带交错油道饼式绕组变压器温度场的数值模拟.pdf

Dissertation Submitted toHebei University of TechnologyforThe Master Degree ofThermal Power EngineeringTEMPERATURE NUMERICAL SIMULATION OF THETRANSFORMER WITH INTERLACED OIL DUCTDISK-TYPE WINDINGbyWu YanzhiSupervisor: Prof. Wang XiuchunDecember 2011原创性声明本人郑重声明:所呈交的学位论文,是本人在导师指导下,进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外,本学位论文不包含任何他人或集体已经发表的作品内容,也不包含本人为获得其他学位而使用过的材料。对本论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个人或集体,均已在文中以明确方式标明。本学位论文原创性声明的法律责任由本人承担。学位论文作者签名:日期:关于学位论文版权使用授权的说明本人完全了解河北工业大学关于收集、保存、使用学位论文的以下规定:学校有权采用影印、缩印、扫描、数字化或其它手段保存论文;学校有权提供本学位论文全文或者部分内容的阅览服务;学校有权将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索、交流;学校有权向国家有关部门或者机构送交论文的复印件和电子版。(保密的学位论文在解密后适用本授权说明)学位论文作者签名:日期:导 师签名:日期:河北工业大学硕士学位论文i带交错油道饼式绕组变压器温度场的数值模拟摘要随着特高压输电技术的发展,对变压器的容量提出了更高的要求。传统的绕组型式已经不能满足大容量变压器的热性能要求,因而提出了一种带交错油道的绕组。该绕组是在传统绕组的基础上,沿轴向方向上,依次交替在各层线饼中间布置一个及两个中间垂直油道,从而构成油流的交错流动,大大改善了绕组的换热性能。目前来讲,国内外对这一新型绕组的热性能分析研究尚在起步阶段,在此背景下,本文针对这一类型绕组的热性能进行了深入的研究。绕组边界油流分配主要集中在内外垂直油道内,中间垂直油道及水平油道分配油流量很小,直接利用牛顿-拉普森迭代法不能保证求解方程的收敛;同时由于交错油道的存在,绕组各线饼的水平油流方向分布复杂,单次求解不能得到最终结果,只能采用非线性问题耦合思想进行求解。本文在牛顿-拉普森迭代法的基础上引进了范数理论,扩大了数值迭代的收敛域,并通过松弛因子调整油流分配过程中的修正项,最终得到绕组边界油流分布。本文分别针对普通导线、组合导线及换位导线进行分析研究,采用不同的离散方法进行区域离散。根据求解得到的绕组边界油流分布,建立绕组边界流体水力模型。再运用传热学及数值传热学的相关理论,得到绕组内部导热模型。最后耦合求解上述两个模型,得出绕组温度场分布,并开发了绕组温度场分布的计算软件。该软件输入界面简单、美观,便于工程技术人员操作和掌握。为验证软件计算的准确性,本文利用CFD软件建立带交错油道饼式绕组换热模型,进行数值模拟。计算结果表明,自编软件计算与数值模拟结果基本吻合,达到了二者相互验证的目的。本文研究结果表明:带交错油道饼式绕组变压器的热点位置基本固定在倒数第三层线饼的外侧。绕组的内外侧垂直油道,是加强散热的主体结构,但是增设垂直油道及水平油道也是必不可少的,此时可有效增强变压器线饼中间位置的换热效果。当需要优化设计变压器散热条件时,可在电磁性能要求合理的情况下减小外侧垂直油道的尺寸;当需要优化设计电磁性能时,可从调节增设的垂直油道及水平油道的尺寸入手。关键词:变压器,交错油道饼式绕组,温度场,数值计算,平差理论带交错油道饼式绕组变压器温度场的数值模拟iiTEMPERATURE NUMERICAL SIMULATION OF THETRANSFORMER WITH INTERLACED OIL DUCTDISK-TYPE WINDINGABSTRACTWith the development of uhv transmission technology, a higher request for the capacity of transformer has been put forward. The traditional winding type cannot satisfy the requirements of large capacity transformer for the thermal performance. So people put forward a winding type with interlaced oil duct. On the basis of traditional winding, this one s