變壓器使用中油浸式變壓器內流場(chǎng)和溫度場(chǎng)的數值模擬研究

關(guān)于油浸式變壓器內流場(chǎng)和溫度場(chǎng)的數值模擬研究這個(gè)問(wèn)題，是在干式變壓器中一個(gè)比較常見(jiàn)的問(wèn)題了，那么如何解決這個(gè)問(wèn)題呢，繼續閱讀，接下來(lái)進(jìn)行詳細的介紹。 　油浸式變壓器內流場(chǎng)和溫度場(chǎng)的數值模擬研究
1引言 變壓器在輸配電系統中起著(zhù)很重要的作用，因 此其應安全、可靠地運行|【I：油浸式變壓器由于具有 散熱好、損耗低、容量大及價(jià)格低等特點(diǎn)，在戶(hù)外成 為主要的產(chǎn)品．目前電網(wǎng)上運行的變壓器大部分仍 是油漫式變壓器。變壓器運行時(shí)繞組和鐵心是主要 熱源，它們產(chǎn)生的熱量被絕緣油吸收，從而使變壓器 和油的溫度升高．其熱量通過(guò)油箱和散熱管散發(fā)到 環(huán)境中去，從而達到熱平衡。當繞組的熱點(diǎn)溫度過(guò)高 時(shí)．將會(huì )影響變壓器壽命．引起故障j所以．研究變壓 器的溫度場(chǎng)分布對變壓器的安全運行很重要。 目前．變壓器的熱設計一般是根據多年的實(shí)踐 經(jīng)驗和試驗結果而設計的。由于試驗的誤差較大，測溫度場(chǎng)進(jìn)行數值模擬，二以往的模型一般是模擬繞組 內部的溫度場(chǎng)．忽略了環(huán)境溫度的影響．并且很少研 究油箱內部溫度場(chǎng)的分布：本文中筆者利用¨．U ENT軟件模擬了穩態(tài)的油箱溫度場(chǎng)．然后把油箱內 的底油溫度和頂油溫度作為繞組模型的初值和邊界 條件，模擬了繞組的溫度場(chǎng)，從而確定了繞組熱點(diǎn)溫 度和位置。
2油箱熱環(huán)境的模擬2．1 油箱的幾何模型及網(wǎng)格劃分 本文中以容量為lOOkV．,4t的小型三相電力變壓 器為例，建立了油箱模型。模型的基本參數如下： 空截損耗：Po=540W 負載損耗：一=2 lOOW 油箱尺寸：850minx8 1 0mmx305mm 散熱管排布：雙層圓管，共20組，尺=1 25ram。 用gambit建立了油箱的三維實(shí)體模型，采用 Tgrid混合形網(wǎng)格劃分油箱．采用Cooper方式劃分 散熱管，網(wǎng)格總數為807 282個(gè)，生成的網(wǎng)格如圖l 所示。2_2邊界條件 變壓器油箱的換熱綜合了導熱、對流、輻射換熱 過(guò)程，是復合換熱過(guò)程：本文中模擬的是小型油浸式 變壓器，其對流換熱只考慮自然對流。由于油箱的幾 何形狀比較規則．自然對流換熱系數h采取均值．對 計算結果影響不大。^由下式得到㈦：2．3計算結果分析 本文中模擬了變壓器在同一負載不同環(huán)境溫度 下．油箱溫度場(chǎng)及流場(chǎng)的分布：同一環(huán)境溫度不同負載下的油箱溫度場(chǎng)及流場(chǎng)的分布：圖2和圖3為額 定負載下變壓器油箱內油流的溫度場(chǎng)及流場(chǎng)：繞組、鐵心及油流之間的溫度 梯度很明顯，其中繞組的溫度分布很均勻．溫度梯度 不明顯．溫升也較大．這與銅的導熱系數與油的對流 換熱系數相比較大有關(guān)。所以當繞組溫升較高時(shí)，會(huì ) 引起絕緣油的老化。從流場(chǎng)分布圖可以看出．自然油循環(huán)在浮生力 作用下，從油箱底部流至油箱頂部，進(jìn)入肋片流至油 箱底部，如此循環(huán)：項層油流速****，且形成渦流，增 強了換熱。 當環(huán)境溫度一定時(shí)(300K)．頂層油溫度和熱點(diǎn) 溫度隨著(zhù)負載的增大而升高．如圖4所示．兩者呈現 某種線(xiàn)性關(guān)系，因此，可以從頂層油溫度推斷出熱點(diǎn) 溫度，從而為預測熱點(diǎn)溫度找到一種簡(jiǎn)便的方法．， 當負載一定時(shí)．頂層油溫、熱點(diǎn)溫度隨著(zhù)環(huán)境溫 度的增加而升高，如表2所示?？梢?jiàn)環(huán)境溫度對熱點(diǎn) 溫升有一定的影響．
