[发明专利]一种基于多物理场耦合的电抗器温度场计算方法

说明书

本发明公开了一种基于多物理场耦合的电抗器温度场计算方法，首先，建立电抗器三维仿真模型；然后，基于场‑路耦合的电磁学理论，采用有限元法求取电抗器各层电流，计算各层绕组损耗，进而计算出电抗器单位体积热密度；最后，基于流体‑温度耦合的传热理论，以电抗器单位体积热密度作为热源施加参数，采用有限体积法求解电抗器温度分布。本发明计算的电抗器温度场分布为电抗器的结构性能优化、温度的在线监测提供了理论依据。

技术领域

本发明属于电抗器多物理场耦合计算技术领域，具体涉及一种基于多物理场耦合的电抗器温度场计算方法，尤其涉及一种基于电磁-流体-温度的多物理场耦合的电抗器温度场计算方法。

背景技术

电抗器作为电力系统中的主要的感性电气设备，起着稳压、滤波、限流和无功补偿等重要作用。当电抗器出现局部温度过高，则会造成绝缘开裂、性能下降，严重时引起火灾事故，不仅使电抗器无法正常运行以致报废，而且对电网的安全稳定性构成极大威胁。因此，研究电抗器温度场分布是十分必要的，温升已是评估电抗器性能的重要指标。

现阶段对电抗器温度的研究主要有平均温升法、试验法、有限元稳态热学分析法等。平均温升法需电阻值的测量，误差大，准确度不高；试验的方法耗费人力与物力，过程繁琐，适用度不高；有限元稳态热学分析法需确定对流换热系数，而对流换热系数往往依靠经验的试探，结果需要多次修改。

发明内容

针对上述问题，本发明提出一种基于多物理场耦合的电抗器温度场计算方法，旨在计算电抗器温度场分布，进而确定局部过热点，优化电抗器结构性能，同时为温度的在线监测提供理论依据，具有较强的实用性。

实现上述技术目的，达到上述技术效果，本发明通过以下技术方案实现：

一种基于多物理场耦合的电抗器温度场计算方法，包括以下步骤：

(1)建立1：1等效电抗器三维仿真模型；

(2)将电抗器三维仿真模型导入Ansoft Maxwell 3D软件中，将求解器设置为静态磁场求解器，并在静态磁场求解器中增加Matrix，设置各层绕组匝数，求解电抗器电感矩阵M，进而计算出各层绕组电流；

(3)在瞬态磁场求解器中，设置相关参数，添加步骤(2)中计算得到的各层绕组电流为激励，求解计算电抗器损耗，进而计算出电抗器单位体积热密度；

(4)在Fluent软件中，实现流体-温度耦合，将计算得到的单位体积热密度作为热源加入流体温度场，后处理得到电抗器的温度分布，完成基于多物理场耦合的电抗器温度场计算。

进一步地，所述步骤(1)具体为：

选用SolidWorks软件建立真实1:1的等效电抗器三维仿真模型。

进一步地，所述电抗器整体结构为筒状，模型以层绕组为单位，各层绕组构成包封。

进一步地，所述步骤(2)包括以下步骤：

在Ansoft Maxwell 3D中导入电抗器三维仿真模型；

设置求解器为静态磁场求解器；

设定边界条件；

选择材料属性；

添加电流激励，所述的电流激励可以为任意值；

在Matrix中输入各层绕组匝数；

设置求解步骤；

完成网格的划分，后处理得到电感矩阵M。

进一步地，所述步骤(2)中计算各层绕组电流的计算公式为：

式(1)中：