z14368高壓線圈內(nèi)半徑(mm)g14749高壓線圈外半徑(mm)g255510線圈高度(mm)h116411油箱長(zhǎng)度(mm)tl483012油箱寬度(mm)tw167013油箱高度(mm)th268514油箱厚度(mm)tt1015低壓相電流(A)i1105016高壓相電流(A)i2165.317電流頻率(Hz)hz50(1)變壓器幾何尺寸在寬度方向與x軸對(duì)稱:鐵心窗口上、下邊距繞組高度中心線相等油箱上
4、、下蓋的內(nèi)側(cè)距繞組高度中心線相等。(2)忽略勵(lì)磁電流和環(huán)流，一、二次側(cè)繞組安匝平衡。(3)油箱磁屏蔽的μ→∞，可作為邊界而處理。(4)旁扼截面可看成矩形截面。電力變壓器是電力網(wǎng)中的主要設(shè)備，其總?cè)萘窟_(dá)到發(fā)電設(shè)備總?cè)萘康?～6倍。電力變壓器的技術(shù)性能、經(jīng)濟(jì)指標(biāo)直接影響著電力系統(tǒng)的安全性、可靠性和經(jīng)濟(jì)性。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展、生產(chǎn)技術(shù)的進(jìn)步以及新型電工材料的開發(fā)應(yīng)用，變壓器的各項(xiàng)性能指標(biāo)不斷刷新，單機(jī)容量越來越大，變壓器中的漏磁場(chǎng)也隨之增大，引起了人們的關(guān)注。在額定運(yùn)行情況下，漏磁場(chǎng)的增強(qiáng)引起的變壓器附加損耗的增加將直接影響變壓器的行效率和產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)力。嚴(yán)重的是，由于漏磁場(chǎng)在一定范圍內(nèi)的金屬
5、結(jié)構(gòu)件中產(chǎn)生的渦流損耗不均勻，有可能造成這些結(jié)構(gòu)件的局部過熱現(xiàn)象。變壓器的容量越大，漏磁場(chǎng)就越強(qiáng)，從而使穩(wěn)態(tài)漏磁場(chǎng)引起的各種附加損耗增加，如設(shè)計(jì)不當(dāng)它將造成變壓器的局部過熱，使變壓器的熱性能變壞最終導(dǎo)致絕緣材料的熱老化與擊穿。在電力系統(tǒng)發(fā)生短路時(shí)，暫態(tài)短路電流產(chǎn)生的漏磁場(chǎng)還可能產(chǎn)生巨大的機(jī)械力，對(duì)其絕緣和機(jī)械結(jié)構(gòu)造成致命威脅。為了避免此種事故發(fā)生，必須對(duì)漏磁進(jìn)行全面的分析。為此，對(duì)變壓器運(yùn)行的效率、壽命和可靠性提出了越來越高的要求。目前普遍認(rèn)為漏磁場(chǎng)包括縱向漏磁和橫向漏磁兩個(gè)分量（實(shí)際上，還存在環(huán)形漏磁，因其太小，通常忽略不計(jì)）。變壓器的橫向漏磁通遠(yuǎn)小于縱向漏磁通。俯視圖側(cè)視圖繞組和鐵
6、心變壓器模型剖分圖漏磁場(chǎng)分布三維溫度場(chǎng)模型Z=0平面溫度場(chǎng)分布X=0平面溫度場(chǎng)分布X=0平面氣流速度矢量分布鐵心溫度場(chǎng)分布低壓繞組溫度場(chǎng)分布油箱外表面溫度場(chǎng)分布變壓器溫度場(chǎng)云圖分布圖a繞組底部b繞組端部各部件平均溫升對(duì)比?鐵心低壓繞組高壓繞組仿真值/K135.3130.9138.9解析值/K119.1115.7115.8絕對(duì)誤差16.215.223.1相對(duì)誤差13.6%13.1%19.95%低壓繞組二維溫度場(chǎng)模型?低壓繞組溫度場(chǎng)分布圖 計(jì)算結(jié)果與分析我分析了變壓器的三維與二維溫度場(chǎng)，高低壓繞組都隨著軸向高度的增大而上升，最熱點(diǎn)靠近端部位置。高壓繞組溫升要高于低壓繞組，這是因?yàn)殇X導(dǎo)線的散
7、熱差并且高壓?jiǎn)螌芋w積大于低壓?jiǎn)螌芋w積。鐵心溫升要軸向高度增加，中間心柱要略高于旁軛。油箱頂部溫升較高，與實(shí)際分布相符。利用程序模擬計(jì)算了室溫在29.0℃下,額定容量為200kV 圖的溫度云圖表示了變壓器繞組高低壓線圈溫度的分布情況,溫度單位為℃?？梢钥闯?不論是低壓繞組還是高壓繞組,溫度分布是不均勻的,下部溫度低,上部溫度高;繞組的最低溫度位于整個(gè)繞組的底端;最高溫度位于整個(gè)繞組的上半部分,其中低壓繞組的最高溫度偏離徑向向右,軸向距底端約17/
