[发明专利]一种分体式冷却变压器冷却效能影响因素的分析方法

说明书

技术领域

本发明涉及电工技术领域，尤其涉及一种分体式冷却变压器冷却效能影响因素的分析方 法。

背景技术

对于分体式冷却变压器，虽然已经有多年的运行经验，由于专业技术壁垒、无现成的核 算方法、应用案例少、无成熟经验可参考等原因，对于设备模拟试验等效性、运行技术、设 备效能评价、设备配置等方面缺乏科学的依据。造成在设备技术参数制定时，无法提出建设 性指导建议；在设备出厂试验时，由于试验场地与实际运行情况不同，出厂试验难以完全按 照运行情况布置，对于试验的等效性难以掌控；在设备运行过程中，由于经验较少没有对于 散热装置运行的科学指导和建议，及优化的运行方式；在设备评价过程中对于冷却器的冷却 效果没有合适的方法进行考核和评价。

在分体式冷却变压器冷却效能影响因素研究方面，国内外未见对于分体冷却系统的效能 评价及相应影响因素研究。目前国家电网公司已经建立了对电力设备状态评价的技术体系， 但是关注点是主设备运行状态，对于分体冷却系统这一近年来逐步增多的辅助设备并无详细 的评价体系。随着城市化进程的发展，变电站内分体冷却系统的逐渐增多，需要对这一特殊 变压器开展全面、详细的评价，基于冷却系统的功能，应对其开展功能性评价，即冷却效能， 并通过冷却效能的各项影响因素进行冷却系统运行状态的反演。研究分体式变压器的冷却效 能影响因素，为分体式变压器的系统结构和布置方式提供理论依据，并且可以把握在极端环 境中分体式变压器的温度场变化情况，从而对变压器进行有效的维护。

发明内容

本发明的目的就是为了解决上述问题，提供一种分体式冷却变压器冷却效能影响因素的 分析方法，通过研究各种影响因素情况下分体式冷却变压器冷却效能的温度场变化，为分体 式冷却变压器的系统结构和布置方式提供理论依据。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种分体式冷却变压器冷却效能影响因素的分析方法，包括：

利用有限元软件建立分体式冷却变压器的模型并进行网格划分；

设定边界条件；

设定理想化的样例分析温度场分布；

改变外部环境条件以及内部结构再进行模拟计算得到外部环境条件及内部结构对冷却效 能的影响。

建立分体式冷却变压器的模型时，对实际变压器进行模型简化，变压器结构呈几何对称 分布，建模按照单相模型，并将三维模型转化为二维模型；

绕组沿圆周方向完全呈几何对称分布，绕组温度沿圆周方向没有梯度变化。

变压器划分为低压绕组、高压绕组、铁心、内部流体、散热器、变压器本体油箱及散热 管7个部分。

网格划分时利用ANSYS ICEM CFD采用混合网格进行网格的划分。

绕组和铁心表面为对流与导热的耦合壁面，设置为双侧耦合壁面；油管和散热器设置为 壁面条件的对流换热和辐射散热。

设定的边界条件包括：

当发热与散热达到热平衡时，铁心、低压绕组、高压绕组以及油流的温度、速度分布不 随时间变化，变压器油的初始状态是稳态；

设定材料的密度、导热系数、比热都为常数；

单位热源均匀分布，并且为常数；

在每一次的模拟状态下，外部环境的温度为常数。

设定理想化的样例分析温度场分布，检测具体位置的温度，包括热点温度，最低温度， 顶层油温，变压器本体油箱出口油温，变压器本体油箱入口油温。

改变外部环境的条件包括外界环境温度及环境压强；环境温度选择-10℃、0℃、10℃、 20℃、30℃、40℃。

内部结构的改变包括改变油管壁厚度、散热器厚度及散热器的面积，还有加入绝缘挡板， 采用油一隔板结构型式；

油管壁厚度分别取半径的5％，10％，15％，20％，25％，30％进行仿真计算；

等比例改变散热器的面积大小改变模型，采用1.1、1.2、1.3、1.4、1.5、2倍进行仿真；

绝缘挡板的厚度为2mm。

模拟分体式冷却变压器的温度场，启动能量方程，初始化采用全局初始化，求解时采用 压力与速度的耦合方式选择SIMPLE算法，压力的离散方式选择易于收敛的PRESTO！算法。

本发明的有益效果：

本发明提出的一种分析分体式冷却变压器冷却效能影响因素的方法，利用此方法可以对 分体式冷却变压器的冷却效能提供理论依据，并把握在极端环境下分体式冷却变压器温度场 中具体点温度，从而衡量变压器是否安全运行，并对变压器进行必要的维护。