[发明专利]一种变压器绕组温升特性的仿真计算方法

说明书

本发明公开了一种变压器绕组温升特性的仿真计算方法，其以有限元法、流体力学及计算传热学为基础，并利用ANSYS Fluent软件采用温度‑流体场耦合的数值计算模型，提出了油浸式电力变压器绕组热点温升的仿真计算方法。

技术领域

本发明涉及仿真技术领域，尤其涉及一种变压器绕组温升特性的仿真计算方法。

背景技术

电力变压器是电力传输中重要的电气设备之一，其可靠性对于电力系统的安全运行具有十分重要的作用。当电力变压器绕组温升超出国标规定限值时，油浸纸绝缘在80℃～140℃范围内，热点温度每升高6K绝缘老化率将增加一倍。温升过高会使绝缘材料提前老化而降低绝缘性能，缩短使用寿命，进而影响电力变压器的效率和正常运行。因此，定量、准确计算变压器的温升特性是很有必要的。

然而，由于变压器绕组等部件以及油流温升的计算是一个多学科问题，且变压器的结构较复杂，影响传热的因素较多，因此对电力变压器内部各点温升的计算具有一定的难度。

目前，国内大部分学者采用GB/T15164—94《油浸式电力变压器负载导则》推荐的热点温度计算方法，以绕组热点温度140℃为约束条件，评估变压器温升特性，但该方法存在以下问题：1)忽略了电力变压器内变压器油的流场对温升特性的影响；2)在评估变压器温升特性时，未能评估动态负载下的温升特性，不利于实际应用。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明所解决的技术问题是提供一种变压器绕组温升特性的仿真计算方法，其以有限元法、流体力学及计算传热学为基础，并利用ANSYS Fluent软件采用温度-流体场耦合的数值计算模型，提出了油浸式电力变压器绕组热点温升的仿真计算方法。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案内容具体如下：

一种变压器绕组温升特性的仿真计算方法，包括如下步骤：

S1：建立模型：根据变压器的油箱箱体、高压绕组、低压绕组和铁心的实际尺寸在有限元仿真软件中建立模型；

S2：对模型进行有限元划分：利用ANSYS软件自带的自适应网格划分与手动划分对该模型进行有限元划分；

S3：设置变压器油物理参数：设置变压器油密度、导热系数、动力粘度和定压比热容；

S4：设置变压器部件参数：分别设置变压器铁心、高压绕组以及低压绕组的材料属性、比热容、密度、导热系数和热通量；

S5：设置边界条件；

S6：进行双向耦合计算：对所述变压器设定不同负载系数K，利用有限元仿真软件进行温度场与流体场之间的双向耦合计算，材料属性随温度和流速的变化而迭代，直至满足收敛条件，即可得到变压器温升特性。

进一步地，所述根据变压器油箱、绕组和铁心的实际尺寸在有限元仿真软件中建立的模型的步骤中包括如下假设：

(1)选择变压器单项分析，建立二维轴对称模型，将铁心中心设为对称轴；

(2)热源为铁心、高压绕组和低压绕组；

(3)所述高压绕组和低压绕组沿圆周径向方向温度相同。

进一步地，所述设置边界条件的步骤包括如下步骤：

S51：定义所述模型的初始温度；

S52：设定所述变压器的外界环境温度，并假设外界环境温度恒定；