3．3計算結果及分析 由變壓器油箱模型可以得到繞組的熱點(diǎn)值，但 不能確定其位置j繞組模型可以展現出繞組周?chē)?流的溫度場(chǎng)和速度場(chǎng)，從而確定了熱點(diǎn)的位置。圖 6～圖8為負載為額定時(shí)繞組溫度場(chǎng)及**熱點(diǎn)位置。， 從圖6～圖8可以看出．**熱點(diǎn)的位置位于低壓 繞組頂部98％的位置。，本文中模擬了不同負載下繞 組的溫度場(chǎng)，**熱點(diǎn)位置都在繞組頂部98％左右： 由于低壓繞組靠近鐵心，且單位熱負荷大于高壓繞 組．所以散熱相對于高壓繞組差．熱點(diǎn)應該在低壓繞 組附近。由于繞組頂部的油；I盎lL條件優(yōu)于繞組通道，故 熱點(diǎn)應該在低于繞組頂部的位置．：由此可看出，數值 模擬符合實(shí)際情況。境溫度過(guò)高時(shí)應該附加一定的；令卻條件．確保熱點(diǎn) 不超過(guò)其規定的范圍，以免引發(fā)故障。同樣地，當環(huán)境溫度一定時(shí)，不同負載下頂層油溫及熱點(diǎn)溫度的 　變化趨勢也相似．當超截運行時(shí)．溫度變化的幅度較 大，所以變壓器在超載運行時(shí)也應采取保護措施。 由于頂層油溫和熱點(diǎn)溫升的變化成規律性．因 此可以通過(guò)頂層油溫預測熱點(diǎn)溫度．為熱點(diǎn)預報提 供了一種新的思路。 繞組模型可以較準確地確定熱點(diǎn)的位置．從而 為測量熱點(diǎn)溫度提供了依據，并且模擬的結果符合 實(shí)際情況．因此．也驗證了FLUENT軟件模擬流場(chǎng) 的準確性．5問(wèn)題與局限性 由于模型的建立是在假設和簡(jiǎn)化的基礎上，模 擬的結果較實(shí)際有一定的誤差：變壓器內部熱源和熱過(guò)程隨運行條件的變化．具有許多不確定性．這也 是造成誤差的另一個(gè)原因。 FT．I_JENT軟件只能針對某一特定的模型在一定 的幾何條件和邊界條件下模擬，不具有普遍性意義。 北京創(chuàng )聯(lián)匯通電氣設備有限公司是一家專(zhuān)業(yè)從事配電變壓器制化設計、制造、營(yíng)銷(xiāo)及售后服務(wù)為一體的綜合性電力服務(wù)企業(yè)，現擁有六大關(guān)聯(lián)公司（山東省創(chuàng )聯(lián)匯通電氣有限公司、河南創(chuàng )聯(lián)匯通電氣有限公司、陜西創(chuàng )聯(lián)匯通電氣設備有限公司、四川省創(chuàng )聯(lián)匯通電氣設備有限公司、新疆創(chuàng )聯(lián)匯通電氣有限公司、湖南省創(chuàng )聯(lián)匯通電氣有限公司）。公司總部位于北京市房山區良鄉長(cháng)虹西路1698號。公司主要生產(chǎn)有干式變壓器、油浸式變壓器、箱式變電站、高低壓開(kāi)關(guān)柜、特種變壓器和其他最新研發(fā)產(chǎn)品。如果您對我們的產(chǎn)品感興趣，請聯(lián)系我們，我們會(huì )用最優(yōu)質(zhì)的產(chǎn)品和最誠摯的服務(wù)贏(yíng)得您的滿(mǎn)意！