干式变压器温度场数值模拟.pdf

干式变压器温度场数值模拟姚育成12,蔡定国1,徐业彬2,唐金权2 (,广东广州511400;,湖北武汉430074) 摘要:根据环氧浇注干式变压器材料及结构特点,分析了变压器各部分的导热、散热特性,建立变压器温度场数值模型,采用有限差分法进行了模拟计算,并与实验测量结果进行了比较分析,讨论了变压器温度场的影响条件及计算误差影响因素。关键词:干式变压器;温度场;数值模型;有限差分法 1引言随着城市供电要求的提高,环氧浇注干式变压器的使用越来越普遍。干式变压器采用环氧树脂作绝缘介质,与油浸式变压器相比具有安全环保的优点,但导热性能变差?。工作中绕组的温升会加速绝缘老化,对变压器寿命产生很大的影响。影响变压器寿命的温升是热点温升,平均温升及表面温升并不能代表热点温升的大小,用实验方法得到热点温升的难度和成本都较高嘲。所以建立干式变压器温度场数值模型计算变压器绕组的温度场分布,分析影响温度分布的因素,对提高变压器产品的可靠性及优化设计具有重要意义。 2千式变压器温度场数学模型控制方程干式变压器工作过程中各组成部分内部温度场为稳态场,柱坐标系下二维导热微分方程为: A鲁+a阳lL Ot+A告+q一-O (1) 式(1)中￡(r,:)为温度,r,z分别为柱坐标系下的半径和高度,口,为内热源体积生热率,其值对导线及铁心部分由热损耗计算,绝缘材料部分gv=0,J)L为导热系数。各部分温度场边界具有对流和辐射的第三类边界条件,即: 一A(鲁)F^”曲+g也(2) 式(2)中h为壁面对流换热系数,t。为壁面平均温度,tf为环境温度,n为表面的外法线方向,g·z为单位面积的辐射换热量[51。 ,由铁心、低压包封及高压绕组构成。热源由铁心和绕组损耗引起,热量在各部分内部传导,通过各壁面对流辐射散发出去。由于高、低压绕组的导线电阻率随温度的变化而变化,绕组损耗值可根据下式计算: p_p·∞砑23丽5+t矿(3) 式(3)中Pt20为绕组在1200C时的损耗。单位热源体积生热率q,=p/V。干式变压器高低压绕组由铜导线、铜箔、绝缘预浸布和绝缘树脂等材料组成,且多层交叠。如果根据各自物性分开建立模型,则存在太多边界,不利于计算。根据绕组特点,将铜箔、导线和树脂交叠的部分, 构建整体导热系数。表面及两端预浸布或树脂集中部分则分开计算。低压绕组由铜箔和绝缘预浸布卷制而成,导热系数径向用热阻串联处理,轴向用热阻并联处理。因为各层铜箔为整体卷制,不是被预浸布完整分开,在计算径向热阻时要充分考虑铜箔周向导热的影响。对铜箔和绝缘预浸布厚度分别为a和岛,导热系数分别为A。和Az,半径为r的卷筒组合体,可得综合径向导热系数: A:业迹尬娶警阜!垃(4)2 "rrr(a矗+A&) ?7 综合轴向导热系数:A:也学(5) D1十02 高压绕组交叠部分综合导热系数用同样方式处理。 ,其铁心、低压绕组的各包封、绝缘筒及高压绕组之间组成了空气流通的气道,根据其结构尺寸参数,壁面换热可以按大空间自然对·89· (sw Churchill)提出的竖壁自然对流换热的关联式“。具体形式为: 耖25+F莓骞7} ㈣式(6)中瑞利数月目=c册,格拉晓夫数Grr=