[发明专利]一种获取电力变压器不同工作情况下热点温度的仿真方法

权利要求书

1.一种获取电力变压器不同工作情况下热点温度的仿真方法，其特征是，包括：

S1：建立电力变压器的三维物理模型；

S2：电力变压器电磁场计算理论分析；

S3：电力变压器流体及热场的计算理论分析；

S4：基于电磁场和流固热的理论分析，添加对应物理场；

S5：根据实际运行情况进行不同工况下的场路耦合连接，进行参数和边界条件的设定；

S6：进行多物理场耦合设置

S7：基于有限元法对该模型进行网格剖分，仿真得到不同工况下电力变压器的温度分布及其热点温度位置结果。

2.根据权利要求1所述的一种获取电力变压器不同工作情况下热点温度的仿真方法，其特征在于：S1所述的电力变压器是三维物理模型，进行耦合分析时，模型内部结构有一个重要特征是有效和无效，即根据分析问题的类型需要对某些特征进行忽略。因此在下列假设基础上以50MVA/110kV自然油循环油浸式电力变压器为原型进行三维建模：

(1)高低压绕组简化为圆筒状，便于计算；

(2)绝缘层挨着绕组厚度很薄，所以将其厚度忽略；

(3)铁芯和铁轭都简化为圆柱体；

(4)变压器的电磁关系主要由铁芯和绕组决定，所以不考虑油箱外散热器和结构件的影响。

3.根据权利要求2所述的一种获取电力变压器不同工作情况下热点温度的仿真方法，其特征在于：步骤S2具体为，电磁场计算理论：Maxwell方程组是用于分析电磁热场问题的基础，描述了电磁场的宏观性质，其微分形式如式：

式中：D为电位移；H为磁场强度；B为磁通密度；E为电场强度；ρ为电荷密度；J为电流密度。

在本构关系式中，材料的性质都被设定为各向同性，即磁场介电常数ε、材料磁导率μ和电导率σ都是标量，E、D、B、H与材料的性质有关。

4.根据权利要求3所述的一种获取电力变压器不同工作情况下热点温度的仿真方法，其特征在于：步骤S3具体为，基于流体流动连续性方程、动量方程和能量方程计算变压器的温度场。

单位时间内油箱内的变压器油质量的增加等于相同时间内流入油箱的变压器油的净质量，其流体流动连续方程的微分形式为：

ρ为流体密度，单位为kg/m³；μ_x，μ_y，μ_z为速度矢量在x，y，z轴上的速度分量；t为时间，单位为s。

变压器油箱内中的油流动量的增加等同于变压器油箱承受的作用力之和。动量方程的三个分量表示方法如：

式中：p为压强，单位为Pa；τ_xx、τ_xy、τ_xz为粘性应力τ的分量，单位为Pa；f_x、f_y、f_z为单位质量力的分量。

通过热力学定律能够推导出能量守恒方程，流体中发生热交换时必须要遵守能量守恒定律。单位时间内变压器油箱内热能的增量等于单位时间油流传递的热量、变压器油箱承受的力做的功以及变压器油箱内的热焓产生量之和。

其中：E为流体微团的总能量；h为单位质量的焓值；k_eff为有效传热系数。

5.根据权利要求4所述的一种获取电力变压器不同工作情况下热点温度的仿真方法，其特征在于：步骤S4具体为，添加磁场，电路，传热，层流四个物理场，其中电磁耦合产生的损耗作为激励输入传热场后与层流场耦合从而得出变压器的温度场分布。

6.根据权利要求5所述的一种获取电力变压器不同工作情况下热点温度的仿真方法，其特征在于：步骤S5具体为，根据实际运行情况进行不同工况下的场路耦合连接；根据变压器现场运行的实际情况，设置各物理场的模型参数和边界条件，包括三相铁芯的热源、原副边绕组热源、温度边界条件、流体的流动速度以及方向等。